LU84098A1 - Procede de prechauffage d'un substrat contenant des hydrocarbures et appareil utilisable pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Description

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La présente invention concerne un procédé de préchauffage de particules d'un substrat contenant des hydrocarbures, par exemple un schiste bitumineux, un sable asphaltique ou un charbon bitumineux.

5 II 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 10 de schiste, ce procédé est habituellement appelé distillation 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 15 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 circuler ensuite à travers le récipient d'extraction.

20 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 contenir des quantités appréciables de coke. Il a donc été proposé de produire la chaleur nécessaire pour la distil-25 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 30 utilisées dans un tel procédé d'extraction aient été soumises à une étape séparée de préchauffage. Cette étape de prêchauffage comporte essentiellement un chauffage des particules du substrat à une température inférieure à celle à laquelle a lieu l'extraction principale. Le transfert de 35 chaleur aux particules du substrat peut être effectué par

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~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-5 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 10 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 15 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 20 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.

N'importe quel milieu solide porteur de chaleur tel 25 que du sable peut être utilisé dans le procédé de préchauffage selon l'invention. D'une façon particulièrement préférable, toutefois, le substrat usé chaud obtenu dans le traitement ultérieur du substrat contenant des hydrocarbures pour recueil de sa matière hydrocarbonée est utilisé comme 30 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 35 sont de préférence maintenus chaun dans un état de lit * » i -3-

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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-5 disant au moins quand la température du substrat est de 100°C ou au-dessous. 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 10 100°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.

15 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 produite est ensuite passée aux éléments d'échange de chaleur dans le lit fluidisé de particules de substrat. Là, la 20 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 25 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 1'intervalle de température de la boucle. Un fluide approprié pour 30 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 300°C, on peut utiliser des mélanges connus de diphényle et d'oxyde de diphényle, par exemple.

35 Le substrat usé chaud à utiliser comme milieu solide i r -4- » porteur de chaleur a de préférence une température initiale de 700°C. Il peut être obtenu en chauffant encore le substrat contenant des hydrocarbures préchauffé en l’absence quasi-complète d’oxygène pour obtenir un 5 substrat contenant du coke et des hydrocarbures 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.

Dans un mode de mise en oeuvre du procédé de pré-10 chauffage, la température des particules de substrat est portée d'une manière échelonnée de la température ambiante à 250°C environ et la température du substrat usé chaud est abaissée d'une manière échelonnée de 700°C à 80°C environ. A cet effet, on peut utiliser une série de 7 15 boucles de transfert de chaleur, pour lesquelles les températures opératoires du fluide de transfert de chaleur sont de 65°, 82°, 112°, 150°, 216°, 300° et 300°C, respectivement .

Le procédé de prëchauffage selon la présente 20 invention peut être utilisé comme première étape dans un procédé quelconque d'extraction pour extraire des hydrocarbures d'un substrat contenant des hydrocarbures.

Beaucoup de ces procédés sont basés simplement sur le chauffage du substrat dans un récipient, ce qui équivaut 25 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.

30 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 35 dans des conditions sensiblement d'écoulement en bloc, 7 ' 1 ; -5- tandis qu'un gaz de strippage inerte est passé de bas en haut à travers les matières solides ä contre-courant, de façon à enlever les hydrocarbures libérés.

Un inconvénient associé à l'utilisation d'un tel 5 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 10 donc à une perte de produit due à la formation de coke.

Un procédé d'extraction préféré est un procédé continu 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.

15 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'oxygène à une température d'au moins 400°C de façon à obtenir un substrat usé contenant du coke et des hydrocarbures 20 libérés, qui sont recueillis, et dans ce procédé les.particules 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 25 un état de lit sensiblement fluidisé, et les hydrocarbures libérés étant évacués par passage d'un gaz inerte de strippage en écoulement transversal par rapport au passage des particules du substrat.

Les zones peuvent être, par exemple, une série de 30 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 35 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 5 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 10 séparée peut être effectuée d'une manière appropriée quelconque. 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 15 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 20 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 25 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'extraction que certaines des zones ou toutes les zones sont 30 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'intérieur de chaque zone et ainsi de régler le cours de la réaction d'extraction. Pour la distillation à 35 la cornue de schiste bitumineux, la température dans chaque -7- zone est maintenue de préférence entre 400 et 600°C, en particulier entre 450 et 550°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-5 ticules 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 700°C. Pour la pyrolyse de charbon bitumineux, la température dans les zones est comprise de préférence entre 500 et 750°C.

10 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 15 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 20 porteur de chaleur est maintenu à l'état de lit sensiblement fluidisé par le passage en écoulement transversal du gaz de strippage inerte et par les vapeurs d'hydrocarbures produites dans la zone. Un avantage associé au maintien des particules du substrat dans un état de lit 25 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 30 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 35 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 5 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/sëparation/traitement.

Le procédé préféré d'extraction est particulièrement 10 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.

15 Un autre aspect de l'invention concerne un appareil utilisable pour mise en oeuvre du procédé de prëchauffage de 1'invention, comprenant : comportant (a) un premier rêcipient/une série de compartiments reliés entre eux, une entrée pour les particules de 20 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 fluidisant et une sortie au sommet pour le gaz fluidisant 25 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 30 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 35 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 5 récipient, chaque boucle de transfert de chaleur reliant au moins un compartiment du deuxième récipient à un compartiment du premier récipient.

De préférence, une ou plusieurs des boucles de transfert de chaleur relient un compartiment du deuxième 10 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-15 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 où le nombre total de compartiments du deuxième récipient est plus grand que 20 le nombre total de compartiments du premier récipient, des boucles de transfert de chaleur peuvent relier deux compartiments 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. 25 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-30 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 ä partir de schiste bitumineux utilisant le procédé de préchauffage selon l'invention comme première étape, ce schéma de principe 5 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 10 d'un récipient de distillation à la cornue pour l'opération 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 15 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-20 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 maintenues dans un état de lit fluidisé par passage d'air 25 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 30 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 35 le schiste usé est maintenu dans un état de lit fluidisé » » 1 -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 5 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.

10 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 15 distillation a 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-20 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-25 mentation en vapeur d'eau distribuée uniformément 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 parti-30 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 35 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 5 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 4 combustion 67 à lit fluidisé dans laquelle la combustion est complétée. La chaleur est évacuée de la chambre de 10 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-15 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 20 sont utilisés de la manière classique pour la production de vapeur d1eaupar 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 25 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 • 30 la canalisation 123 successivement aux compartiments 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 35 fluidisant pour le schiste dans le compartiment 111 du e -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 canalisation 128 comme gaz fluidisant pour le schiste dans le 5 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 10 canalisation 130. La vapeur d'eau provenant 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 un compresseur 139 et ramené à la canalisation 130. L'autre courant est passé à un condenseur 15 (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 20 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 25 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 30 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." 35 La vapeur monte par la partie supérieure du récipient 212 -14- 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 5 1 est mis en oeuvre de manière continue dans les conditions suivantes :

Particules de schiste

Composition initiale : eau 8,0 % en poids 10 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 15 Température initiale des

particules de schiste 25°C

Température finale des particules de schiste 250°C

B. Zone de distillation â la cornue

20 Température du schiste usé chaud 700°C

Débit d'introduction du schiste séché préchauffé 53 kg/s

Compartiment Température, °C Schiste usé chaud, kg/s

Numéro 1 450 50 25 " 2 480 22 " 3 480 2,5 "4 480 1,1 5 480 0,5

Quantité totale d'hydrocarbures recueillie : 7 kg/s 30 C. Zone de combustion

Alimentation du brûleur ä 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 ci-dessous. Le schiste 5 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 particules de schiste bitumineux préchauffées quittent la zone de préchauffage par la canalisation 140 à une température 10 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 tempê-15 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.

20 Train à schiste frais : alimentation en schiste 58 kg/s

température initiale 25°C

Compartiment Température, °C

Numéro 110 40 25 " 111 55 " 112 85 113 105 114 150 " 115 250 » -16-

Train à schiste usé chaud : alimentation en schiste 42 kg/s

température initiale 700°C

Compartiment Température, °C

5 Numéro 122 566 121 461 " 120 327 119 197 ” 118 138 10 " 117 109 " 116 80

Boucles de transfert de chaleur

Boucle, N° Fluide Température de Pression de fonctionnement fonctionnement 15 _ _ °C_ bars_ 131 méthanol 65 1,0 132 méthanol 82 1,8 133 eau 112 1,5 134 eau 150 5,0 20 135 eau 216 22 136 eau 300 90 137 eau 300 90

Claims (21)

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 5 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 échelonnée de la température des particules du substrat et un abaissement échelonné de la température 10 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, 15 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, 20 au moins une partie de la vapeur d'eau utilisée étant recyclée au lit fluidisé.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide de transfert de chaleur dans la boucle est mis en circulation entre le substrat 25 contenant des hydrocarbures, et le milieu solide porteur de chaleur au moyen d'un effet de thermosiphon.

6. Procédé selon l'une des revendications 115, 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 250°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 700°C.

9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, 5 caractérisé en ce qu'on obtient le substrat usé chaud en chauffant encore le substrat contenant des hydrocarbures préchauffé en l'absence quasi-complète d'oxygène pour obtenir un substrat usé contenant du coke et des hydrocarbures libérés, le substrat usé contenant du coke 10 étant brûlé avec un gaz contenant de l'oxygène libre dans une étape de combustion séparée pour donner du substrat usé chaud.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le substrat contenant des hydrocarbures préchauffé 15 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, 20 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 25 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 30 passage d'un gaz de strippage inerte en écoulement transversal par rapport au passage des particules du substrat.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les zones sont disposées horizontalement.

15. Procédé selon l'une des revendications 13 et 14, 35 caractérisé en ce que le gaz de strippage inerte est de la -19- +- 1 * » 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 10 procédé selon la revendication 1, comprenant : (a) un premier récipient comportant 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- 15 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 20 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 25 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 30 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 compartiment du 35 premier récipient. ' ** * t k -20- *

19. Appareil selon la revendication 13, 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 5 reliés entre eux du premier récipient.

20. 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.

21. Appareil selon l'une des revendications 18 à 20, * 10 caractérisé en ce qu'une ou plusieurs des sorties au sommet des compartiments du deuxième récipient sont reliées, éventuellement par l’intermédiaire d’un cyclone, à une entrée au fond d'un compartiment du premier récipient.