FR2504547A1 - Procede pour extraire les hydrocarbures d'un substrat contenant des hydrocarbures et appareil utilisable pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR EXTRAIRE LES HYDROCARBURES D'UN SUBSTRAT CONTENANT DES HYDROCARBURES ET UN APPAREIL UTILISABLE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. ON EFFECTUE L'EXTRACTION EN L'ABSENCE QUASI-COMPLETE D'OXYGENE, A DES TEMPERATURES DE PLUS DE 400C, EN FAISANT PASSER DES PARTICULES DU SUBSTRAT A TRAVERS UNE MULTIPLICITE DE ZONES SUCCESSIVES 31 A 35 DANS LESQUELLES LE SUBSTRAT EST MELANGE AVEC UN MILIEU SOLIDE PORTEUR DE CHALEUR, LE MELANGE ETANT MAINTENU DANS UN ETAT DE LIT FLUIDISE, ET LES HYDROCARBURES LIBERES ETANT EVACUES PAR PASSAGE D'UN GAZ INERTE DE STRIPPAGE EN ECOULEMENT TRANSVERSAL PAR RAPPORT AU PASSAGE DES PARTICULES DU SUBSTRAT. APPLICATION NOTAMMENT AU TRAITEMENT DU SCHISTE BITUMINEUX.
Description
-1- La présente invention concerne un procédé pour l'extraction
d'hydrocarbures à partir d'un substrat contenant des hydrocarbures, par exemple un schiste
bitumineux, un sable asphaltique ou un charbon bitumineux.
Elle concerne aussi un appareil utilisable dans ce procédé. Il est bien connu que des hydrocarbures peuvent être extraits de tels substrats contenant des hydrocarbures en chauffant des particules du substrat à une température d'au moins 4000 C en l'absence quasi-complète d'oxygène et en recueillant les hydrocarbures libérés Dans le cas d'huile de schiste, ce procédé est habituellement appelé
distillation à la cornue et, dans le cas de charbon bitu-
mineux, est appelé pyrolyse.
Dans un certain nombre de procédés connus différents, le chauffage des particules du substrat est effectué par échange de chaleur avec un milieu porteur de chaleur Un tel milieu porteur de chaleur peut être, par exemple, un milieu solide constitué de particules inertes qui sont
chauffées dans un récipient séparé et que l'on fait cir-
culer ensuite à travers le récipient d'extraction Du sable
peut être utilisé à cet effet.
Certains des procédés connus de distillation à la cornue utilisent le fait que le substrat usé, c'est-à-dire
le substrat après extraction des hydrocarbures, peut con-
tenir des quantités appréciables de coke Il a donc été
proposé de produire la chaleur nécessaire pour la distil-
lation à la cornue par combustion complète ou partielle de ce coke de façon à produire un substrat usé chaud Ce substrat usé chaud peut être utilisé comme milieu porteur de
chaleur pour l'extraction.
Beaucoup de ces procédés sont basés simplement sur le chauffage du substrat dans un récipient, ce qui équivaut essentiellement à un étage parfaitement mélangé Toutefois, la distribution des durées de séjour des matières solides dans un tel récipient est loin d'être optimale et il est -2- préférable que les matières solides passent à travers le
récipient d'une manière échelonnée.
Dans un exemple d'un tel procédé de distillation à la cornue échelonné pour le schiste bitumineux, le substrat contenant des hydrocarbures et du substrat usé chaud sont introduits dans la partie supérieure d'un récipient vertical allongé et sont passés de haut en bas à travers le récipient dans des conditions sensiblement d'écoulement en bloc, tandis qu'un gaz de strippage inerte est passé de bas'enhaut à travers les matières solides à contre-courant, de façon à enlever les hydrocarbures libérés. Un inconvénient associé à l'utilisation d'un tel procédé de distillation à la cornue à contre-courant résulte du fait qu'il y a souvent un contact appréciable dans le récipient de distillation à la cornue entre les hydrocarbures libérés et le substrat chaud Ce contact peut donner naissance à un craquage des hydrocarbures et
donc à une perte de produit due à la formation de coke.
La présente invention concerne un procédé continu amélioré dans lequel un tel contact se produit peu et les pertes de produit hydrocarboné dues au craquage sont ainsi
réduites au minimum.
La présente invention fournit donc un procédé pour
l'extraction d'hydrocarbures à partir d'un substrat con-
tenant des hydrocarbures en chauffant des particules du
substrat en l'absence quasi-complète d'oxygène à une tempé-
rature d'au moins 4000 C de façon à obtenir un substrat usé
contenant du coke et des hydrocarbures libérés, et en re-
cueillant les hydrocarbures libérés, selon lequel les particules du substrat sont chauffées par passage à travers
une multiplicité de zones, dans au moins certaines des-
quelles les particules du substrat sont mélangées avec un milieu solide porteur de chaleur, le mélange étant maintenu
dans un état de lit sensiblement fluidisé, et les hydro-
carbures libérés étant évacués par passage d'un gaz de
__ 1 ____ ___ __
-3-
strippage en écoulement transversal par rapport au pas-
sage des particules du substrat.
Les sonsescpuvent être, par exemple, une série de récipients/séparés, mais reliés entre eux En variante, les zones peuvent être des compartiments formés en plaçant des chicanes ou des déversoirs dans un récipient unique de forme appropriée Ces compartiments sont reliés entre eux, par exemple, au moyen d'ouvertures dans les chicanes, pour permettre le passage des particules du substrat En variante, les particules du substrat peuvent passer d'une zone à une autre sur des déversoirs situés dans le
récipient De préférence, les zones sont dans une dispo-
sition générale horizontale Le nombre de zones est de préférence tel qu'il donne de 2 à 10 étages théoriques
pour le passage du mélange.
Afin de créer un écoulement suffisant des particules du substrat d'une zone de distillation à la cornue à la suivante, on peut maintenir une différence de niveau de lit fluidisé entre une ou plusieurs zones successives,
donnant une configuration en cascade.
Le milieu solide porteur de chaleur est de préférence du substrat usé chaud obtenu par la combustion séparée du substrat usé contenant du carbone Cette combustion
séparée peut être effectuée d'une manière appropriée quel-
conque Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, on effectue la combustion tout en maintenant le substrat dans un état sensiblement fluidisé Le substrat usé peut être soumis à une combustion partielle ou complète dans un brûleur à colonne montante dans lequel le substrat usé est déplacé de bas en haut par un courant d'air, et ensuite, si nécessaire, passé pour combustion complémentaire dans une chambre de combustion à lit fluidisé On peut régler la température finale du schiste usé chaud en évacuant une partie de la chaleur produite par la combustion, par exemple en produisant de la vapeur d'eau en utilisant des -4- éléments de transfert de chaleur placés à l'intérieur du lit Si une quantité de chaleur insuffisante est fournie par la combustion du substrat usé contenant du coke, alors on peut la compléter par la combustion d'une autre matière contenant du carbone, par exemple du charbon ou du
substrat frais.
C'est une particularité du procédé selon l'invention que certaines des zones ou toutes les zones sont alimentées séparément en milieu porteur de chaleur Par réglage des quantités de milieu porteur de chaleur introduites, il est
possible de régler la température indépendamment à l'in-
térieur de chaque zone et ainsi de régler le cours de la réaction d'extraction Pour la distillation à la cornue de schiste bitumineux, la température dans chaque zone est maintenue de préférence entre 400 et 6000 C, en particulier
entre 450 et 5500 C Dans un mode de mise en oeuvre du pro-
cédé de distillation à la cornue selon l'invention uti-
lisant cinq zones, la température des particules du substrat est maintenue à 450 'C dans la première zone et à 480 'C dans les zones suivantes par addition de substrat usé chaud, par exemple à 7000 C Pour la pyrolyse de charbon bitumineux, la température dans les zones est comprise de préférence entre 500 et 7500 C. Les durées de séjour des particules du substrat dans chaque zone peuvent être identiques ou différentes et pour l'intervalle de température indiqué ci-dessus, la durée de séjour par zone est de préférence de l'ordre de
1 à 10 minutes.
Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, le gaz inerte de strippage est de préférence de la vapeur d'eau et en particulier de la vapeur d'eau à basse pression, mais n'importe quel autre gaz exempt d'oxygène pourrait aussi être utilisé, par exemple du gaz obtenu comme produit dans le procédé peut être comprimé et recyclé aux zones Des gaz produits qui sont utilisables comme gaz de strippage -5-
sont l'hydrogène, le méthane, l'éthane ou leurs mélanges.
Egalement, les gaz inertes contenant de l'anhydride car-
bonique et de l'azote dérivés de la combustion de schiste usé contenant du coke comme décrit peuvent être utilisés à cet effet. Le présent procédé est mis en oeuvre de préférence de manière que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage soit assez grande pour que l'état de lit fluidisé soit juste maintenu Le procédé permet que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage soit ajustée avec précision aux exigences minimales pour une fluidisation
suffisante dans chaque zone.
La vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage est comprise de préférence entre 0,1 et 2,0 m/s D'une façon particulièrement préférable, elle est comprise entre
0,3 et 0,8 m/s.
Le mélange de particules de substrat et de milieu solide porteur de chaleur est maintenu dans l'état de lit
sensiblement fluidisé par le passage en écoulement trans-
versal du gaz inerte de strippage et par les vapeurs d'hydrocarbures produites dans la zone Un avantage associé au maintien des particules du substrat dans un état de lit sensiblement fluidisé est que des moyens mécaniques pour faire avancer les particules de substrat d'une zone à la suivante ne sont pas nécessaires Grâce à l'utilisation d'une multiplicité de zones, des lits fluidisés relativement peu épais peuvent être maintenus, à partir desquels les hydrocarbures libérés dans la distillation à la cornue sont évacués rapidement de la zone, et le risque que les hydrocarbures subissent un craquage ultérieur est ainsi réduit Un autre avantage du procédé selon l'invention est dû au mélange rapide du substrat et du milieu porteur de chaleur dans le lit fluidisé qui atteint une température relativement uniforme et donc la formation de "points chauds" localisés conduisant à un craquage et à une perte de
rendement est évitée.
-6- Les hydrocarbures libérés peuvent être recueillis par des techniques connues Par exemple, ils peuvent être dépouillés de toutes particules de substrat entraînées dans un ou plusieurs cyclones et passés à des unités classiques de condensation/séparation/traitement.
L'extraction préférée est particulièrement inté-
ressante pour l'extraction d'hydrocarbures à partir de schiste bitumineux contenant de préférence au moins 5 % de matière organique Le diamètre des particules de substrat introduites dans le procédé est compris de préférence
entre 0,5 et 5 mm.
Le besoin de gaz de strippage est maintenu à un minimum en mettant en oeuvre le procédé de l'invention selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré comme décrit ci-après Dans ce mode de mise en oeuvre préféré, la surface moyenne de section d'au moins une ou de plusieurs des zones après la première est plus petite que la surface moyenne de section d'une ou plusieurs des zones précédentes Par "moyenne", on veut dire que la surface de section d'une zone particulière de distillation à la cornue peut varier sur sa hauteur Par exemple, la zone de distillation à la cornue peut être un récipient sensiblement cylindrique avec une partie inférieure de forme conique, le sommet du cône étant la partie la plus basse du récipient De plus, la partie supérieure du récipient peut avoir une surface de section relativement plus grande si elle est renflée ou évasée Toutefois, également des récipients cylindriques dont la surface de section ne varie pas sont compris dans le cadre général
de la présente invention.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré du procédé, la surface moyenne de section d'une ou plusieurs des zones de distillation à la cornue après la première diminue dans la direction du passage des particules du substrat à travers les zones La surface de section peut varier entre 0,75 et m 2. 7- De préférence, la hauteur d'au moins une ou de plusieurs des zones suivantes de distillation à la cornue comme défini est plus grande que la hauteur d'une ou plusieurs des zones précédentes Il est particulièrement préféré que la hauteur de chaque zone suivante soit plus
grande que la hauteur de la zone qui la précède immédia-
tement La hauteur peut varier entre 1,5 et 15 mètres.
Les zones peuvent être disposées dans une configu-
ration empilée ou côte à côte dans un seul récipient ou
dans une série de récipients.
Un avantage du mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention est qu'il économise du gaz inerte de strippage tout en maintenant une fluidisation suffisante dans toutes les zones suivantes de distillation à la cornue, ce qui rend ce procédé particulièrement
attrayant d'un point de vue économique.
Il est souhaitable que les particules de substrat utilisées dans le procédé d'extraction selon l'invention
aient été soumises à une étape de préchauffage séparée.
Cette étape de préchauffage comporte essentiellement un chauffage des particules de substrat à une température
inférieure à celle à laquelle l'extraction est effectuée.
Le transfert de chaleur aux particules de substrat dans cette étape de préchauffage peut être effectué par une
méthode appropriée quelconque, mais de préférence le pré-
chauffage est effectué selon la méthode décrite ci-après.
Les particules de substrat contenant des hydrocarbures peuvent être préchauffées en étant chauffées par un milieu
solide porteur de chaleur par écoulement indirect à contre-
courant, en utilisant une série de boucles de transfert de chaleur contenant un milieu de transfert de chaleur en circulation choisi de manière que la série entière permette une élévation échelonnée de la température des particules de substrat et un abaissement échelonné de la température
du milieu solide porteur de chaleur.
2 c 04547 -8- N'importe quel milieu solide porteur de chaleur tel
que du sable peut être utilisé dans la méthode de pré-
chauffage décrite ci-dessus D'une façon particulièrement préférable, toutefois, le substrat usé chaud tel qu'obtenu dans le traitement ultérieur du substrat contenant des hydrocarbures pour le recueil de sa matière hydrocarbonée
est utilisé comme milieu solide porteur de chaleur.
La méthode de préchauffage va être décrite plus en détail ci-après en utilisant ce substrat usé chaud comme
milieu porteur de chaleur.
Les particules de substrat et le substrat usé chaud sont de préférence maintenus chacun dans un état de lit sensiblement fluidisé Comme dans le cas de certains substrats tels que le schiste des quantités importantes d'eau peuvent être libérées dans le préchauffage, il est
avantageux d'utiliser de la vapeur d'eau comme gaz flui-
disant au moins quand la température du substrat est de 1000 C ou audessus Dans ce cas, il est souhaitable de recycler au moins une partie de la vapeur d'eau aux lits fluidisés et, si nécessaire, de condenser et de récupérer le reste Pour le substrat à des températures au-dessous de 1000 C et aussi pour le substrat usé chaud, l'air peut être
utilisé commodément comme gaz fluidisant.
La méthode préférée de circulation du fluide de transfert de chaleur dans les boucles entre le substrat et
le substrat usé chaud utilise l'effet dit de thermosiphon.
Dans cette méthode, le fluide est vaporisé par contact indirect avec le substrat usé chaud en utilisant des
éléments appropriés d'échange de chaleur La vapeur pro-
duite est ensuite passée aux éléments d'échange de chaleur dans le lit fluidisé de particules de substrat Là, la vapeur est condensée et le liquide est ramené aux éléments d'échange de chaleur dans le substrat usé chaud Par un arrangement approprié des positions relatives des éléments d'échange de chaleur dans le substrat et le substrat usé -9- chaud, respectivement, l'utilisation de pompes pour
faire circuler le fluide peut être évitée.
Les fluides particuliers de transfert de chaleur utilisés dans l'une quelconque des boucles dépendront de la température opératoire particulière ou de l'intervalle de température de la boucle Un fluide approprié pour des températures de 65 à 100 'C environ est le méthanol et pour des températures de 100 à 300 'C on peut utiliser de l'eau sous pression Pour des températures de plus de 3000 C, on peut utiliser des mélanges connus de diphényle et
d'oxyde de diphényle, par exemple.
Le substrat usé chaud à utiliser comme milieu solide porteur de chaleur et obtenu par combustion du substrat usé contenant du coke avec un gaz contenant de l'oxygène libre dans une étape de combustion séparée a de préférence une température initiale de 7000 C.
Dans un mode de mise en oeuvre de la méthode de pré-
chauffage décrite, la température des particules de
substrat est portée d'une manière échelonnée de la tempé-
rature ambiante à 2500 C environ et la température du substrat usé chaud est abaissée d'une manière échelonnée de 700 'C à 800 C environ A cet effet, on peut utiliser une
série de sept boucles de transfert de chaleur, pour les-
quelles les températures opératoires du fluide de transfert de chaleur sont de 65 , 82 , 112 , 1500, 2160, 3000 et
3000 C, respectivement.
Un autre aspect de l'invention concerne un appareil
utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'in-
vention, comprenant au moins un récipient comportant une série de compartiments reliés entre eux, une entrée pour les particules de substrat associée au premier compartiment de la série et une sortie pour les particules de substrat
associée au compartiment final de la série, et chaque com-
partiment ayant une entrée pour l'introduction d'un milieu porteur de chaleur dans le compartiment, des moyens pour -10- introduire un gaz inerte de strippage dans le compartiment et des moyens pour évacuer le gaz de strippage usé et le
produit du compartiment.
Dans un mode de réalisation préféré de l'appareil, la surface moyenne de section d'au moins un ou de plusieurs des compartiments après le premier compartiment est plus petite que la surface moyenne de section d'un ou plusieurs
des compartiments précédents.
De préférence, la surface moyenne de section de chaque
compartiment suivant est plus petite que celle du compar-
timent qui le précède immédiatement Ainsi, la surface moyenne de section diminue dans la direction du passage
des particules de substrat à travers l'appareil.
De préférence, l'appareil est construit en outre de manière que la hauteur d'au moins un ou de plusieurs des compartiments après le premier compartiment soit plus grande que la hauteur d'un ou plusieurs des compartiments précédents Cet arrangement permet de régler la durée de séjour des particules de substrat dans chaque zone, ce qui est important pour assurer que le substrat contenant des hydrocarbures soit suffisamment distillé à la cornue dans chaque zone Il est particulièrement préféré que la hauteur de chaque compartiment suivant soit plus grande
que celle du compartiment qui le précède immédiatement.
Ainsi, la hauteur des compartiments augmente dans la direction du passage des particules de substrat à travers l'appareil. Si on utilise un certain nombre de récipients, l'économie du procédé est encore améliorée si on prévoit au moins deux compartiments de distillation à la cornue
dans un récipient.
Afin de vider le récipient pour inspection ou dans
tout autre but, les compartiments respectifs de distil-
lation à la cornue peuvent être pourvus d'un ou plusieurs
canaux d'écoulement du schiste.
-11- Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs:
La figure 1 est un schéma de principe pour l'ex-
traction d'hydrocarbures de schiste bitumineux selon le procédé de l'invention, comprenant trois parties A une zone de préchauffage; B une zone de distillation à la cornue;
C une zone de combustion.
La figure 2 est une représentation plus détaillée d'un mode de réalisation d'un appareil de distillation à
la cornue pour le procédé d'extraction selon l'invention.
La figure 3 est une représentation plus détaillée
d'un mode de réalisation préféré d'un appareil de distil-
lation à la cornue pour le procédé, comprenant un récipient ayant cinq compartiments de distillation à la cornue, la surface de section et la hauteur de chaque compartiment suivant étant plus petite et plus grande, respectivement,
que celle du compartiment précédent.
La figure 4 est une représentation plus détaillée
d'un autre mode de réalisation d'un appareil de distil-
lation à la cornue pour le procédé, comprenant cinq compar-
timents de distillation à la cornue disposés dans une série de trois récipients, le deuxième récipient et le troisième comprenant chacun deux compartiments de distillation à
la cornue.
La figure 5 est une représentation plus détaillée d'une autre zone de préchauffage A. La figure 6 est une représentation schématique d'une
boucle de transfert de chaleur pour la zone de préchauffage.
Comme représenté d'abord sur la figure 1, la zone de préchauffage A comprend un train 10 de préchauffage du schiste frais et un train 30 de refroidissement du schiste usé Des particules de schiste sont introduites à la température ambiante par la canalisation 1 dans le train 10 à schiste frais qui comprend cinq -12- compartiments 11, 12, 13, 14 et 15, qui sont séparés, mais reliés entre eux Dans chaque compartiment, les particules de schiste sont maintenues dans un état de lit fluidisé
par passage d'air par la canalisation d'alimentation 16.
Chaque compartiment 11, 12, 13, 14 et 15 est chauffé sépa- rément par transfert de chaleur par un milieu d'échange de chaleur passant dans une boucle d'échange de chaleur 17, 18, 19, 20 et 21, respectivement Le milieu d'échange de chaleur dans chaque boucle est chauffé par contact avec du schiste usé chaud qui passe de la zone de combustion C par la canalisation d'alimentation 22 au train 30 à schiste usé chaud Le train à schiste usé chaud comprend aussi une série de cinq compartiments 23, 24, 25, 26, 27 dans chacun desquels le schiste usé est maintenu dans un état de lit fluidisé par passage d'air provenant de la canalisation 16 La direction d'écoulement du schiste usé chaud à travers le train 30 se trouve à contre-courant par rapport à la direction d'écoulement du schiste frais à travers le train 10, donc le schiste frais est mis en contact indirect de manière échelonnée avec du schiste de plus en plus
chaud Le schiste usé refroidi est évacué par la canali-
sation 2 La vapeur d'eau et toutes autres matières vola-
tiles libérées durant le préchauffage sont évacuées par la
canalisation 29.
Après le passage à travers le train 10, le schiste préchauffé est passé au purgeur 28 dans lequel tout air présent dans le schiste est éliminé par entraînement par de la vapeur d'eau introduite par la canalisation 70 A partir du purgeur 28, le schiste est passé à la zone B de distillation à la cornue Le récipient de distillation à la cornue, qui est représenté plus en détail sur la figure 2, comporte cinq compartiments ou zones 31, 32, 33, 34, 35, ayant chacun une entrée inférieure 36, 37, 38, 39, 40 par
laquelle entre de la vapeur d'eau arrivant par la canali-
sation 73 Le schiste préchauffé entre dans le compartiment -13- 31 par l'entrée 74 et passe successivement aux autres compartiments par le système de chicanes ou déversoirs 52, 53, 54, 55 Dans chacun des compartiments, se trouve un distributeur 41, 42, 43, 44, 45, respectivement, pour assurer une alimentation en vapeur d'eau distribuée uni- formément aux particules de schiste fluidisées Chaque compartiment a des entrées supérieures séparées 46, 47, 48, 49, 50 pour faire passer du schiste usé chaud arrivant par la canalisation 51 de la zone de combustion C dans le lit fluidisé de particules de schiste Les hydrocarbures libérés des particules de schiste, en même temps que la vapeur d'eau de chaque zone, sont passés par des cyclones 56, 57, 58, 59, 60, 61 à une canalisation d'évacuation du
produit (non représentée) Du compartiment 35, les parti-
cules de schiste passent sur un déversoir 63 à un purgeur à vapeur d'eau 64 pour séparation des dernières traces
de produit et de là à la sortie 65.
La figure 3 représente un appareil de distillation à la cornue particulièrement préféré comprenant un récipient qui comporte cinq compartiments ou zones 31, 32, 33, 34 et , la surface de section de chaque compartiment suivant étant plus petite et la hauteur de chaque compartiment suivant étant plus grande que la surface et la hauteur du compartiment qui le précède Sur la figure, les éléments
similaires ont été désignés par les mêmes références.
Le schiste préchauffé entre dans le compartiment 31 par l'entrée 74 et passe successivement aux compartiments suivants par un système de chicanes ou de déversoirs 52,
53, 54 et 55, comme décrit sur la figure 2 Les hydrocar-
bures libérés des particules de schiste, en même temps que la vapeur d'eau de chaque compartiment, sont passés par des cyclones 56, 57, 58, 59, 60 et 61 à la canalisation 62 d'évacuation du produit Du compartiment 35, les particules de schiste passent par une sortie 77 à un purgeur à vapeur d'eau (non représenté) pour séparation des dernières traces
de produit.
-14- La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un appareil de distillation à la cornue comprenant cinq compartiments ou zones de distillation à la cornue disposés dans une série de trois récipients séparés ayant des parties supérieures agrandies dans lesquelles on a placé les cyclones Le deuxième récipient et le troisième ont été divisés chacun en deux compartiments par des déversoirs 53
et 55 respectivement Sur la figure, les éléments simi-
laires ont été désignés par les mêmes références.
L'appareil est construit d'une manière telle que le premier compartiment de distillation à la cornue, 31, a la plus grande surface moyenne de section et la plus petite hauteur tandis que le deuxième récipient comprend deux compartiments de distillation à la cornue, 32 et 33, ayant des surfaces moyennes de section égales, ces compartiments de distillation à la cornue ayant tous deux une plus grande hauteur et une plus petite surface de section que le
premier compartiment de distillation à la cornue, 31.
Le troisième récipient comprend aussi deux compar-
timents de distillation à la cornue, 34 et 35, dont les hauteurs sont supérieures à celles des compartiments de distillation à la cornue 32-et 33 dans le deuxième récipient et dont les surfaces moyennes de section sont plus petites que celles des compartiments de distillation
à la cornue dans le deuxième récipient.
Les trois récipients sont reliés entre eux par des
tubes 75 et 76.
Le schiste préchauffé entre dans le compartiment 31 par l'entrée 74 et passe au deuxième récipient dans le compartiment 32 par le tube 75 et ensuite par le déversoir 53 dans le compartiment 33, d'o le schiste s'écoule au troisième récipient par le tube 76 dans le compartiment 34 et ensuite par le déversoir 55 dans le compartiment 35 et finalement par la sortie 77 dans un purgeur à la vapeur d'eau (non représenté) pour séparation des dernières traces -15- de produit Le gaz de strippage estintroduit par les entrées représentées et distribué uniformément dans les
compartiments de distillation à la cornue par les dis-
tributeurs Les hydrocarbures libérés des particules de schiste en même temps que le gaz de strippage sont passés par les cyclones à une canalisation 62 d'évacuation du produit. Le schiste usé contenant du coke est ensuite brûlé dans la zone de combustion C Comme représenté sur la figure 1, les particules de schiste venant du purgeur 64 sont passées de bas en haut avec un courant d'air qui entre par la canalisation 72 à travers un brûleur à colonne ascendante 66 dans lequel le coke est partiellement brûlé et il passe ensuite à une chambre de combustion 67
à lit fluidisé dans laquelle la combustion est complétée.
La chaleur est évacuée de la chambre de combustion à lit fluidisé 67 au moyen d'un système de refroidissement par eau pour la production de vapeur d'eau Le schiste usé chaud est évacué de la chambre de combustion 67 dans deux courants Un courant est soumis à un strippage par de la vapeur d'eau arrivant par la canalisation d'alimentation 71 et est passé par la canalisation 51 à la zone B de distillation à la cornue L'autre courant est passé à travers un deuxième svstème de refroidissement 69 et conduit par la canalisation 22 au train à schiste usé 30 de la zone de préchauffage A Les gaz de combustion chauds sont utilisés d'une manière classique pour la production de vapeur d'eau par un faisceau à convection et pour
préchauffer l'air pour la combustion.
En ce qui concerne le schéma de préchauffage de la figure 5, le train à schiste frais est constitué de six compartiments ou zones séparés en série, 110 à 115, et le train à schiste usé chaud est constitué de sept zones ou compartiments séparés en série, 116 à 122 Du schiste frais est introduit dans les six compartiments en série au
2504547 -
-16- moyen de la canalisation 109 Le schiste usé chaud est
passé par la canalisation 123 successivement aux compar-
timents 122-116 et maintenu dans un état de lit fluidisé dans chaque compartiment au moyen d'air introduit par la canalisation 124 L'air provenant des compartiments 116 et 117 est passé au cyclone 125 et de là par la canalisation
126 comme gaz fluidisant pour le schiste dans le compar-
timent 111 du train à schiste frais D'une manière simi-
laire, l'air provenant des compartiments 118, 119, 120, 121 et 122 est passé à travers le cyclone 127 et est amené par la canalisation 128 comme gaz fluidisant pour le
schiste dans le compartiment 112 du train à schiste frais.
Le schiste dans le compartiment 110 est maintenu dans un état de lit fluidisé au moyen d'air frais introduit par la canalisation 129, et le schiste dans les compartiments 113, 114 et 115 est fluidisé au moyen de vapeur d'eau
introduite par la canalisation 130 La vapeur d'eau pro-
venant des compartiments 113, 114 et 115 en même temps que l'eau libérée du schiste est passée au cyclone 138, et un courant est recomprimé dans le compresseur 139 et ramené à la canalisation 130 L'autre courant est passé à un condenseur (non représenté) L'eau ainsi produite peut
être utilisée à des fins de refroidissement.
Le transfert de chaleur du substrat usé chaud au substrat frais est effectué au moyen des boucles de transfert de chaleur 131-137 Les compartiments 110 et 116 sont reliés par la boucle 131, les compartiments 111 et 117 par la boucle 132, les compartiments 112 et 118 par la boucle 133, les compartiments 114 et 121 par la boucle
136 et les compartiments 115 et 122 par la boucle 137.
Le compartiment 113 du train à schiste frais est relié à deux compartiments 119 et 120 du train à schiste usé chaud
par les boucles 134 et 135, respectivement.
Le schiste usé refroidi est évacué par la canalisation
141.
-17- La figure 6 représente un mode de fonctionnement possible d'une boucle de transfert de chaleur au moyen de l'effet de thermosiphon Le compartiment 210 du train à schiste frais est situé à un niveau plus élevé que le compartiment 211 du train à schiste usé Du fluide de transfert de chaleur à l'état liquide passe du récipient 212 au compartiment 211 dans lequel il est évaporé par
transfert de chaleur en provenance du schiste usé chaud.
La vapeur monte par la partie supérieure du récipient 212 au compartiment 210 dans lequel elle est recondensée par
transfert de chaleur au schiste frais.
Exemple 1
Le procédé tel que décrit avec référence à la figure 1 est mis en oeuvre de manière continue dans les conditions mentionnées ci-dessous Chaque zone de distillation à la
cornue a la même surface de section et la même hauteur.
Particules de schiste Composition initiale eau 8,0 % en poids matière organique:20,0 % en poids substances minérales:72,0 % en poids Diamètre maximal:environ 2 mm A Zone de préchauffage Charge de schiste frais: 58 kg/s Température initiale des particules de schiste: 250 C Température finale des particules de schiste: 2500 C B Zone de distillation à la cornue Température du schiste usé chaud: 7000 C Débit d'introduction du schiste séché préchauffé: 53 kg/s Vitesse d'écoulement de la vapeur d'eau: 0,5 m/s (au saomet du lit fluidisé) -18- Zone Surface Hauteur Quantité Tempéra Schiste usé N de des ' de vapeur ture, chaud section, zones d'eau C ajouté, m 2 m utilisée, kg/s _ kg/s _
31 5 3,4 0,40 450 50
32 5 3,4 0,25 480 22
33 5 3,4 0,59 480 2,5
34 5 3,4 0,74 480 1,1
35 5 3,4 0,82 480 0,5
Quantité totale de vapeur d'eau introduite: 2,8 kg/s(A) Quantité totale d'hydrocarbures recueillie: 7,5 kg/s(B)
A/B = 0,40 kg de vapeur d'eau introduite/kg d'hydro-
carbures recueillis.
C Zone de combustion Alimentation du brûleur à colonne montante: 122,1 kg/s Chaleur évacuée de la chambre de combustion à lit fluidisé pour maintenir une température de 700 C: 36 MW
Exemple 2
On répète le procédé de l'exemple 1, certaines au moins des zones ayant une surface de section plus petite que celle des zones précédentes Les hauteurs des zones sont les mêmes On injecte de nouveau de la vapeur d'eau de manière à maintenir une vitesse d'écoulement dans le haut
du lit fluidisé dans chaque zone de 0,5 m/s.
B Zone de distillation à la cornue Zone Surface Hauteur Quantité de Tempé Schiste N de des vapeur d'eau rature, usé chaud section, zones, utilisée, C ajouté, m 2 m kg/s kg/s
31 5 3,4 0,40 450 50
32 5 3,4 0,25 482 22
33 3 3,4 0,25 482 2,0
34 2 3,4 0,25 482 0,9
1,8 3,4 0,25 482 0,6
2 c 04547 -19- Quantité totale de vapeur d'eau introduite: 1,4 kg/s (A) Quantité totale d'hydrocarbures recueillie: 6,4 kg/s (B)
A/B = 0,22 kg de vapeur d'eau introduite/ kg d'hydro-
carbures recueillis Les résultats ci-dessus montrent que le rapport de la
quantité de vapeur d'eau introduite à la quantité d'hydro-
carbures recueillie est sensiblement plus petit que dans le procédé selon l'exemple l, montrant clairement l'effet avantageux de l'utilisation de surfaces de section
différentes.
Exemple 3
On répète le procédé de l'exemple 1, avec la diffé-
rence que tant la surface de section que la hauteur d'au moins certaines des zones sont différentes de celles des
*zones précédentes -
On injecte de nouveau de la vapeur d'eau de manière à maintenir une vitesse d'écoulement dans le haut du lit
fluidisé dans chaque zone de 0,5 m/s.
B Zone de distillation à la cornue Zone Surface Hauteur Quantité de Tempé Schiste No de des vapeur d'eau rature, usé chaud section, zones, utilisée, oc ajouté, m 2 m kg/s kg/s
31 5 3,4 0,40 450 50
32 5 3,4 0,25 482 22
33 3 5,7 0,25 482 2,5
34 2 8,5 0,25 482 1,1
1,8 9,4 0,25 482 0,5
Quantité totale de vapeur d'eau introduite: 1,4 kg/s (A) Quantité totale d'hydrocarbures recueillie: 7 kg/s (B)
A/B = 0,20 kg de vapeur d'eau introduite/kg d'hydro-
carbures recueillis.
Les résultats ci-dessus montrent que le rapport de la
quantité de vapeur d'eau introduite à la quantité d'hydro-
carbures recueillie est sensiblement plus petit que dans le procédé selon l'exemple 1 De plus, une hauteur de zone -20- accrue d'au moins certaines des zones a aussi un effet
avantageux sur la quantité totale des hydrocarbures re-
cueillis, comme on peut le voir en comparant les résultats
de l'exemple 3 à ceux de l'exemple 2.
Exemple 4
L'étape de préchauffage décrite avec référence à la
figure 5 est conduite de manière continue dans les con-
ditions détaillées indiquées ci-dessous Le schiste bitu-
mineux frais introduit par la canalisation 109 est le même qu'utilisé dans l'exemple 1, en ce qui concerne tant la composition que le diamètre des particules Les particules de schiste bitumineux préchauffées quittent la zone de préchauffage par la canalisation 140 à une température d'environ 250 'C Du schiste usé chaud à une température d'environ 700 'C est introduit par la canalisation 123 et passe à contre-courant par rapport au schiste bitumineux frais à travers la zone de préchauffage Il quitte cette
zone de préchauffage par la canalisation 141 à une tempé-
rature abaissée &-environ 80 C. Le schiste usé chaud est obtenu à partir d'une chambre de combustion à lit fluidisé dans laquelle du schiste usé contenant du coke est brûlé avec de l'air
comme décrit pour la zone C de la figure 1.
Train à schiste frais: alimentation en schiste 58 kg/s température initiale 250 C Compartiment, No Température, OC
40
111 55
112 85
113 105
114 150
250
o 4547 -21- Train à schiste usé chaud: alimentation en schiste température initiale Compartiment, N Boucles Boucle, N de transfert Fluide méthanol méthanol eau eau eau eau eau : 42 kg/s
: 700 C
Température, C de chaleur Température de fonctionnement OC Pression de fonctionnement, bars 1,0 1,8 1,5 ,0 -22-
Claims (17)
- 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé ence que lés zones sont -dans une disposition générale horizontale.
- 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le nombre de zones qu'on utilise est tel qu'il fournisse de 2 à 10 étages théoriques pour le passage du mélange de particules du substrat et de milieusolide porteur de chaleur.
- 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que la surface moyenne de section d'au moins une ou de plusieurs des zones après la première est plus petite que la surface moyenne de section d'une ouplusieurs des zones précédentes.Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque zone suivante a une surface moyenne de section plus petite que celle de la zone la précédant immédiatement.
- 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que la hauteur d'au moins une ou de plusieurs des zones après la première est plus grande que etso bs<i -23-la hauteur d'une ou plusieurs des zones précédentes.
- 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la hauteur de chaque zone suivante est plus grandeque la hauteur de la zone la précédant immédiatement.
- 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7,caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage est assez grande pour maintenirl'état de lit fluidisé.
- 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippagedans le lit fluidisé est comprise entre 0,1 et 2,0 m/s.Procédé selon l'une des revendications 1 à 9,caractérisé en ce que le gaz inerte de strippage est dela vapeur d'eau et/ou du gaz produit recyclé.
- 11 Procédé selon l'une des revendications 1 à 10,caractérisé en ce que l'écoulement des particules de substrat d'une zone à la suivante est effectué au moyen d'une différence dans le niveau du lit fluidisé entre uneou plusieurs zones successives.
- 12 Procédé selon l'une des revendications 1 à 11,caractérisé en ce que le milieu porteur de chaleur est du substrat usé chaud obtenu par combustion séparée dusubstrat usé contenant du coke.
- 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la combustion est effectuée avec le substrat usédans un état de lit fluidisé.
- 14 Procédé selon l'une des revendications 1 à 13,caractérisé en ce que les particules de substrat contenant des hydrocarbures sont soumises à une étape de préchauffageséparée.Procédé selon l'une des revendications 1 à 14,caractérisé en ce que les particules de substrat ont undiamètre compris entre 0,5 et 5 mm.-24- 16 Appareil utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant au moins un récipient comportant une série de compartiments < 31-35) reliés entre eux, une entrée ( 74) pour les particules de substrat associée au premier compartiment de la série et une sortie pour les particules de substrat associée au compartiment final de la série, et chaque compartiment ayant une entrée( 46-50)pour l'introduction d'un milieu porteur de chaleur dans le compartiment, des moyens( 36-40)pour introduire un gaz inerte de strippage dans le compartiment et des moyens pour évacuer le gaz de strippage et le produit du compartiment.
- 17 Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que la surface moyenne de section d'au moins un ou de plusieurs des compartiments( 31-35)après le premier compartiment est plus petite que la surface moyenne de section d'un ou plusieursdes compartiments précédents.
- 18 Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que la surface moyenne de section de chaque compartimentsuivant( 31-35)est plus petite que celle du compartiment le précé-dant immédiatement.
- 19 Appareil selon l'une des revendications 16 à 18,caractérisé en ce que la hauteur d'au moins un ou de plusieurs des compartiments( 31-35)après le premier compartiment est plus grandeque la hauteur d'un ou plusieurs des compartiments précédents.
- 20 Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que la hauteur de chaque compartiment( 31-35)suivant estplus grande que celle du compartiment le précédant immédiatement.
- 21 Appareil selon l'une des revendications 16 à 20,caractérisé en ce que les compartiments sont de forme cylin-drique.
- 22 Appareil selon l'une des revendications 16 à 21,caractérisé en ce qu'au moins deux compartiments ( 32,33; 34,35)ont été prévus dans un récipient.
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