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PERFECTIONNEMENTS'A LA DISTILLATION DE MATIERES-MINERALES'PETROLIFERES.
La présente invention est relative à la distillation de matières minérales pétrolifères du type des schistes bitumeux, des sables pétrolifè- res, des sables goudronneux, du charbon, de la lignite, ou semblables,, La présente invention concerne plus spécialement un procédé perfectionné de distillation de schiste bitumeux de matière semblable à l'état fluidifié, procédé dans lequel au moins une partie de la chaleur requise pour la dis- tillation est fournie par échange direct de chaleur du schiste frais avec un support de chaleur étrangère Le schiste distillé, avant son enlèvement du sytème de distillation, est refroidi sensiblement sous la température de distillation par échange directe de chaleur avec la matière susmentionnée utilisée ensuite comme support de chaleur,
tout-l'échange de chaleur ayant lieu dans un système essentiellement à contre-courant.
Il est connu que certains types de matière minérales pétroli- fères que l'on rencontre dans la matière, tels les schistes bitumeux et les bitumes, contiennent des matières qui peuvent être converties par un traite= ment pyrolytique en huiles hydrocarburées dans des productions praticables commercialement.
Avant la présente invention,d'autres personnes ont proposé de réaliser le traitement pyrolytique du schiste sous la forme d'une poudre ou d'agrégats plus grands jusqu'à 1/4 pouce de diamètre, dans un état hau- tement turbulent fluidifié par un gaz ascendant, dans une zone de distilla- tion, tandis que la chaleur nécessaire pour la réaction est fournie par combustion, c'est-à-dire, soit en brûlant une partie des combustibles dans la zone de distillation d'un système du type à récipient unique, soit en brûlant le schiste utilisé dans une zone de combustion séparée et en ren@ voyant le schiste fortement brûlé mais non refroidi à la zone de distilla- tion, pour l'alimentation en chaleur,
dans un système du type à deux ré- cipien@s. Les deux méthodes ne sont pas de nature économique en ce qui concerne la récupération de chaleur, du fait que le schiste utilisé quit- tant le système est à la température de distillation ou même de combustion,
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ou très près de celles-ci. La chose est vraie aussi pour les gaz de fumée quittant le brûleur du système à deux récipients .Il est, par conséquent, nécessaire de fournir un moyen pour un chauffage très fortement supérieur à la quantité de chaleur actuellement requise pour distiller le schisteo
Le système à récipient unique, bien que simple dans sa réalisa- tion, comprend aussi les désavantages de pertes de produit par combustion et de dilution du produit avec les gaz de fumée.
Le système à double réci- pient évite ces inconvénients mais il peut contribuer à une désintégration du schiste et à un entraînement excessif de fines depuis la zone de distil- lation. En plus, les productions d'huiles peuvent être sérieusement affec- tées par l'adsorption d'huile distillée, au cours de la distillation, sur le schiste brûlé mis en circulation, suivie par une combustion de l'huile adsorbée, dans le brûleur.
La présente invention surmonte ces difficultés et procure divers avantages supplémentaires qui apparaîtront de la description ci-après, don- née avec référence aux dessins annexés.
Suivant la présente invention, un support de chaleur étranger est mis en circulation à travers un système de distillation de schiste du type fluide, en vue d'un échange de chaleur direct avec les solides du pro- cédé, d'une manière telle que de la chaleur procurant du schiste fluidifié relativement chaud est absorbée par le support de chaleur en circulation, par échange de chaleur directe et à contre-courant, Lorsqu'on opère de cet- te manière, le schiste utilisé peut être déchargé à une température avanta- geusement faible après échange de chaleur avec le support de chaleur, et de la chaleur pour la distillation peut être produite par combustion des cons- tituants combustibles du schiste et fournie au schiste brut sans@circulation du schiste brûlé à travers le système et, si on le désire,
sans dilution quelconque de produit avec les gaz de fumée.
Le support de chaleur, qui est de préférence solide aux condi- tions du procédé, devrait être de poids spécifique et de dimensions de par- ticules tels qu'il puisse être conduit vers le bas sous la forme de parti cules à travers des masses fluidifiées, à mouvement ascendant, des solides du procédé, sansi@etour appréciable du=support de chaleur, par mélange en direction verticale., D'après les quantités.
de chaleur à transférer et les conditions de fluidification dans les zones d'échange de chaleur impli- quées, le courant descendant des solides porteurs de chaleur à travers les masses fluidifiées dans ces zones peut être réglé de sorte que le support de chaleur se déplace sous"forme d'un lit dense mobile de particules dont le mouvement descendant est peu ou pas du tout affecté par le gaz de fluidifi- cation se déplaçant vers le haut, tandis que les solides du procédé sont fluidifiés dans les intervalles du lit porteur de chaleur, ou bien les par- ticules porteuses de chaleur peuvent être soumises à un degré limité de turbulence ou de mouvement saccadé dans un lit de moindre densité,
ou bien les particules porteuses de chaleur peuvent être admises à tomber plus ou moins librement à travers la masse fluidifiée de solides du procédé à une vitesse réglée par celle des gaz de fluidification. Ces conditions peuvent varier, comme on le désire, de zone d'échange de chaleur en zone d'échange de chaleur et même dans la même zone d'échange de chaleur, en accord avec les exigences en chaleur du procédéo De cette manière, la plus haute souples- se d'échange de chaleur est atteinte à des conditions constantes de produc- tion et de consommation de chaleur. Il est cependant essentiel en vue d'un rendement le plus élevé possible qu'un retour en arrière excessif par mélan- ge, des solides fluidifiés en direction verticale, soit évité afin de réhaus- ser le caractère à contre-courant de l'échange de chaleur.
Pour cette rai- son, le poids spécifique du lit ou des lits porteurs de chaleur devrait, de préférence, être assez élevé pour agir à la manière d'une masse pesante po- reuse qui limite le retour vers le bas, par mélange, des solides fluidifiés se déplaçant vers le hauto
Le support de chaleur solide est, de préférence, utilisé sous forme de boules ou de cailloux de dimensions et de densité convenables.
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Tous les types de métaux à bon marché, tels que le fer, les aciers, l'alu- minium, les alliages de plomb à haut point de fusion, etc peuvent être uti- lisés comme supports de chaleur, dans les buts définis de l'invention, mais on peut utiliser aussi des matières réfractaires, et spécialement céramiques, qui ont de relativement hautes capacités comme supports de chaleur et ne sont pas sujettes à oxydation ou à réduction. Les dimensions de particule du sup- port de chaleur peuvent varier dans de larges gammes de dimensions, qui dé- pendent du.poids spécifique de la matière utiliséeo Si le support de cha- leur est du fer ou un métal de poids spécifique similaire, on peut utiliser des dimensions de particules d'environ 100 mailles à 1/2 pouce, de préféren- ce d'environ 20 mailles à 1/4 de pouce.
Si des matières céramiques sont utilisées, des dimensions de particules d'environ 50 mailles à l pouce, de préférence d'environ 20 mailles à 1/2 pouce, sont plus convenableso
Le procédé de l'invention peut être appliqué avec des avantages égaux aux systèmes de distillation de schiste à simple et à double récipient des types mentionnés précédemmento Lorsqu'il est appliqué au fonctionnement à récipient unique, le support de chaleur en circulation peut être mis en con- tact avec du schiste fluidifié utilisé et chaud dans le système à contre-cou- rant de l'invention, de manière à être chauffé à des températures inférieu- res d'environ 150 à 200 F.
à la température de distillation qui peut être d'environ 800 à 1200 F, tout en refroidissant le schiste utilisé à environ 500 à 1000 F en dessous de la température de distillation avant son évacua- tiono Le support de chaleur ainsi chauffé peut alors être mené à l'échange direct de chaleur à contre-courant, avec une masse fluidifiée de schiste, brut, pour préchauffer ce dernier à des températures inférieures d'environ 100 à 500 F à la température de distillation. De cette manière, le rende- ment thermique du procédé est grandement augmenté comparativement au fonc- tionnement habituel à récipient unique, avec le résultat que de plus petites quantités d'air ou d'oxygène sont requises pour la distillation et que la durée de celle-ci peut être réduite.
En plus, la récupération des matières finales légères est beaucoup facilitée parce que la dilution du produit avec le gaz de fumée est réduite.
Dans les systèmes à deux récipients, le support de chaleur peut être chauffé dans un échange direct de chaleur à contre-courant avec une mas- se fluidifiée de schiste brûlé chaud, ou bien une combustion de schiste dis- tillé fluidifié peut être réalisée dans le récipient brûleur en échange di- rect de chaleur à contre-courant avec le support de chaleuro Le support de chaleur chaud peut être utilisé soit seul soit en même temps que du schis- te brûlé en circulation, pour f ournir la chaleur requise pour préchauffer et distiller le schiste brut par échange direct de chaleur à contre-courant suivant l'inventiono Lorsqu'on opère de cette manière,
du schiste brûlé peut être évacué à des températures inférieures de 600 à 1200 F à la températu- re du brûleur qui peut varier entre environ 900 à 14000 F, ce qui amène des perfectionnements, dans le rendement thermique, similaires à ceux décrits pour le système à simple récipient.
Les objets et la nature générale de l'invention ayant été déve- loppés, cette invention sera mieux comprise grâce à la description suivante plus détaillée, dans laquelle il est fait référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une représentation schématique d'un système spé- cialement adapté pour mettre en oeuvre la présente invention dans un systè- me à simple récipient.
La figure 2 est une représentation semblable d'un système utili- sant les principes de l'invention dans un fonctionnement du type à deux ré- cipientso
On se réfère maintenant à la figure 1 des dessins. Le système qui y est représente comprend essentiellement un préchauffeur de schiste brut 10, un récipient échangeur de chaleur 20 et un récipient de distillation ou retorte 30, dont les fonctions et la coaction seront décrite ci-après en utilisant, comme exemple, la distillation d'un schiste bitumeux du type Co- lorado donnant environ 30 gallons par tonne, tout en utilisant des cailloux
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de matière céramique comme support de chaleur, suivant la présente invention.
On doit comprendre, cependant, que le système peut être utilisé pour la distillation d'autres schistes bitumeux et pour l'application d'autres sup- ports de chaleur d'une manière généralement analogueo
En fonctionnement, le schiste brut broyé à des dimensions de particules dépassant 100 mailles est envoyé à travers la conduite 1 pourvue d'un dispositif mesureur convenable 3 vers une partie inférieure du préchauf- feur 10 qui peut être de la forme d'un récipient de traitement solides-flui- de du type habituel. Le schiste brut peut être envoyé dans la conduite 1 au moyen d'un transporteur à vis sans fin, d'une tuyauterie de montée aérée, ou de toute autre moyen convenable d'alimentation de solides, connu dans la pratique de manipulation solides-fluide.
Le préchauffeur 10 contient une masse relativement dense de cailloux de céramique ayant des dimensions de par- ticule d'environ 30 mailles à 5 mailles, alimentés d'une manière continue depuis l'échangeur de chaleur 20 à une température d'environ 700 à 900 F, au sommet du préchauffeur 10 comme cela apparaîtra plus clairement par après, et enlevée d'une manière continue de la base du préchauffeur 10, à travers une conduite 13 à une température d'environ 100 -300 F. Un gaz fluidifiant, tel que gaz de queue de produit.. gaz de fumée, vapeur ou semblable, est four- ni par une conduite 5, via un moyen de distribution convenable, tel qu'un cône 7, en un point inférieur au point d'alimentation de la ligne 1.
La vitesse linéaire superficielle du gaz fluidifiant dans le préchauffeur 10 est réglée, de-telle sorte que le schiste brut relativement plus léger est bien fluidifié, c'est-à-dire, présent sous la forme d'une masse turbu- lente pseudo-liquide "bouillant" dans les'intervalles des cailloux porteurs de chaleur se déplaçant vers le bas et ayant une surface supérieure L10 plus ou moins définie. La densité apparente de la masse de schiste fluidifié devrait être d'environ 10-30 livres par pied cube,comparativement aux 15-45 livres environ par pied cube du support de chaleur.
Les vitesses superfi- cielles linéaires du gaz fluidifiant dans le préchauffeur 10, d'environ 0,2 à 2,5 pieds par seconde sont généralement convenables pour ces buts aux di- ménsions de particules spécifiées,
Sous l'influence du gaz fluidifiant se dirigeant vers le haut et de l'alimentation continue de schiste brut à la base du préchauffeur 10, la masse fluidifiée de schiste brut se déplace vers le haut à travers les intervalles du support de chaleur et à contre-courant par rapport au mouve- ment de ce dernier vers le bas, pour être préchauffé depuis une températu- re d'alimentation, de, par exemple, environ 100 F à une température d'envi- ron 400 à 800 F, pendant son voyage à travers le préchauffeur 10, grâce à un échange de chaleur à contre-courant avec le support de chaleur.
Une suspension du schiste préchauffé dans du gaz fluidifiant est évacué d'une partie supérieure du préchauffeur 10 par une conduite 25 sensiblement à la température maximum du préchauffeur 10 d'environ 700 -900 F. Cette évacua- tion peut avoir lieu au niveau ou légèrement en dessous du niveau L10 de la masse de schiste fluidifié ou à partir de la phase diluée se formant au-des- sus du niveau L10.
Si on le désire, un dispositif convenable formant écran peut être utilisé pour empêcher l'enlèvement, par la conduite 25, de supports de chaleur de grandes dimensionso Le support de chaleur enlevé par la conduite 13 à une vitesse réglée par un dispositif d'alimentation étoilé ou un dispo- sitif mesureur similaire 15, est renvoyé, à la température minimum d'environ 100 à 300 F,du préchauffeur 10, grâce à un transporteur à chaîne ou à go- dets, un élévateur à fluide, ou un moyen de transport similaire 17, vers le sommet de l'échangeur de chaleur 20 pour y être réchauffé comme on le verra ci-après,
La suspension de schiste préchauffé dans du gaz fluidifiant, enlevée du sommet du préchauffeur 10, passe par la conduite 25 vers une portion supérieure de la retorte 30 à une vitesse réglée par une soupape ou un autre dispositif de mesure 27.
Suivant le point d'enlèvement et la den- sité de cette suspension, la conduite 25 peut avoir la forme d'un tuyau aé- ré, d'une conduite de transport à grande vitesse, ou de toute autre moyen de transport de fluide-solides. La retorte 30 peut être un récipient de trai- tement fluide-solides du type conventionnel, pourvu, à sa partie inférieure,
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d'un moyen convenable de distribution de gaz, par exemple, une grille 28.
Un gaz entretenant la combustion, contenant de l'oxygène libre, est envoyé de la conduite 29 vers le retorte 30 en un point inférieur à la grille 28, en des quantités suffisantes pour maintenir dans cette retorte 30, grâce à une combustion limitée des constituants combustibles du schiste, une tempé- rature de distillation d'environ 9000 à 1100 F.
La rétorte 30 est de pré= férence conçue de telle sorte que, lorsque cette quantité d'oxygène est - fournie sous forme d'air, celui-ci établit, en coopération avec les vapeurs de distillation et les gaz de fumée développés, une vitesse superficielle linéaire dans la retorte 30 d'environ 0,5 à 2,5 pieds par seconde, qui convient pour maintenir le schiste, supportant une distillation et une dé- sintégration, à des dimensions de particule d'environ 5 à 200 microns, sous forme d'une masse fluidifiée M30 hautement turbulente ayant une densité apparente d'environ 20 à 40 livres par pied cube et une surface supérieure L30 plus ou moins définieo La quantité d'oxygène requise dans ce but est seule = ment de 0,3 à 0,6 pieds cubes standards (SCF) par livre de schiste compara- tivement à 0,8 à 1,
2 SCF par livre de schiste dans le fonctionnement habi- tuel à récipient unique. Si on le désire, 1'air alimenté par la-conduite 29 peut être enrichi en oxygène ou dilué avec des gaz inertes, par exemple, gaz de produit, vapeur, azote, etc.,,,, si cela est judicieux pour les consi- dérations de fluidification.
Un mélange de produits de distillation gazéiformes et de gaz de fumée contenant des fines solides entraînées quitte le niveau L30 à la par- tie supérieure et est envoyé par une conduite 32 vers un système convention- nel de récupération de produit (non représenté), de préférence après sépara- tion des fines solides dans un séparateur gaz-solides, tel un cyclone, 34, d'où les solides séparés peuvent être renvoyés vers la masse M30 via une con- duite plongeante 36.
Le schiste épuisé chaud peut être évacué en partant d'une partie inférieure de la retot 30, sous la pression pseudo-hydrosta- tique de la masse M30, par un puits d'évacuation 38, dans la conduite 40, pour être envoyé par celles-ci dans une portion inférieure de l'échangeur de chaleur20, à une vitesse réglée par un dispositif mesureur 39. D'après les positions relatives de la retorte 30 et de l'échangeur de chaleur 20, la conduite 40 peut être, soit un tuyau aéré, soit une conduite de transport à haute vitesse recevant un gaz de support, en provenance de la conduite 42, tel que de la vapeur, de l'air ou de gaz du produit, suivant ce que l'on trouve le plus avantageux.
Tout gaz -alimenté par la conduite 42 peut être préchauffé à environ 600 à 1000 F par échange de chaleur avec du produit évacué par la conduite 32,-Du de'toute autre'manière habituelleo
En se référant maintenant à nouveau à l'échangeur de chaleur 20, celui-ci contient une masse de support de chaleur, se déplaçant vers le bas, semblable à la masse de support de chaleur du préchauffeur 10. Les solides porteurs de chaleur, relativement froids, sont alimentés par la con- duite 17 à une vitesse contrôlée par le feeder étoilé 15.
La schiste épuisé chaud, fourni par la conduite 40, sensiblement à la température de la retor- te 30, pénètre dans une partie inférieure de ladite'masse via un cône de dis- tribution 45, en même temps que tout le gaz quelconque ajouté par la conduite 42, Le schiste épuisé chaud est fluidifié dans les interstices du support de chaleur pour f ormer une masse "bouillante", ayant une densité apparente d'environ 5 à 20 livres par pied cube et une surface supérieure L20, et pas- sant vers le haut et à contre-courant par rapport au support de chaleur mo- bile, à travers l'échangeur 20.
Si la quantité de gaz fournie par la con- duite 42 est insuffisante, du gaz fluidifiant additionnel, tel que de la vapeur ou un gaz de queue deproduit, peut être envoyé, par une conduite 47 à la base de l'échangeur de chaleur 20 et/ou par la conduite 49, au cône 45.
En général, on peut noter cependant que la vitesse superficielle linéaire du ga- dans l'échangeur de chaleur 20 peut être quelque peu inférieure à cel- le dans le préchauffeur 10, dans la large gamme de vitesse variant de 0,1 à 1 pied par seconde, parce-que les dimensions de particule du schiste épui- se sont normalement sensiblement inférieures à celles du schiste brute.
Le-schisme épuisé-chaud ascendant cède la plus grande partie de sa chaleur au support de chaleur, au cours de l'échange de-chaleur à contre-
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courante Comme résultat, une suspension de schiste épuisé dans du gaz flui- difiant, peut être évacuée par une conduite 51 depuis la partie supérieure de l'échangeur de chaleur 20, à une température d'environ 100 à 3000 F, d'u- ne manière similaire à l'enlèvement du schiste hors du récipient 10.
Les solides porteurs de chaleur,- d'autre part, peuvent être évacués à la base de l'échangeur de chaleur 20, à une température d'environ 700 à 900 F et four- nis, à cette température, par une conduite 53 au sommet du préchauffeur 10 à une vitesse réglée par un feeder étoilé ou semblable 55, comme indiqué ci- avant.
L'exemple suivant illustre les conditions spécifiques auxquelles un système du type décrit ci-dessus avec référence à la figure 1 peut fonc- tionner pour le type de schiste bitumeux spécifié.
EXEMPLE I.
EMI6.1
<tb>
Températures, <SEP> oF <SEP> Schiste <SEP> Support <SEP> de <SEP> chaleur
<tb>
<tb> Sommet <SEP> du <SEP> préchauffeur <SEP> 10 <SEP> 550 <SEP> 900,
<tb>
<tb> Base <SEP> du <SEP> préchauffeur <SEP> 10 <SEP> 100 <SEP> 200
<tb>
<tb> Sommet <SEP> de <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 20 <SEP> 300 <SEP> 200
<tb>
<tb> Base <SEP> de <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 20 <SEP> 1000 <SEP> 900
<tb>
<tb> Retorte <SEP> 30 <SEP> 1000
<tb>
Taux de déplacement des solides, livres/livres de schiste brut Support de chaleur à travers le préchauffeur 10
EMI6.2
<tb> et <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 20 <SEP> 1,0
<tb>
<tb> Schiste <SEP> épuisé, <SEP> à <SEP> travers <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 20 <SEP> 0,85
<tb>
<tb> Densités <SEP> de <SEP> lit.
<SEP> livres/pied <SEP> cube
<tb>
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> dans <SEP> le <SEP> préchauffeur <SEP> 10 <SEP> 25
<tb>
<tb> Schiste <SEP> dans <SEP> le <SEP> préchauffeur <SEP> 10 <SEP> 20
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> dans <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 20 <SEP> 25
<tb>
<tb> Schiste <SEP> épuisé, <SEP> dans <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 20 <SEP> 10
<tb>
<tb> Schiste <SEP> dans <SEP> la <SEP> retorte <SEP> 30 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb> Exigence <SEP> en <SEP> air, <SEP> SCF <SEP> par <SEP> livre <SEP> de <SEP> schiste <SEP> brut <SEP> 2,5
<tb>
Le système représenté à la figure 1 admet diverses modifications.
De la chaleur additionnelle peut être produite en réalisant une combustion dans l'échangeur de chaleur 20 et/ ou dans le préchauffeur 10. Dans ce but, un gaz contenant de l'oxygène libre, tel que l'air, peut être admis par les conduites 47 et/ou 5 en quantités désiréeso La distillation complète peut être effectuée, de cette manière, dans le préchauffeur 10, en éliminant ain- si la nécessité du récipient séparé 30 de distillation.
Ceci peut être réa- lisé par addition de tout l'air, requis pour la production de chaleur, à lé- changeur de chaleur 20 et par alimentation de schiste distillé depuis le ré- cipient 10 par les conduites 25, 60, 47 et 49, directement au récipient 200 Dans ce cas, seul du schiste distillé est brûlé et les solides porteurs de chaleur peuvent être chauffés, dans l'échangeur de chaleur 20, suffisamment fort pour fournir toute la chaleur requise, pour la distillation dans le récipient 10, comme chaleur sensible du support de chaleur en circulation, à la manière générale d'un système à deux récipients, en évitant ainsi une dilution du produit avec des gaz de fumée. Les vapeurs de produits peuvent être évacués par une conduite 24.
Lorsqu'on applique le principe à récipient unique, comme décrit avec référence à la figure 1, le besoin en air peut de plus être réduit par préchauffage de l'air à des températures d'environ 500 à1000 F par échange direct de chaleur avec du schiste épuisé chaud provenant de la retorte 30.
Dans ce but, l'air alimenté par la conduite 29 peut être mis en contact avec une partie du schiste épuisé, dans un préchauffeur d'air habituel à contact direct 62, qui peut recevoir du schiste épuisé chaud en provenance de la con- duite 40 par la conduite 64. Le préchauffeur d'air 62 peut comporter des chicanes convenables pour promouvoir un échange de chaleur, à contre-courant, entre l'air et le schiste épuisé chaud, d'une manière évidente pour les tech- nicienso Le schiste évacué par le puits 38, peut être libéré de vapeurs pro-
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duites adhérentes par un gaz convenable admis par une conduite 66.
Du gaz de queue, de préférence à la vapeur, devrait être utilisé dans ce but pour éviter des problèmes d'émulsion lors de la condensationo
La chaleur requise pour la distillation dans la retorte 30 peut aussi être fournie par brûlage d'une partie du schiste distillé, enlevé par la conduite 40, dans un brûleur séparé à température plus élevée (non re- présenté) plustôt que dans la retorte 30, et par renvoi du résidu de combus- tion solide chaud à la retorte 30, comme dans un système à deux récipients.
Comme résultat du préchauffage efficace du schiste, suivant l'invention, la vitesse de circulation des solides entre la retorte 30 et un tel brûleur sé- paré peut être maintenue très basse, en conservant ainsi minima les incon- vénients susmentionnés du système à deux récipients.
Une autre adaptation de-l'invention, au principe du système à deux récipients, est représentée à la figure 2 des dessins. Ce système per- met des économies supplémentaires dans les besoins en air et une diminution sensible des quantités d'eau froide requises pour la condensation des produits Il comprend l'utilisation des échangeurs distillateur et brûleur 210 et 220 avec schiste en poudre et support de chaleur à contre-courant et d'un échan- geur refroidisseur 250 qui sert à refroidir les produits de distillation, comme cela apparaîtra plus clairement ci-après,
En se référant en détails à la figure 2 des dessins, du schiste brut broyé à des dimensions de particules dépassant 100 mailles est alimenté par une trémie d'alimentation 201 via les conduites 203 et 205 à la base d'un prolongement inférieur, de petit diamètre,
de l'échangeur-distillateur 210.
La vitesse d'alimentation du schiste peut être contrôlée par undispositif de mesure convenable 204. Le schiste brut dans la conduite 205 est suspen- du dans un gaz..,de supporta sensiblement inerte, et fluidifiant, tel que du gaz de queue de produit ou gaz similaire.
La conduite 203 peut être de 1?un quelconque des moyens d'alimentation en schiste, décrits avec référence à la conduite 1 de la figure 1, L'échangeur-distillateur 210 et son prolon- gement 212 contiennent une masse relativement dense de cailloux de dimen- sions de particule égales à environ 20 mailles à 1/4 de pouce, masse alimen- tée d'une manière continue depuis l'échangeur-brûleur 220, à une température d'environ 1000 à 1300 F, qui convient pour fournir la chaleur requise pour la distillation dans l'échangeur-distillateur 210, comme cela apparaîtra ci-après, ladite masse de cailloux étant enlevée, d'une manière continue, de la base du prolongement 212 par une conduite 214 à une température d'en- viron 1000 à 300 F.
La vitesse linéaire superficielle du gaz fluidifiant dans le prolongemen t 212 est réglée de manière que le schiste brut plus léger forme une masse fluidifiée fortement turbulente ?'bouillant?' dans les intervalles des cailloux du support de chaleur se déplaçant vers le bas, et, enmême temps, se déplaçant vers le haut dans ces intervalles pour assurer l'é- change de chaleur à contre-courant entre le support de chaleur et le schiste brut.
Des vitesses superficielles linéaires du gaz fluidifiant d'environ 0,5 à 2,5 pieds par seconde, qui provoqueront des densités apparentes du lit de schiste d'environ 20 à 30 livres par pied cube et des densités appa- rentes du lit de support de chaleur d'environ 15 à 45 livres par pied cube dans le prolongement 212, conviennent normalement dans ce but, suivant le diamètre du prolongement 212, qui peut varier d'environ la moitié au quart de celui de l'échangeur-distillateur 210.
Le diamètre plus grand de la sec- tion principale de l'échangeur-distillateur 210 compense l'augmentation de volume du gaz, dû à l'évolution des produits volatils en cours de distilla- tion, de sorte que des conditions similaires de fluidification peuvent y ê- tre maintenues et que le schiste fluidifié supportant la distillation forme une surface supérieure L210 plus ou moins définie. De cette manière, la distillation peut être réalisée dansla partie supérieure de l'zchangeur-dis- tillateur 210 à des températures convenables d'environ 900 à 1100 F, sans qu'il s'y produise de combustion quelconque..
Le schiste distillé est enlevé directement de la masse de schis- te fluidifié au niveau L210 ou juste en dessous de ce dernier, par une con= duite 216, et est envoyé dans une conduite 218 à une vitesse contrôlée par
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une soupape 217. Le schiste dans la conduite 218 est suspendu dans de l'air, de préférence préchauffé à environ 600 à 1000 F par échange de chaleur avec les solides chauds du procédé et/ou des gaz de toute manière habituelle,, La suspension de schiste distillé, dans de l'air, pénètre dans une portion in- férieure de l'échangeur brûleur 220 par un dispositif de distribution conve= nable, tel qu'un cône 222.
L'échangeur brûleur 220 contient des cailloux porteurs de chaleur se déplaçant vers le bas, cailloux semblables à ceux de l'échangeur-distillateur 220 et qui sont fournis par une conduite 214 comme le le verra ci-après. La quantité d'air envoyée par la conduite 218 devrait être suffisante pour établir, par combustion du schiste distillé, une tempé= rature du support de chaleur d'environ 1000 à 2000 F dans l'échangeur-brû- leur 220, et des conditions de fluidification similaires à celles décrites avec référence à l'échangeur 20 de la figure 1, de sorte que le schiste brû- lant et brûlé dans l'échangeur-brûleur 220 forme une masse fluidifiée dans les intervalles du support de chaleur, et prend un niveau supérieur L 220.
Les gaz de fumée sont enlevés au-dessus du niveau L220 par une conduite 224, de préférence après séparation des solides entraînes dans un cyclone 226 auquel ces solides séparés peuvent être renvoyés par une canalisation plongeante 228. Le gaz de fumée chaud qui peut avoir une tem- pérature d'environ 1000 à 1300 F peut être utilisé pour une récupération de chaleur lors de l'échange de chaleur avec les matériaux du procédé ou pour une production de vapeur de toute manière habituelle, Le flux de gaz de fumée par la conduite 224 peut être réglé, par la soupape 225, Le schis- te brûlé passe, vers le haut, à travers un prolongement supérieur 230 de pe- tit diamètre s'ouvrant sous le niveau L220 dans l'échangeur-brûleur 220,
lors de l'échange de chaleur à contre-courant avec une masse se déplaçan+ vers le bas de cailloux porteurs de chaleur, d'une manière similaire à celle dé- crite avec référence au prolongement 212. Les cailloux de support de cha- leur froids sont alimentés par la conduite 214 et la conduite 232 au commet du prolongement 230, à une température d'environ 100 à 200 F et à une vi- tesse déterminée par un dispositif mesureur 2340 Une suspension froide de cendres de schiste dans du gaz de fumée quitte le prolongement 230 par une conduite 236 à une température d'environ 100 à 300 F, tandis que les cail- loux porteurs de chaleur se déplacent, en partant du prolongement 230, dans l'échangeur=brûleur 220 à une température d'environ 800 à 1200 F.
Par un contrôle convenable de la soupape 225, le niveau L220 peut être réglé, en un point supérieur à l'extrémité inférieure du prolongement 230. Une élé- vation de pression du fait d'un réglage de la soupape 225, chassera le schis- te épuisé fludifié à l'intérieur du prolongement 230 et ensuite vers le haut à travers celui-ci. D'autres moyens convenables pour régler le niveau L220 et la pression au-dessus de celui-ci peuvent apparaître aux techniciens en ce domaineo Le diamètre du prolongement 230 peut varier d'environ la moi- tié au dixième de celui de l'échangeur-brûleur 220.
Les cailloux porteurs de chaleur chauffés à une température d'en- viron 1000 à 1200 F. se dirigent de la base de l'échangeur-brûleur 220 par une canalisation de descente au moyen de transport similaire 238 dans l'é- changeur-distillateur 210 pour fournir la chaleur qui y est requise, comme signalé ci-avant. Un gaz convenable, tel que de la vapeur ou du gaz de queue de produit, peut être injecté à travers la conduite 240 dans la ca- nalisation 238, pour augmenter la pression dans celle-ci et pour procurer une couverture de gaz empêchant des vapeurs du produit de s'élever à travers la canalisation 238 dans l'échangeur-brûleur 220.
En retournant maintenant à la base du prolongement 212, les cail- loux froids de support de chaleur qui sont évacués de là par un dispositif mesureur 215 sont élevés par un transporteur à chaîne ou à godets, ou par un dispositif similaire, à travers la conduite 214. Une partie de, par exem- ple, environ 50 à 80% de ces cailloux est renvoyée par la conduite 232 au sommet du prolongement 230, comme décrit précédemment. Le restant des cail- loux de support de chaleur est envoyé au sommet de l'échangeur-refroidisseur 250 par une conduite 242 pourvue d'un dispositif de mesure 244, pour former une masse se déplaçant vers le bas de cailloux de support de chaleur dans
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l'échangeur-refroidisseur 250.
Un mélange de vapeurs et de gaz de distilla- tion chauds et de gaz fluidifiant contenant de petites quantités de fines solides entraînées est évacué à la partie supérieure de l'échangeur-distilla- teur 210 et envoyé par une conduite 246 à la partie inférieure de l'échangeur- refroidisseur 250.Il est généralement désirable de prévoir un moyen de sé- paration gaz-solides 247 pour empêcher un entrafnement excessif de fines dans la conduite 246 et l'échangeur 250.
Des cailloux froids de support de chaleur et des vapeurs chaudes deproduit échangent de la chaleur dans l'échangeur-refroidisseur 250 dans un système à contre-courant, de sorte que du produit liquide se condense dans les parties supérieures de cet échangeur-refroidisseur 250. Des canaux d'é- coulement 252 peuvent être disposés dans cette partie à condensation, d'où le produit liquide contenant une petite quantité de fines solides épurées peut être récupéré par une conduite 254 pour être utilisé dans tout système habituel (non représenté).
Le gaz de queue de produit est évacué par la con- duite 256 à une température d'environ 1000 à 300 F
Les cailloux de support de chaleur réchauffés sont évacués de- puis la base de l'échangeur-refroidisseur 250 à une température d'environ 8000 et 1000 F et peuvent être renvoyés par une conduite 258 à l'échangeur- brûleur 220 pour y être réchauffés aux températures requises pour la dis- filiation. Pour une capacité d'installation d'environ 10.000 à 14.000 ton- nes de schiste brut par jour, les éléments d'échange de chaleur 212, 230 et 250 peuvent être respectivement de dimensions typiques de 8 pouces de dia- mètre interne pour 20 pouces de haut, 8 pouces de diamètre interne pour 20 pouces de haut, et 1,5 pouce de diamètre interne pour 10 pouces de haut.
Le fonctionnement d'un système de type montré à la figure 2 sera illustré encore par l'exemple spécifique suivant.
EXEMPLE II.
EMI9.1
<tb>
Température. <SEP> oF <SEP> Schiste <SEP> Produit <SEP> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP>
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<tb>
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<tb>
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<tb> Sommet <SEP> du <SEP> préchauffeur
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<tb> 212 <SEP> 885 <SEP> 1000
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<tb> Base <SEP> du <SEP> préchauffeur
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<tb> 212 <SEP> 100 <SEP> 200
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<tb> Sommet <SEP> de <SEP> l'échangeur
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<tb> de <SEP> chaleur <SEP> 230 <SEP> 300 <SEP> 200
<tb>
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<tb> Base <SEP> de <SEP> l'échangeur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> de <SEP> chaleur <SEP> 230 <SEP> 1170 <SEP> 1000
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Sommet <SEP> de <SEP> l'échangeur <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chaleur <SEP> 250 <SEP> 300 <SEP> 200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Base <SEP> de <SEP> l'échangeur¯.de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chaleur <SEP> 250 <SEP> 1000 <SEP> 900
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
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<tb> Distillateur <SEP> 210 <SEP> 1000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Brûleur <SEP> 220 <SEP> 1170
<tb>
Taux de déplacement des solides, livres/par livres de schiste brut
EMI9.2
<tb> Support.de <SEP> chaleur <SEP> à <SEP> travers <SEP> le <SEP> pré-
<tb>
<tb> chauffeur <SEP> 212 <SEP> 1,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> à <SEP> travers <SEP> l'échangeur
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> chaleur <SEP> 230 <SEP> 1,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> à <SEP> travers <SEP> l'échangeur <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> chaleur <SEP> 250 <SEP> 0,
5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Schiste <SEP> épuisé <SEP> à <SEP> travers <SEP> l'échangeur <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> chaleur <SEP> 230 <SEP> 0,85
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Produit <SEP> à <SEP> travers <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 250 <SEP> 0,13
<tb>
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EMI10.1
<tb> Densités <SEP> de <SEP> lit,
<SEP> livres <SEP> par <SEP> pied <SEP> cube
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> dans <SEP> le <SEP> préchauffeur <SEP> 212 <SEP> 25
<tb>
<tb> Schiste <SEP> dans <SEP> le <SEP> préchauffeur <SEP> 212 <SEP> 20
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> dans <SEP> l'échangeur <SEP> de
<tb>
<tb> chaleur <SEP> 230 <SEP> 25
<tb>
<tb> Schiste <SEP> usé <SEP> dans <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 230 <SEP> 10
<tb>
<tb> Support <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> dans <SEP> 1échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 250 <SEP> 70
<tb>
<tb> Besoin <SEP> en <SEP> air, <SEP> SCF.
<SEP> livre <SEP> de <SEP> schiste <SEP> brut <SEP> 1,6
<tb>
Le système de la figure 2 admet différentes modifications, La plupart du schiste distillé, par exemple environ 50 à 75 %, peut être déri- vé autour de l'échangeur-brûleur 220 et envoyé directement au prolongement supérieur 230 par une conduite 260. Ceci épargne la nécessité de chauffer la majeure partie du schiste distillé depuis la température de distillation jusqu'à la température de combustion, ce qui constitue une grande part de la quantité de chaleur nécessaire. Cela a de plus l'avantage que la petite quantité de schiste distillé, qui est envoyée à l'échangeur-brûleur 220, peut être brûlée jusqu'à presque 0% de teneur en carbone, de sorte que la perte de fines dans le gaz de fumée quittant l'échangeur-brûleur inférieur 22o est minimisée.
Les cailloux chauds enlevés à environ 8000 à 1000 F de l'échan- geur-refroidisseur 250 au lieu d'être chargés directement dans l'échangeur- brûleur 220 peuvent être chargés par la conduite 262 à un endroit situé au- dessus de l'échangeur-brûleur 220 dans le prolongement 230, de sorte qu'ils sont préchauffés par du schiste plutôt que de requérir l'emploi d'air de com- bustion pour leur préchauffage. Ou encore, une partie ou tous ces cailloux peuvent être envoyés par la conduite 264 à la partie du prolongement 212 où les cailloux sont à environ 800 à 1000 pour obtenir un perfectionnement à peu près semblable.
Pour faciliter la récupération des poussières dans les échangeurs distillateur et brûleur 210 et 220, des dispositifs de précipita- tion de poussière supersoniques peuvent être utilisés à tout endroit inté- ressanto Le schiste enlevé de l'échangeur-distillateur 210 par la conduite 216 peut être libéré des produits de distillation adhérents par un. gaz admis par la conduite 266. Pour éviter des problèmes d'émulsion, du gaz de queue, plutôt que de la vapeur, devrait être utilisé à cette fin.
Dans la plupart des cas, il sera désirable de prévoir un moyen pour séparer le schiste des cailloux de support de chaleur enlevés aux ex- trémités inférieures des récipients 10,20, 212 et 220, pour empêcher des pertes de schiste et d'huile,. Cela peut être accompli en introduisant des gaz de dépouillement, tels que du gaz de queue de produit, de la vapeur, du gaz de fumée, etc, par des robinets t et une conduite 240.
Les deux systèmes illustrés aux dessins permettent encore d'au- tres modifications. Par exemple, des cônes de distribution 7, 45 et 222 peu- vent être pourvus de plaques de recouvrement perforées ou ils peuvent être remplacés par d'autres moyens convenables de distribution, tels que des pla- ques perforées ayant des ouvertures suffisantes et convenablement conformées pour permettre un passage descendant des cailloux de support de chaleur et un déplacement ascendant de gaz.
On peut encore prévoir une série d'ajutages à gaz convenablement distribués sur la section des récipients, En vue de permettre une distribu- tion uniforme des cailloux de support de chaleur sur l'entièreté de la sec- tion transversale des récipients, on peut prévoir des moyens convenables à chicanes, comme on le montre schématiquement par a. D'autres modifications dans le cadre de l'invention apparaîtront aux techniciens en ce domaine,
Bien que la description précédente a montré l'application de l'invention à la distillation des schistes bitumeux et que cette applica- tion soit la matérialisation préférée de l'invention, il faut noter que certains des avantages spécifiés précédemment augmentent encore dans une application dés principes développés à la carbonisation et/ou à la gazéi- fication d'autres solides carbonés, tel le charbon.
Par exemple, on peut obtenir des économies substantielles en chaleur et en besoins en oxygène,
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De plus, les dimensions d'équipement peuvent être f ortement réduites
La description susdite et les fonctionnements à titre exempla- tif ont servi à illustrer des modes de réalisation spécifiques de l'inven- tion mais n'ont pas pour but d'en limiter le cadre ou l'esprit.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de distillation de matières pétrolifères sous for- me d'une masse fluidifiée, dense, fortement turbulente, de solides subdivi- sés, comprenant le chauffage, à une température élevée, d'un support de cha- leur solide, subdivisé, étranger ayant une vitesse de descente de gaz plus élevée que celle des matières minérales subdivisées susdites, et le trans- fert de chaleur sensible dudit support de chaleur chauffé auxdites matières minérales, par un échange direct de chaleur à contre-courant de ce support de chaleur avec une masse fluidifiée de ces matières minérales.