FR2504548A1 - Procede de prechauffage d'un substrat contenant des hydrocarbures et appareil utilisable pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PRECHAUFFAGE D'UN SUBSTRAT CONTENANT DES HYDROCARBURES ET UN APPAREIL UTILISABLE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. DES PARTICULES D'UN SUBSTRAT CONTENANT DES HYDROCARBURES SONT PRECHAUFFEES PAR CHAUFFAGE AU MOYEN D'UN MILIEU SOLIDE PORTEUR DE CHALEUR PAR ECOULEMENT INDIRECT A CONTRE-COURANT EN UTILISANT UNE SERIE DE BOUCLES DE TRANSFERT DE CHALEUR 131 A 137 CONTENANT CHACUNE UN MILIEU DE TRANSFERT DE CHALEUR EN CIRCULATION CHOISI DE MANIERE QUE LA SERIE ENTIERE PERMETTE UNE ELEVATION ECHELONNEE DE LA TEMPERATURE DES PARTICULES DU SUBSTRAT ET UN ABAISSEMENT ECHELONNE DE LA TEMPERATURE DU MILIEU SOLIDE PORTEUR DE CHALEUR. APPLICATION NOTAMMENT AU TRAITEMENT DU SCHISTE BITUMINEUX.

Description

-1-

La présente invention concerne un procédé de pré-

chauffage de particules d'un substrat contenant des hydro-

carbures, par exemple un schiste bitumineux, un sable

asphaltique ou un charbon bitumineux.

Il est bien connu que l'on peut extraire des hydro- carbures d'un tel substrat contenant des hydrocarbures en chauffant des particules du substrat à une température d'au moins 400 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 distil-

lation à la cornue et, dans le cas de charbon bitumineux,

il 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.

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.

Il est souhaitable que les particules de substrat

utilisées dans un tel procédé d'extraction aient été sou-

mises à une étape séparée de préchauffage Cette étape de

préchauffage comporte essentiellement un chauffage des par-

ticules du substrat à une température inférieure à celle à laquelle a lieu l'extraction principale Le transfert de chaleur aux particules du substrat peut être effectué par -2- une méthode appropriée quelconque, mais il serait plus avantageux que la chaleur nécessaire provienne du substrat

usé chaud lui-même.

La présente invention a pour but de fournir un pro-

cédé de préchauffage de particules d'un substrat contenant des hydrocarbures avant qu'elles ne soient soumises à une

extraction comme décrit.

C'est un but particulier de l'invention de fournir un tel procédé dans lequel le chauffage est effectué par échange indirect de chaleur avec un milieu solide porteur de chaleur Plus particulièrement, le but est d'utiliser

le substrat usé chaud comme tel milieu porteur de chaleur.

La présente invention fournit donc un procédé de préchauffage de particules d'un substrat contenant des hydrocarbures, selon lequel on chauffe les particules du substrat avec un milieu solide porteur de chaleur par écoulement indirect à contre-courant en utilisant une série de boucles de transfert de chaleur contenant chacune un milieu de transfert de chaleur en circulation choisi de

manière que la série entière permette une élévation éche-

lonnée de la température des particules du substrat et un abaissement échelonné de la température du milieu solide

porteur de chaleur.

N'importe quel milieu solide porteur de chaleur tel

que du sable peut être utilisé dans le procédé de préchauf-

fage selon l'invention D'une façon particulièrement pré-

férable, toutefois, le substrat usé chaud obtenu dans le traitement ultérieur du substrat contenant des hydrocarbures pour recueil de sa matière hydrocarbonée est utilisé comme

milieu solide porteur de chaleur.

L'invention va être décrite plus complètement ci-après en utilisant ce substrat usé chaud comme milieu solide

porteur de chaleur.

Les particules de substrat et le substrat usé chaud sont de préférence maintenus chaun dans un état de lit -3- 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 e*st

avantageux d'utiliser de la vapeur d'eau comme gaz flui-

disant au moins quand la température du substrat est de 1000 C ou audessous 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 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 1000 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 300 '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 -4-

porteur de chaleur a de préférence une température ini-

tiale de 7000 C Il peut être obtenu en chauffant encore le substrat contenant des hydrocarbures préchauffé en l'absence quasi-complète d'oxygène pour obtenir un substrat contenant du coke et des hydrocarbures libérés, le substrat usé contenant du coke étant brlé avec un gaz contenant de l'oxygène libre dans une étape de combustion

séparée pour donner du substrat usé chaud.

Dans un mode de mise en oeuvre du procédé de pré-

chauffage, la température des particules de substrat est portée d'une manière échelonnée de la température ambiante à 2500 C environ et la température du substrat usé chaud est abaissée d'une manière échelonnée de 7000 C à 800 C environ A cet effet, on peut utiliser une série de 7

boucles de transfert de chaleur, pour lesquelles les tempé-

ratures opératoires du fluide de transfert de chaleur sont

de 65 , 820, 1120, 1500, 2160, 3000 et 3000 C, respec-

tivement. Le procédé de préchauffage selon la présente invention peut être utilisé comme première étape dans un

procédé quelconque d'extraction pour extraire des hydro-

carbures d'un substrat contenant des hydrocarbures.

Beaucoup de ces procédés sont bases 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 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, -5 tandis qu'un gaz de strippage inerte est passé de bas en haut 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.

Un procédé d'extraction préféré est un procédé con-

tinu tel que décrit ci-après, dans lequel un tel contact se produit peu et les pertes de produit hydrocarboné dues

au craquage sont réduites au minimum.

Dans ce procédé préféré, on extrait les hydrocarbures d'un substrat contenant des hydrocarbures en chauffant des

particules du substrat en l'absence quasi-complète d'oxy-

gène à une température d'au moins 400 'C de façon à obtenir un substrat usé contenant du coke et des hydrocarbures

libérés, qui sont recueillis, et dans ce procédé les parti-

cules du substrat sont chauffées par passage à travers une multiplicité de zones, dans au moins certaines desquelles 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 hydrocarbures

libérés étant évacués par passage d'un gaz inerte de strip-

page en écoulement transversal par rapport au passage des

particules du substrat.

Les zones peuvent être, par exemple, une série de récipients à réaction 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 -6- 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 disposition générale horizontale Le nombre de zones est de préférence tel qu'il donne de 2 à 10 étages théoriques

pour le passage du mélange.

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 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 particulatité du procédé préféré d'ex-

traction 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 intro-

duites, il est possible de régler la température indépen-

damment à l'intérieur 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 -7- zone est maintenue de préférence entre 400 et 6000 C, en particulier entre 450 et 5500 C Dans un mode de mise en oeuvre d'un procédé de distillation à la cornue selon

l'invention utilisant cinq zones, la température des par-

ticules du substrat est maintenue à 450 'C dans la première zone et à 4800 C dans les zones suivantes par addition de substrat usé chaud, par exemple à 700 '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 la température indiquée 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, 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 Le mélange de particules de substrat et de milieu solide

porteur de chaleur est maintenu à l'état de lit sensi-

blement fluidisé par le passage en écoulement transversal

du gaz de strippage inerte et par les vapeurs d'hydro-

carbures 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 hydro-

carbures 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 8 - relativement uniforme et donc la formation de "points chauds" localisés conduisant à un craquage et à une perte

de rendement est évitée.

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.

Le procédé préféré d'extraction est particulièrement intéressant 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.

Un autre aspect de l'invention concerne un appareil utilisable pour mise en oeuvre du procédé de préchauffage de l'invention, comprenant: comportant (a) un premier récipient/une série de compartiments reliés entre eux, une entrée pour les particules de substrat fraîches associée au premier compartiment de la

série et une sortie pour les particules de substrat pré-

chauffées associée au compartiment final de la série, chaque compartiment ayant une entrée au fond pour un gaz fluidisant et une sortie au sommet pour le gaz fluidisant usé; (b) un deuxième récipient comportant une série de compartiments reliés entre eux, une entrée pour le substrat usé chaud associée au compartiment final de la série par rapport aux compartiments reliés entre eux du premier récipient et une sortie pour le substrat usé refroidi associée au premier compartiment de la série par rapport aux compartiments reliés entre eux du premier récipient, le premier récipient étant placé à une élévation supérieure à

celle du deuxième récipient, et chaque compartiment -

du deuxième récipient ayant une entrée au fond pour un gaz -9- fluidisant et une sortie au sommet pour le gaz fluidisant usé, et (c) une multiplicité de boucles de transfert de chaleur entre le premier récipient et le deuxième récipient, chaque boucle de transfert de chaleur reliant

au moins un compartiment du deuxième récipient à un com-

partiment du premier récipient.

De préférence, une ou plusieurs des boucles de transfert de chaleur relient un compartiment du deuxième récipient au compartiment correspondant de la série de compartiments reliés entre eux du premier récipient Dans cet arrangement, une boucle de transfert de chaleur relie le premier compartiment du premier récipient au premier

compartiment du deuxième récipient, le deuxième compar-

timent du premier récipient au deuxième compartiment du deuxième récipient, et ainsi de suite, le compartiment final du premier récipient étant relié au compartiment final du deuxième récipient Dans le cas o le nombre total de compartiments du deuxième récipient est plus grand que le nombre total de compartiments du premier récipient, des

boucles de transfert de chaleur peuvent relier deux compar-

timents ou plus du deuxième récipient au même compartiment du premier récipient Une boucle préférée de transfert de

chaleur est une boucle basée sur le système du thermosiphon.

Dans l'appareil pour préchauffer les particules, une ou plusieurs des sorties au sommet des compartiments du deuxième récipient peuvent être reliées, éventuellement par l'intermédiaire d'un cyclone pour élimination des particules

de substrat entraînées, à une entrée au fond d'un compar-

timent du premier récipient, le gaz fluidisant usé du deuxième récipient étant ainsi utilisé comme gaz fluidisant

dans le premier récipient.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: -10- La figure 1 est un schéma de principe d'un procédé pour l'extraction d'hydrocarbures à partir de schiste bitumineux utilisant le procédé de préchauffage selon l'invention comme première étape, ce schéma de principe 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 récipient de distillation à la cornue pour l'opé-

ration d'extraction.

La figure 3 est une représentation plus détaillée

d'une autre zone de préchauffage A selon l'invention.

La figure 4 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 tempé-

rature ambiante par la canalisation 1 dans le train 10 à schiste frais qui comprend cinq compartiments 11, 12, 13, 14 et 15, qui sont séparés, mais reliés entre eux Dans

chaque compartiment, les particules de schiste sont main-

tenues dans un état de lit fluidisé par passage d'air arrivant par la canalisation d'alimentation 16 Chaque compartiment 11, 12, 13, 14 et 15 est chauffé séparément 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 canali-

sation 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 -11- 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.

La vapeur d'eau et toutes autres matières volatiles 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 31 par l'entrée 74 et passe successivement aux autres

compartiments par le système de chicanes 52, 53, 54, 55.

Dans chacun des compartiments, se trouve un distributeur

41, 42, 43, 44, 45, respectivement, pour assurer une ali-

mentation en vapeur d'eau distribuée uniformément aux par-

ticules 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 parti-

cules 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 particules de schiste passent sur un déversoir 63 à un purgeur à vapeur 64 pour séparation des -12-

dernières traces de produit, et de là à la sortie 65.

Le schiste usé contenant du coke est ensuite brûlé dans la zone de combustion C 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'ali-

mentation 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 système 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 de la manière classique pour la production de vapeur d'eaupar un faisceau à convection et pour préchauffer

l'air pour la combustion.

En ce qui concerne le schéma de préchauffage de la figure 3, 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 moyen de la canalisation 109 Le schiste usé chaud est passé par la canalisation 123 successivement aux compartiments 122-116

et maintenu dans un état de lit fluidisé dans chaque compar-

timent 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 compartiment 111 du

250,4548

13- train à schiste frais D'une manière similaire, l'air provenant des compartiments 118, 119, 120, 121 et 122 est

passé à travers le cyclone 127 et est amené par la canali-

sation 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 provenant des compar-

timents 113, 114 et 115 en même temps que l'eau libérée du schiste est passée au cyclone 138, et un courant est

recomprimé dans un compresseur 139 et ramené à la canali-

sation 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.

La figure 4 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 -14- au compartiment 210 dans lequel elle e

transfert de chaleur au schiste frais.

Exemple 1

Le procédé tel que décrit avec r 1 est mis en oeuvre de manière continu suivantes: Particules de schiste Composition initiale: eau matière organique substances minérales Diamètre maximal A Zone de préchauffage Charge de schiste frais Température initiale des particules de schiste Température finale des particules de schiste B Zone de distillation à la cornue Température du schiste usé chaud Débit d'introduction du schiste séché préchauffé Compartiment Température, C Sch: Numéro 1 450

" 2 480

est recondensée par référence à la figure Je dans les conditions 8,0 % ,0 % i

72,0 % 4

environ en poids en poids en poids 2 mm 58 kg/s C

250 C

700 C

53 kg/s iste usé chaud, kg/s 2,5

" 4 480 1,1

" 5 480 0,5

Quantité totale d'hydrocarbures recueillie: 7 kg/s 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 -15-

Exemple 2

Le procédé de préchauffage décrit avec référence à la figure 3 est mis en oeuvre de manière continue dans les conditions détaillées indiquées cidessous Le schiste bitumineux 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 parti-

cules de schiste bitumineux préchauffées quittent la zone de préchauffage par la canalisation 140 à une température d'environ 2500 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 à 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 25 C Compartiment Température, OC Numéro 110 40

" 111 55

112 85

113 105

114 150

250

-16- Train à schiste usé chaud: alimentation en schiste température initiale Compartiment Numéro 122 le 121

" 120

" 119

" 118

" 117

" 116

42 kg/s

700 C

Température, C Boucles de transfert de chaleur Boucle, N Fluide Température de Pression de fonctionnement fonctionnement _ C bars 131 méthanol 65 1,0 132 méthanol 82 1,8 133 eau 112 1,5 134 eau 150 5,0 135 eau 216 22 136 eau 300 90 137 eau 300 90 -17-

Claims (18)

REVENDICATIONS

1 Procédé de préchauffage de particules d'un substrat contenant des hydrocarbures, selon lequel on chauffe les particules du substrat avec un milieu solide porteur de chaleur par écoulement indirect à contre-courant en utilisant une série de boucles de transfert de chaleur

contenant chacune un milieu de transfert de chaleur en cir-

culation choisi de manière que la série entière permette une élévation échelonnée de la température des particules du substrat et un abaissement échelonné de la température

du milieu solide porteur de chaleur.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu porteur de chaleur est du substrat usé chaud.

3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que les particules du substrat et le milieu solide porteur de chaleur sont maintenus chacun

dans un état de lit sensiblement fluidisé.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise de la vapeur d'eau comme milieu fluidisant, au moins une partie de la vapeur d'eau utilisée étant

recyclée au lit fluidisé.

Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérise en ce que le fluide de transfert de chaleur dans la boucle est mis en circulation entre le substrat contenant des hydrocarbures et le milieu solide porteur de

chaleur au moyen d'un effet de thermosiphon.

6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que le fluide de transfert de chaleur en

circulation est du méthanol ou de l'eau sous pression.

7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que la température des particules du substrat est portée de la température ambiante à environ

2500 C.

-18-

8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce que le milieu solide porteur de chaleur a une température initiale de 7000 C.

9 Procédé selon l'une des revendications 2 à 8,

caractérisé en ce qu'on obtient le substrat usé chaud en chauffant encore le substrat contenant des hydrocarbures préchauffé en l'absence quasicomplète d'oxygène pour

obtenir un substrat usé contenant du coke et des hydro-

carbures libérés, le substrat usé contenant du coke étant brûlé avec un gaz contenant de l'oxygène libre dans une étape de combustion séparée pour donner du substrat

usé chaud.

Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le substrat contenant des hydrocarbures préchauffé

est chauffé encore à une température d'au moins 400 'C.

11 Procédé selon l'une des revendications 9 et 10,

caractérisé en ce que le substrat contenant du coke est

brûlé à l'état de lit fluidisé.

12 Procédé selon l'une des revendications 9 à 11,

caractérisé en ce qu'une partie du substrat usé chaud est mélangée avec le substrat contenant des hydrocarbures

préchauffé pour chauffer encore le substrat préchauffé.

13 Procédé selon l'une des revendications 9 et 12,

caractérisé en ce que les particules du substrat sont chauffées encore par passage à travers une multiplicité de zones, dans au moins certaines desquelles les particules du substrat sont mélangées avec le substrat usé chaud, le mélange étant maintenu dans un état de lit sensiblement fluidisé, et les hydrocarbures libérés étant évacués par

passage d'un gaz de strippage inerte en écoulement trans-

versal par rapport au passage des particules du substrat.

14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en

ce que les zones sont disposées horizontalement.

Procédé selon l'une des revendications 13 et 14,

caractérisé en ce que le gaz de strippage inerte est de la

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vapeur d'eau et/ou du gaz produit recyclé.

16 Procédé selon l'une des revendications 1 à 15,

caractérisé en ce que le substrat contenant des hydrocarbures est

du schiste bitumineux.

17 Procédé selon l'une des revendications 1 à 16,

caractérisé en ce que le substrat contenant des hydrocarbures a

une grosseur de particules comprise entre 0,5 et 5 mm.

18 Appareil utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant: (a) un premier récipient comportant une série de compartiments ( 11-15; 110-115) reliés entre eux, une entrée pour les particules de substrat fraîches associée au premier compartiment de la série et une sortie pour les particules de substrat préchauffées associée au compartiment final de la série, chaque compartiment ayant une entrée au fond pour un-gaz fluidisa et une sortie au sommet pour le gaz fluidisant usé; (b) un deuxième récipient comportant une série de compartiments ( 23-27; 116-122) reliés entre eux, une entrée pour le substrat usé chaud associée au compartiment final ( 27; 122) de la série par rapport aux compartiments reliés entre eux du premier récipient et une sortie pour le substrat usé refroidi associé au premier compartiment ( 23; 116) de la série par rapport aux compartiments reliés entre eux du premier récipient,

le premier récipient étant placé à une élévation supérieure à -

celle du deuxième récipient, et chaque compartiment du deuxième récipient ayant une entrée au fond pour un gaz fluidisant et une sortie au sommet pour le gaz fluidisant usé, et (c) une multiplicité de boucles de transfert de chaleur ( 17-21; 131-137) entre le premier récipient et le deuxième récipient, chaque boucle de transfert de chaleur reliant au moins un compartiment du deuxième récipient à un compartiment

du premier récipient.

19 Appareil selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs des boucles de transfert de chaleur relient un compartiment du deuxième récipient au compartiment correspondant de la série de compartiments reliés entre eux

du premier récipient.

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Appareil selon l'une des revendications 18 et 19,

caractérisé en ce que la boucle de transfert de chaleur est

basée sur un système de thermosiphon ( 210,211,212).

21 Appareil selon l'une des revendications 18 à 20,

caractérisé en ce qu'une ou plusieurs des sorties au sommet des compartiments ( 116,117; 118-122) du deuxième récipient sont reliées, éventuellement par l'intermédiaire d'un cyclone ( 125; 127), à une entrée au fond d'un compartiment ( 11; 112) du premier récipient.