CA2655852C

CA2655852C - Method and corresponding device for treating tar sands or oil shales

Info

Publication number: CA2655852C
Application number: CA 2655852
Authority: CA
Inventors: Jean-Xavier Morin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2012-04-24
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: CA2655852A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de sables ou de sables bitumineux (SB) consistant à chauffer les sables ou les schistes bitumineux dans un réacteur (2) au moyen de solides chauds issus d'une chaudière (3), ledit réacteur étant équipé d'un dispositif de séparation (4) des solides et les résidus solides (RS) dudit réacteur étant réinjectés dans ladite chaudière (3). Selon l'invention, ladite chaudière (3) est un lit fluidisé rapide équipé d'un dispositif de capture du dioxyde de carbone (CO2) et en ce que le bitume est fondu à l'état liquide dans ledit réacteur (2), ledit dispositif de séparation (4) étant un dispositif de séparation des solides et du bitume liquideThe invention relates to a process for treating tar sands or tar sands (SB) comprising heating the sands or oil shales in a reactor (2) by means of hot solids from a boiler (3), said reactor being equipped a device (4) for separating the solids and the solid residues (RS) from said reactor being reinjected into said boiler (3). According to the invention, said boiler (3) is a rapid fluidized bed equipped with a device for capturing carbon dioxide (CO2) and in that the bitumen is melted in the liquid state in said reactor (2), said separation device (4) being a device for separating solids and liquid bitumen

Description

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DE SABLES OU DE SCHISTES
BITUMINEUX ET DISPOSITIF CORRESPONDANT

L'invention concerne un procédé de traitement de sables ou de schistes bitumineux et un dispositif correspondant.
Les sables bitumineux de l'Alberta au Canada représentent des réserves en pétrole équivalentes à celles de l'Arabie Saoudite. Mais cette exploitation classique est complexe et s'effectue à ce jour par voie minière suivie d'un lavage à
l'eau chaude qui sert à séparer le sable du bitume. Cette exploitation présente d'énormes inconvénients tout d'abord en terme d'eau consommée dont la quantité requise n'est pas disponible avec les ressources naturelles locales pour une exploitation à grande échelle puis en terme d'effluents liquides qui sont contaminés par des substances toxiques et qui sont stockés sans traitement dans des retenues artificielles. Enfin la production d'énergie pour le traitement de ce bitume exige des quantités gigantesques de gaz naturel, soit l'équivalent des réserves de gaz naturel du delta du Mac Kenzie pour le cas des gisements de sables bitumineux de l'Alberta. Une alternative technologique en développement est le SAGD ( Steam Assisted Gravity Draining ) qui permet d'exploiter les couches profondes de sables bitumineux mais requiert l'injection dans le sous sol de quantités très importantes de vapeur d'eau avec un ratio de deux sur un entre vapeur et bitume.
Plusieurs aspects sont à résoudre, à savoir tout d'abord pouvoir traiter sans consommation d'eau les sables bitumineux qui sont constitués par un mélange intime de bitume, de sable et d'eau avec des composés toxiques et en conséquent pouvoir traiter ces sables bitumineux sans production d'effluents liquides toxiques comme pour la voie classique.
Le document de brevet US 4 430 195 propose un procédé de traitement de sables bitumineux consistant à introduire les sables bitumineux dans un réacteur à lit fluidisé alimenté en sables chauds tout d'abord évacués de ce PROCESS FOR TREATING SANDS OR SHRIMPS
BITUMINOUS AND CORRESPONDING DEVICE

The invention relates to a method for treating sand or shale bitumen and a corresponding device.
Oil sands from Alberta to Canada represent reserves in oil equivalent to those of Saudi Arabia. But this exploitation is complex and is carried out to date by mining followed by a wash to hot water that separates sand from bitumen. This exploitation present huge disadvantages first of all in terms of water consumed whose quantity required is not available with local natural resources for a large-scale operation then in terms of liquid effluents that are contaminated with toxic substances and stored without treatment in artificial reservoirs. Finally the production of energy for the treatment from this asphalt requires gigantic amounts of natural gas, the equivalent of MacKenzie Delta natural gas reserves in the case of oil sands of Alberta. A technological alternative in development is the SAGD (Steam Assisted Gravity Draining) which allows to exploit the deep layers of oil sands but requires injection into the sub ground very large amounts of water vapor with a ratio of two to one enter steam and bitumen.
Several aspects are to be solved, namely to be able to deal first without water consumption the oil sands which consist of a intimate mixing of bitumen, sand and water with toxic compounds and therefore be able to treat these oil sands without producing effluents toxic liquids as for the classical way.
U.S. Patent 4,430,195 discloses a method of treatment of oil sands by introducing oil sands into a fluidized bed reactor fed with hot sand first evacuated from this

2 réacteur et ensuite chauffés à haute température au moyen d'un foyer de type tubulaire vertical associé. Ce foyer est équipé d'un cyclone de séparation de l'air et des gaz de combustion qui sont soit rejetés à l'atmosphère soit destinés à
produire de la vapeur afin d'alimenter le réacteur à lit fluidisé circulant. Le bitume évaporé
dans le réacteur à lit fluidisé est ensuite dépoussiéré dans un cyclone, avant d'être séparé en fractions.
L'invention propose un procédé de traitement des sables bitumineux qui soit plus adapté à un traitement sans émission de dioxyde de carbone à
l'atmosphère, qui assure la production de bitume pouvant être transportable par pipeline sans diluant additionnel à partir du site d'extraction des sables vers des raffineries et qui permette de plus de produire de l'énergie en particulier de l'électricité.
Le procédé de traitement selon l'invention peut également être mis en oeuvre pour traiter des schistes bitumineux avec les mêmes avantages.
Pour ce faire, l'invention propose un procédé de traitement de sables ou de schistes bitumineux consistant à chauffer les sables ou les schistes bitumineux dans un réacteur au moyen de solides chauds issus d'une chaudière, en un point dit de soutirage, ledit réacteur étant équipé d'un dispositif de séparation des solides et les résidus solides dudit réacteur étant réinjectés dans ladite chaudière, caractérisé en ce que ladite chaudière est un lit fluidisé rapide équipé d'un dispositif de capture du dioxyde de carbone et en ce que le bitume est fondu à
l'état liquide dans ledit réacteur, ledit dispositif de séparation étant un dispositif de séparation des solides et du bitume liquide.
L'invention proposée permet d'éviter le chauffage et le traitement classique du bitume par eau chaude en utilisant la caractéristique fondamentale des sables ou des schistes bitumineux de contenir du sable ou du schiste qui est utilisé comme solide chaud caloporteur pour fondre les sables ou les schistes bitumineux avant d'être séparé du bitume.
Grâce à l'invention, il peut être réalisé des installations modulaires dont les coûts d'installation sont impactés par les conditions climatiques extrêmes. 2 reactor and then heated to high temperature by means of a firebox type vertical tubular associated. This fireplace is equipped with a cyclone separating the air and combustion gases that are either released into the atmosphere or intended for produce steam to feed the circulating fluidized bed reactor. Bitumen evaporated in the fluidized bed reactor is then dedusted in a cyclone, before to be separated into fractions.
The invention proposes a process for the treatment of oil sands which more suitable for treatment without carbon dioxide the atmosphere, which ensures the production of bitumen that can be transportable by pipeline without additional diluent from the sand extraction site towards refineries and which also allows energy to be produced, particularly electricity.
The treatment method according to the invention can also be implemented works to treat oil shales with the same benefits.
To do this, the invention proposes a method for treating sand or of oil shale by heating sand or shale bituminous in a reactor using hot solids from a boiler, at a point said rack being equipped with a separating device of the solids and solid residues of said reactor being reinjected into said boiler, characterized in that said boiler is a fast fluidized bed equipped with a carbon dioxide capture device and in that the bitumen is melted to the liquid state in said reactor, said separation device being a device separation of solids and liquid bitumen.
The proposed invention avoids heating and treatment classic bitumen by hot water using the characteristic fundamental sands or oil shales to contain sand or shale that is used as a heat-carrying solid to melt sand or shale bitumen before being separated from the bitumen.
Thanks to the invention, it can be realized modular installations of which the Installation costs are impacted by extreme weather conditions.

3 Le résidu de l'adoucissement du bitume avant exportation vers des raffineries est utilisé comme combustible de production d'énergie.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce que ledit réacteur est un réacteur mélangeur incliné
vers le bas, à écoulement gravitaire.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce que ledit réacteur comporte une pluralité de tubes sensiblement verticaux dans lesquels sont introduits les sables ou schistes bitumineux ou des solides chauds issus du dit point de soutirage, le reste de l'espace du réacteur étant rempli d'une circulation des solides chauds issus du dit point de soutirage ou des sables ou schistes bitumineux.
L'invention est décrite ci-après à l'aide de figures ne représentant que des modes de réalisation préférés de l'invention.
La figure 1 illustre le procédé de traitement de sables bitumineux conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe verticale d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, selon un premier mode de réalisation conforme à.
l'invention.
La figure 3 une vue en coupe verticale de détail d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, selon une variante de ce premier mode de réalisation conforme à l'invention.
La figure 4A est une vue en coupe verticale selon IV-IV de la figure 4B.
La figure 4B est une vue en coupe horizontale selon V-V de la figure 2.
La figure 5A est une vue en coupe verticale d'une buse de fluidisation, partie de l'invention.
Les figures 5B et 5C sont des vues de dessus de cette buse de fluidisation, selon deux variantes de réalisation.
Les figures 6A et 6B sont des vues en coupe verticale d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, selon un second mode de réalisation conforme à
l'invention. 3 The residue of softening of bitumen before export to refineries is used as fuel for energy production.
The invention also relates to a device for implementing this process, characterized in that said reactor is a mixing reactor inclined downwards, with gravity flow.
The invention also relates to a device for implementing this characterized in that said reactor comprises a plurality of tubes substantially vertical in which sands or shales are introduced bitumen or hot solids from the said withdrawal point, the remainder of the the reactor space being filled with a circulation of hot solids of said point of draw or sands or oil shale.
The invention is described below with the aid of figures representing only preferred embodiments of the invention.
Figure 1 illustrates the oil sands process according to the invention.
FIG. 2 is a vertical sectional view of a device for setting of this method, according to a first embodiment according to.
the invention.
FIG. 3 is a vertical sectional view of a detail of a device for implementation of this method, according to a variant of this first embodiment of embodiment according to the invention.
Figure 4A is a vertical sectional view along IV-IV of Figure 4B.
FIG. 4B is a horizontal sectional view along VV of FIG. 2.
FIG. 5A is a vertical sectional view of a fluidization nozzle, part of the invention.
FIGS. 5B and 5C are views from above of this fluidization nozzle, according to two embodiments.
FIGS. 6A and 6B are vertical sectional views of a device for the implementation of this method, according to a second embodiment according to at the invention.

4 Les figures 7A et 7B sont des vues en coupe longitudinale et transversale d'un rebouilleur pour la mise en oeuvre de ce procédé, selon un premier mode de réalisation conforme à l'invention.
Les figures 8A et 8B sont des vues en coupe longitudinale et transversale d'un rebouilleur pour la mise en oeuvre de ce procédé, selon un second mode de réalisation conforme à l'invention.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, l'invention propose un procédé
de traitement de sables bitumineux consistant à chauffer les sables bitumineux SB
après émottage et éventuel pré-séchage 8, dans un réacteur mélangeur 2 au moyen de solides chauds issus d'une chaudière 3, en un point dit de soutirage 4S.
Dans le cas où la teneur en humidité des sables bitumineux est supérieure à 20 %, il est économique de sécher préalablement les sables, avant leur traitement. Sinon cette évaporation est mélangée aux fractions volatiles issues du traitement, ce qui augmente la taille de l'unité de traitement et rend plus difficile la valorisation de ces effluents gazeux combustibles FV, partiellement autoconsommés par la chaudière.
Ce pré-séchage 8 peut s'effectuer - en tambour tournant possédant des profilés internes d'émottage, le chauffage étant réalisé par une double enveloppe chauffée ;
- un lit mobile type échangeurs à baïonnette ;
- un lit fluidisé à pluie de particules ;
- préférablement une série d'échangeurs cyclones à passage direct et interconnectés.
La chaudière 3 est un lit fluidisé rapide équipé d'un dispositif de capture du dioxyde de carbone C02 et comporte au moins un foyer à lit fluidisé 3A
équipé
d'un dispositif de séparation 3B de type cyclone de séparation des solides et des gaz traités pour la production d'énergie, une conduite de retour des solides 3C en sortie de ce séparateur 3B vers le foyer 3A comportant un tronçon en forme de U
3D formant siphon et les solides sont soutirés dans cette conduite, au niveau de ce tronçon en U, avec contrôle de leur débit. Les solides ont à ce point une température comprise entre 600 et 900 C.
La chaudière 3 à lit fluidisé rapide selon l'invention est adaptée pour prendre avantage des débits de solides en circulation, environ 15000 tonnes/heure 4 Figures 7A and 7B are longitudinal and cross-sectional views a reboiler for the implementation of this method, according to a first mode of embodiment according to the invention.
FIGS. 8A and 8B are views in longitudinal and transverse section a reboiler for the implementation of this method, according to a second mode of embodiment according to the invention.
As represented in FIGS. 1 and 2, the invention proposes a method of oil sands treatment by heating oil sands SB
after slicing and optionally pre-drying 8, in a mixing reactor 2 with medium of hot solids from a boiler 3, at a point called withdrawal 4S.
Where the moisture content of the oil sands is greater than at 20%, it is economical to dry the sands before treatment. Otherwise this evaporation is mixed with the volatile fractions from the treatment, which increases the size of the treatment unit and makes more difficult the recovery of these combustible gaseous effluents FV, partially self-consumed by the boiler.
This pre-drying 8 can be carried out - rotating drum having internal profiles of cracking, the heating being carried out by a heated double jacket;
- A moving bed type bayonet exchangers;
- a fluidized bed to rain particles;
preferably a series of direct-flow cyclone exchangers and interconnected.
Boiler 3 is a fast fluidized bed equipped with a capture device C02 carbon dioxide and comprises at least one fluidized bed focus 3A
team a separation device 3B cyclone type separation of solids and of the gas treated for energy production, a return pipe for solids 3C in output of this separator 3B to the hearth 3A having a section in the form of U
3D forming siphon and solids are drawn in this pipe, at the level of this section in U, with control of their flow. The solids have at this point a temperature between 600 and 900 C.
The fast fluidized bed boiler 3 according to the invention is suitable for take advantage of the flow rates of circulating solids, around 15,000 tons / hour

5 pour une chaudière de 250 MWe qui utilise 120 t/h de combustible. Ceci est à
comparer pour une unité de 200 000 barils/jour de bitume soit 1358 m3/heure de bitume ou encore 9055 m3/h de sables bruts contenant 16,3 % de bitume. Soit 7000 tonnes/ heure de sables bitumineux à réchauffer de -20 à 400 C. On voit que les ordres de grandeur des débits de solides en circulation dans la chaudière à
lit fluidisé rapide et des débits de sables à traiter sont compatibles mais exigent une chaudière de conception particulière puisque la puissance nécessaire au réchauffage de bitume remplace la puissance de réchauffage d'eau alimentaire et de vaporisation dans une boucle circulante classique où en particulier foyer et cyclone sont pourvus de parois tubées de circulation d'eau. Cette chaudière ne comporte pas de surchauffe ni de resurchauffe comme dans les centrales classiques, mais produit uniquement de l'émulsion eau vapeur dans sa partie arrière en aval du ou des cyclone(s) 3B et est dépourvue de parois tubées et d'échangeurs complémentaires. Cette émulsion eau vapeur est précisément requise par la technologie SAGD, ce qui met en valeur la complémentarité des fonctions de la chaudière.
Le combustible CS alimentant cette chaudière à lit fluidisé rapide, qui produit non seulement de la vapeur procédé mais aussi de la vapeur énergie, est du type coke de pétrole CP issu de la conversion ultime du bitume produit, mais est constitué aussi par les dépôts carbonés accumulés sur les sables après fusion et séparation du bitume. Ces dépôts carbonés sont éliminés par un recyclage final des solides RS traités dans le foyer de la chaudière avant leur extraction de la boucle circulante, afin de n'extraire que des solides non contaminés SNC.
Pour capturer in situ le C02 dégagé, la chaudière 3 à lit fluidisé rapide peut fonctionner selon différents modes :
- en combustion à l'air suivie d'une post capture de CO2r 5 for a 250 MWe boiler that uses 120 t / h of fuel. This is at compare for a unit of 200,000 barrels / day of bitumen or 1358 m3 / hour of bitumen or 9055 m3 / h of raw sands containing 16.3% bitumen. Is 7000 tonnes / hour of oil sands to be heated from -20 to 400 C.
sees that the orders of magnitude of the flow rates of solids circulating in the boiler to fast fluidized bed and sand flows to be treated are compatible but require a boiler of particular design since the power necessary for bitumen reheating replaces food water reheating power and of vaporization in a classical circulating loop where in particular focus and cyclone are provided with cased walls of circulation of water. This boiler does not does not overheat or reheat as in power plants classics, but only produces emulsion water vapor in its part downstream of cyclone (s) 3B and has no cased walls and complementary exchangers. This steam water emulsion is precisely required by the SAGD technology, which highlights the complementarity of the boiler functions.
The CS fuel supplying this fast fluidized bed boiler, which produces not only process steam but also energy vapor, is of the CP petroleum coke type resulting from the ultimate conversion of the produced bitumen, But is also constituted by the carbon deposits accumulated on the sands after fusion and separation of the bitumen. These carbonaceous deposits are eliminated by recycling final RS solids processed in the boiler furnace prior to their extraction from the circulating loop, in order to extract only non-contaminated solids SNC.
To capture in situ the C02 released, the boiler 3 fast fluidized bed can operate according to different modes:
- in combustion in air followed by a post capture of CO2r

6 - en combustion à l'air enrichi suivie d'une post capture de C02, - en combustion à l'oxygène et fumées recyclées riches en C02, - ou sur soutirage de solides d'une boucle de cycle thermochimique.
Le bitume est fondu à l'état liquide dans le réacteur mélangeur 2 qui est équipé d'un dispositif de séparation 4 des solides RS et du bitume liquide BL, de préférence un hydro-cyclone ou une cascade d'hydro-cyclones disposés en amont du réacteur mélangeur 2 et les résidus solides RS du réacteur mélangeur sont réinjectés dans la chaudière 3A.
Les gaz G issus du lit fluidisé rapide assurent la production de vapeur. La vapeur vive W permet la production d'électricité.
La chaudière 3 à lit fluidisé rapide assure la production de vapeur FV
saturée/émulsion dont une fraction est injectée sur un site d'exploitation par SAGD des sables bitumineux, afin de fluidifier le bitume de ces sables en couches profondes. La qualité de l'eau récupérée pose un problème, car le SAGD
fonctionne en vapeur perdue et l'eau récupérée est absolument impropre à une utilisation d'eau chaudière compte tenu des teneurs en impuretés du type silice, oxydes de fer et traces d'hydrocarbures. Une autre fraction est utilisée par la chaudière 3A en tant qu'autoconsommation de gaz de combustion.
Le traitement des eaux résiduelles est réalisé au moyen d'un rebouilleur 5 représenté sur les figures 7 ou 8. Ce rebouilleur 5 comporte des tubes 5A
droits, horizontaux comme illustrés sur les figures 7A et 7B ou verticaux comme illustrés sur les figures 8A et 8B, ramonables, parcourus à leur intérieur par l'eau chargée récupérée ES, de façon à vaporiser cette eau chargée par soit de la vapeur, soit de l'émulsion, alimentée à l'extérieur des tubes par des solides caloporteurs SC à
température contrôlée qui offrent un fort coefficient de transfert par convection/rayonnement qui est cinq à huit fois plus élevés que du gaz, ce qui augmente la compacité de tels dispositifs de productions de vapeur.
Les échangeurs tubulaires 5A de ces évaporateurs d'eau chargée sont donc soit horizontaux soit verticaux et présentent un passage droit permettant de 6 - in combustion with enriched air followed by a C02 post-capture, - in combustion with oxygen and recycled fumes rich in C02, - or on withdrawal of solids from a thermochemical cycle loop.
The bitumen is melted in the liquid state in the mixing reactor 2 which is equipped with a separation device 4 RS solids and liquid bitumen BL, of preferably a hydro-cyclone or a cascade of hydro-cyclones arranged upstream of the mixing reactor 2 and the solid residues RS of the mixing reactor are reinjected into the boiler 3A.
G gases from the fast fluidized bed provide steam production. The live steam W allows the production of electricity.
The fast fluidized bed boiler 3 produces FV steam saturated / emulsion, a fraction of which is injected into an exploitation site by SAGD oil sands, to fluidize the bitumen of these sands in layers deep. The quality of the recovered water is a problem because the SAGD
works in lost steam and the recovered water is absolutely unsuitable for a use of boiler water considering the content of impurities of the type silica, iron oxides and traces of hydrocarbons. Another fraction is used by the boiler 3A as self-consumption of combustion gases.
The treatment of the residual waters is carried out by means of a reboiler 5 shown in FIGS. 7 or 8. This reboiler 5 comprises tubes 5A
rights, horizontal as illustrated in Figures 7A and 7B or vertical as illustrated in Figures 8A and 8B, sweeping, traveled in their interior by the water loaded recovered ES, so as to vaporize this water loaded by either steam, is of the emulsion, fed to the outside of the tubes by heat-transfer solids SC to temperature controlled which offer a high coefficient of transfer by convection / radiation that is five to eight times higher than gas, which increases the compactness of such steam generating devices.
The tubular exchangers 5A of these charged water evaporators are therefore either horizontal or vertical and have a straight passage of

7 les nettoyer périodiquement de leurs dépôts internes. Ces échangeurs peuvent être arrangés en modules élémentaires de paquets de tubes.
Le bitume liquide BL est décanté au moyen d'un compartiment fluidisé à
chaud 7A, en aval du dispositif de séparation des solides et du bitume liquide 4. Le bitume liquide est ensuite soumis à un traitement 7, en aval du dispositif de séparation 4, d'où est extrait du pétrole brut adouci P, le résidu de ce traitement étant exporté en partie et réinjecté en partie dans le foyer 3A de la chaudière à lit fluidisé rapide.
Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 2, le réacteur mélangeur 2 est un réacteur mélangeur incliné vers le bas, à écoulement gravitaire.
Selon une première variante de réalisation, ce réacteur mélangeur 2 est un lit fluidisé mobile pourvu de buses de fluidisation à éjection radiale qui seront décrites plus loin en référence aux figures 5A à 5C.
Un compartiment fluidisé de refroidissement 9 avec échangeur 9C est intercalé entre le point de soutirage 4S et le réacteur mélangeur à lit fluidisé
mobile 2, afin d'assurer le contrôle de la température des solides. Les solides chauds soutirés au point de soutirage 4S sont introduits en sur-verse 9A et sous-verse 9B dans ce compartiment 9, afin d'ajuster la température des solides mélangés à une valeur suffisamment faible, de l'ordre de 400 à 600 C et d'éviter une cokéfaction indésirable. Ce compartiment 9 est pourvu d'un déversoir 9D de sortie des solides refroidis.
De ce compartiment 9, sont évacués des fractions volatiles et de l'humidité
évaporée FV par un évent en partie haute.
Les sables bitumineux SB pulvérulents sont en aval de ce compartiment de refroidissement 9 introduits dans le réacteur mélangeur 2 incliné vers le bas, à
écoulement gravitaire et formant, selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, un lit mobile de solides chauds, circulant dans une conduite inclinée vers le bas.
Il y est réalisé une fusion progressive des sables introduits par incorporation avec les solides chauds provenant du compartiment 9. 7 clean them periodically of their internal deposits. These exchangers can be arranged in elementary modules of tube bundles.
The liquid bitumen BL is decanted by means of a compartment fluidized with 7A hot, downstream of the device for separating solids and liquid bitumen 4. The liquid bitumen is then subjected to a treatment 7, downstream of the separation 4, from which is extracted sweetened crude oil P, the residue of this treatment being partially exported and partly reinjected into the outbreak 3A of the boiler bed fast fluidized.
According to a first embodiment illustrated in FIG. 2, the reactor mixer 2 is a downwardly inclined, flow-mixing reactor gravity.
According to a first variant embodiment, this mixing reactor 2 is a mobile fluidized bed provided with radial ejection fluidization nozzles which will described later with reference to FIGS. 5A to 5C.
A fluidized cooling compartment 9 with exchanger 9C is interposed between the 4S withdrawal point and the bed mixer reactor fluidized mobile 2, to ensure the control of the temperature of the solids. The solid 4S draw off points are introduced in overflow 9A and under-9B pour in this compartment 9, in order to adjust the temperature of the solids mixed to a sufficiently low value, of the order of 400 to 600 C and to avoid undesirable coking. This compartment 9 is provided with a 9D weir of output of cooled solids.
From this compartment 9 are evacuated volatile fractions and moisture evaporated FV through a vent at the top.
The powdery SB sands are downstream of this compartment of cooling 9 introduced into the mixing reactor 2 inclined downwards, at gravity flow and forming, according to the embodiment illustrated on the figure 2, a moving bed of hot solids, flowing in a pipe inclined towards the bottom.
There is a gradual fusion of sand introduced by incorporation with hot solids from compartment 9.

8 La hauteur h de descente en lit mobile crée une charge hydrostatique permettant de compenser la perte de charge des hydro-cyclones 4 disposés en aval et au bas desquels sont récupérés les sables RS qui sont transférés encore chargés de dépôts de carbone dans le bas du foyer 3A du lit fluidisé rapide, et au sommet desquels est récupéré du bitume liquide BL.
Le bitume quant à lui est transféré dans le compartiment de décantation 7A fluidisé à chaud et à fond incliné puis vers le dispositif de traitement 7.
Pour améliorer le taux de séparation du ou des hydro-cyclone(s) 4, plusieurs voies sont possibles :
- pompage en amont des hydro-cyclones 7 avec l'inconvénient des charges en sables qui entraînent une érosion des pompes, d'où la nécessité d'une préchambre 6 chicanée de séparation gravitaire telle qu'illustrée sur les figures 4A et 4B, - pressurisation du foyer 3A jusque trois bars, ce qui augmente d'autant la perte de charge disponible pour les hydro-cyclones 7 par une mise en vitesse beaucoup plus élevée.
Selon une variante de réalisation, le réacteur mélangeur 2 est un tambour rotatif 2' à nervures internes de relevage, représenté sur la figure 3.
Ce réacteur mélangeur 2' à effet mécanique et écoulement gravitaire est constitué d'un tambour rotatif possédant des nervures internes 2'A de relevage des solides le parcourant , ce qui réalise le mélange intime des sables bitumineux SB et des solides chauds soutirés de la boucle circulante au point de soutirage 4S, et assure la fusion progressive du bitume contenu dans les sables.
Les figures 4A et 4B représente un mode de réalisation de la préchambre 6 chicanée de séparation gravitaire, disposée en amont des hydro-cyclones 7.
Cette préchambre 6 est constituée d'une série de bacs adjacents 6 A à 6D
disposés en quinconce, c'est-à-dire reliés par des ouvertures ou déversoirs 6E
disposées en alternance sur les parois latérales de la chambre, afin de former un méandre de passage du mélange de sables et de bitume liquide qui y est introduit en sortie du réacteur mélangeur 2. 8 The height of descent in a moving bed creates a hydrostatic load to compensate for the pressure drop of hydro-cyclones 4 arranged in downstream and at the bottom of which are recovered RS sands that are transferred again charged with carbon deposits in the bottom of the firebox 3A of the fast fluidized bed, and top of which is recovered liquid bitumen BL.
Bitumen is transferred to the settling compartment 7A hot fluidized and bottom inclined then to the treatment device 7.
To improve the separation rate of the hydro-cyclone (s) 4, several ways are possible:
- upstream pumping of hydro-cyclones 7 with the disadvantage of the charges in sands that cause erosion of the pumps, hence the need for prechambre 6 quibble gravitational separation as illustrated on figures 4A and 4B, - Pressurization of the home 3A up to three bars, which increases by the same amount pressure drop available for hydrocyclones 7 by speeding up much higher.
According to an alternative embodiment, the mixing reactor 2 is a drum rotary 2 'with internal lifting ribs, shown in FIG.
This mixing reactor 2 'with mechanical effect and gravity flow is consisting of a rotating drum having internal ribs 2'A of lifting solids running through it, which creates the intimate mixture of sands bituminous SB and hot solids drawn from the circulating loop to the point of 4S racking, and ensures the progressive melting of the bitumen contained in the sands.
FIGS. 4A and 4B show an embodiment of the prechamber 6 quibble gravity separation, arranged upstream of hydro-cyclones 7.
This prechamber 6 consists of a series of adjacent trays 6A to 6D
staggered, that is, connected by openings or weirs 6E
arranged alternately on the side walls of the chamber to form a meander of passage of the mixture of sands and liquid bitumen which is there introduced at the outlet of the mixing reactor 2.

9 Ces bacs comportent tous un fond incliné en entonnoir d'extraction des sables ou résidus solides RS et sont pourvus d'injections de gaz de bullage 6F.
Les figures 5A à 5C représentent quant à elles une buse de fluidisation 10 telle que comporte le réacteur mélangeur 2 ainsi que le foyer 3A de la chaudière à
lit fluidisé rapide 3.
Ces buses de fluidisation doivent être capables de s'accommoder de fractions granulométriques grossières et fines, s'agissant de matériaux naturels. Le principe est de minimiser le nombre de ces buses qui comportent une éjection radiale du moyen de fluidisation, par exemple de l'air, grâce à une configuration de disques superposés continus 10A à 10D comme représentées sur la figure 5B
ou segmentés 10A' à 10D' comme représentées sur la figure 5C.
Chaque buse 10 comporte une entrée axiale 10E comportant une double enveloppe afin de créer un effet siphon et bloquer la remontée des solides vers l'entrée d'un moyen de fluidisation, sachant que les solides éventuellement introduits sont chassés radialement par une sortie en lame formant des jets à
haute vitesse modulée, cassant les mottes de sables éventuellement agglomérés.
Cette entrée assure le passage latéral du moyen de fluidisation à l'intérieur des disques 10A à 10D ou des segments de disques 10A' à lOD'.
Une rigole de collecte 10G de grosses particules introduites avec les sables bitumineux est aménagée en bas des parois latérales du mélangeur 2 pour leur évacuation gravitaire et leur recyclage dans le foyer 3A de la chaudière 3 à
lit fluidisé rapide.
Dans les modes de réalisation déjà décrits, il est réalisé dans le réacteur mélangeur 2 ou 2' un mélange direct des solides chauds soutirés de la chaudière 3 et des sables bitumineux.
Selon un autre mode de réalisation, la fusion du bitume est effectuée par contact indirect des solides chauds soutirés de la chaudière 3 et des sables bitumineux. Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 6A et 6B.
Le réacteur 11, 12 utilisé et disposé en aval du compartiment de refroidissement 9 est de type échangeur constitué de tubes verticaux de grand diamètre avec un écoulement en lit mobile à débit contrôlé et comporte alors une pluralité de tubes 11A, 12A sensiblement verticaux dans lesquels sont introduits les sables bitumineux comme illustré sur la figure 6A ou les solides chauds provenant du compartiment de refroidissement 9 comme illustré sur la figure 6B, 5 le reste de l'espace du réacteur 11, 12 étant rempli par une circulation des solides chauds provenant du compartiment de refroidissement 9 comme illustré sur la figure 6A ou des sables bitumineux SB comme illustré sur la figure 6B.
Les réacteurs 11, 12 comportent en amont des tubes verticaux 11A, 12A
des répartiteurs 11C, 12C en forme de tubes ou barres horizontaux agencés sur 9 These bins all have an inclined bottom funnel extraction of sands or solid residues RS and are provided with bubbling gas injections 6F.
FIGS. 5A to 5C represent a fluidization nozzle 10 such as comprises the mixing reactor 2 and the combustion chamber 3A of the boiler to fast fluidized bed 3.
These fluidization nozzles must be able to accommodate coarse and fine particle size fractions with regard to natural. The principle is to minimize the number of these nozzles that involve ejection radial axis of the fluidization means, for example air, thanks to a configuration of continuous stacked disks 10A to 10D as shown in FIG. 5B
or segmented 10A 'to 10D' as shown in Figure 5C.
Each nozzle 10 has an axial inlet 10E comprising a double envelope to create a siphon effect and block the rise of solids towards the inlet of a fluidization means, knowing that the solids possibly introduced are driven radially by a blade outlet forming jets to high speed modulated, breaking the clumps of sand eventually agglomerated.
This inlet ensures the lateral passage of the fluidization means inside.
discs 10A to 10D or disc segments 10A 'to 10D'.
A collection channel 10G of large particles introduced with sands bitumen is arranged at the bottom of the sidewalls of the mixer 2 for their gravity evacuation and their recycling in the boiler 3A hearth 3A
bed fast fluidized.
In the embodiments already described, it is carried out in the reactor mixer 2 or 2 'a direct mixture of hot solids withdrawn from the boiler 3 and oil sands.
According to another embodiment, the melting of the bitumen is carried out by Indirect contact of the hot solids drawn from the boiler 3 and the sands bituminous. This embodiment is illustrated in Figures 6A and 6B.
The reactor 11, 12 used and disposed downstream of the compartment 9 is of exchanger type consisting of vertical tubes of large diameter with a flow-controlled moving bed flow and then comprises a plurality of substantially vertical tubes 11A, 12A in which are introduced oil sands as shown in Figure 6A or hot solids from the cooling compartment 9 as shown in the figure 6B, The remainder of the reactor space 11, 12 being filled by a circulation of solid from the cooling compartment 9 as illustrated on the Figure 6A or SB oil sands as shown in Figure 6B.
The reactors 11, 12 comprise upstream vertical tubes 11A, 12A
distributors 11C, 12C in the form of tubes or horizontal bars arranged on

10 au moins un niveau.
Selon la première variante représentées sur la figure 6A, où les sables bitumineux sont introduits dans les tubes verticaux 11A et le reste de l'espace du réacteur est rempli par une circulation des solides chauds caloporteurs provenant du compartiment fluidisé de refroidissement 9, des parois horizontales ou inclinées de moins de 45 11B alternées assurent avantageusement une circulation en méandre des solides chauds caloporteurs. Les solides chauds caloporteurs sont évacués par une sortie latérale B et sont réinjectés dans le foyer 3A de la chaudière à lit fluidisé rapide. Le sable et le bitume fondu sont eux évacuées par gravité par une sortie A axiale inférieure, pour être envoyés dans la préchambre 6 et les hydro-cyclones 4.
Selon la seconde variante représentées sur la figure 6B, où les solides caloporteurs sont introduits dans les tubes verticaux 12A et le reste de l'espace du réacteur est rempli par une circulation des sables bitumineux, des parois horizontales ou inclinées de moins de 45 alternées peuvent également être prévues pour assurer une circulation en méandre des sables bitumineux. Les sables et le bitume fondu sont évacués par une sortie latérale A' grâce à une paroi inclinée 12B formant le fond du réacteur 12 et sont envoyés dans la préchambre et les hydro-cyclones 4. Les solides sont eux évacuées par gravité par une sortie B' inférieure sous la paroi inclinée 12B traversée par les tubes 12 A et sont réinjectés dans le foyer 3A de la chaudière à lit fluidisé rapide. 10 at least one level.
According to the first variant shown in Figure 6A, where the sands bitumen are introduced into the vertical tubes 11A and the remainder of the space of the reactor is filled by a circulation of hot heat-carrying solids from of the fluidized cooling compartment 9, horizontal walls or inclined less than 45 11B alternate advantageously provide a circulation in meander hot heat-carrying solids. Hot heat-transfer solids are evacuated by a lateral exit B and are reinjected into the hearth 3A of the fast fluidized bed boiler. Sand and melted bitumen are removed by gravity by a lower axial A output, to be sent into the prechamber 6 and hydro-cyclones 4.
According to the second variant shown in FIG. 6B, where the solids coolants are introduced into the vertical tubes 12A and the rest of the space of the reactor is filled by a circulation of oil sands, walls horizontal or inclined less than 45 alternates can also be provided for meandering oil sands. The sands and molten bitumen are evacuated by a lateral outlet A 'through a wall inclined 12B forming the bottom of the reactor 12 and are sent to the prechamber and hydrocyclones 4. The solids are evacuated by gravity exit B 'below the inclined wall 12B crossed by the tubes 12 A and are reinjected into the hearth 3A of the fast fluidized bed boiler.

11 Selon ces deux variantes de réalisation, la fusion indirecte des sables bitumineux s'effectue donc par échange de chaleur solides/solides.
L'installation conforme à l'invention est donc modulaire, locale et autonome en énergie et permet la production de pétrole brut conventionnel à
partir de sables bitumineux tout en assurant la production d'électricité et de vapeur destinée à une exploitation SAGD voisine et tout en assurant la capture du dioxyde de carbone.
L'invention est précédemment décrite en tant que procédé de traitement de sables bitumineux. Ce procédé de traitement et le dispositif correspondant peuvent également être mis en oeuvre pour traiter des schistes bitumineux avec les mêmes avantages, hors les applications SAGD spécifiques aux sables bitumineux. 11 According to these two variants, the indirect melting of sand bitumen is therefore carried out by solid / solid heat exchange.
The installation according to the invention is therefore modular, local and energy-efficient and allows the production of conventional crude oil at from oil sands while ensuring the production of electricity and steam intended for a neighboring SAGD operation and while ensuring the capture of carbon dioxide.
The invention is previously described as a treatment method oil sands. This method of treatment and the corresponding device can also be used to treat oil shales with the same benefits, except sand-specific SAGD applications bituminous.

Claims

1) Process for treating sand or oil shale (SB) consisting of heat the sand or oil shale in a reactor (2, 2 ', 11, 12) medium of hot solids from a boiler (3), at a point called racking (4S), said reactor being equipped with a solid separation device (4, 6) and the solid residues (RS) of said reactor being reinjected into said boiler (3), characterized in that said boiler (3) is a fast fluidized bed equipped a device for capturing carbon dioxide (CO2) and that the bitumen is molten in the liquid state in said reactor (2, 2 ', 11, 12), said separation (4, 6) being a separation device for solids and liquid bitumen.

2) Method according to claim 1, said boiler comprising at least one home Fluidized bed (3A) equipped with a separation device (3B) for solids and gases treated for the production of energy and a return pipe (3C) solid in output of this separator towards the hearth, characterized in that said solids are withdrawn in said pipe (3C).

3) A process for the treatment of oil sands according to claim 2, said gases producing steam, characterized in that this steam is transmitted to a SAGD oil sands mining site, in order to streamline the bitumen of these sands in deep layers.

4) A process for treating oil sands according to claim 2 or 3, said gas producing steam, characterized in that this vapor is transmitted to a wastewater treatment device (5) at a site SAGD's operation of tar sands.

5) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sands or oil shale (SB) are pre-dried (8) before being introduced into said reactor.

6) Device for treating sand or oil shale (SB) for the implementation process according to one of claims 1 to 5, comprising a reactor (2, 2 ', 11, 12) equipped with a solid separation device (4, 6) whose residues solids (RS) are reinjected into a boiler (3), characterized in that said boiler (3) is a fast fluidized bed equipped with a device for capturing the dioxide carbon dioxide (CO2), said separation device (4, 6) is a device for separation solids and liquid bitumen and said reactor is a mixing reactor (2, 2 ') downward inclined, gravity flow.

7) Device according to claim 6, characterized in that the said reactor mixer is a mobile fluidized bed (2).

8) Device according to claim 7, characterized in that said reactor mixer to moving bed is provided with nozzles (10) radial ejection.

9) Device according to claim 6, characterized in that the said reactor mixer is a rotating drum (2 ') with internal lifting ribs.

10) Device for implementing the method according to one of the Claims 1 to 5, characterized in that said reactor (11, 12) comprises a plurality of tubes (11A, 12A) substantially vertical in which are introduced the sands or shale bitumen or hot solids from the said withdrawal point, the remainder of the space of the reactor being filled with a circulation of hot solids from the said point of racking or sands or oil shale.

11) Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that fluidized cooling compartment (9) with exchanger is intercalated between said draw point (4S) and said mixing reactor (2, 2 ', 11, 12).

12) Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that said device for separating the solids from said reactor is at least one hydro-cyclone (4), willing upstream of said reactor (2, 2 ', 11, 12).

13) Device according to claim 12, characterized in that a prechamber of gravitational separation (6) of solids and liquid bitumen is arranged in upstream called hydro-cyclone (4).