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" procédé de valorisation de substances carbonifères solides, minérale ou végétales." Demandes de brevets français en sa faveur du 21 Décembre 1945 et du 16 janvier 1946 . ---------
Certains procédés de valorisation de substances carboni- fères solides, tels que les combustibles minéraux ou végétaux, et plus particulièrement les schistes bitumineux, consistent à les chauffer à une température assez élevée pour qu'il se produise une distillation et/ou une pyrogénation d'au moins une fraction de ces substances. Dans le cas des schistes bitumineux, on cherche à obtenir tout d'abord, en milieu réducteur, la pyrogénation de leurs matières volatiles (par exemple 8 à 40 % en poids du schiste cru), puis, dans certains procédés, la gazéification et/ou la combustion partielle de leur carbone fixe (par exemple 4 à 20 % en poids du schiste cru).
Ces procédés sont, en général, caractérisés notam- ment, d'une part, par la recherche d'un classement éliminant les parties les plus fines (par exemple 0 à 5.mm) aussi bien que de la destruction des morceaux les plus gros (par exemple au-dessus de 40 mm); ou, dans les appareils où l'élimination des fines peut être évitée, la recherche de la moindre création de fines; d'autre part par la renonciation à l'utilisation complète, ou même partiel- le, du carbone fixe restant dans le schiste aprèsla pyrogénation desmatières volatiles.
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D'autre part, une préoccupation supplémentaire a été d'amener à la température voulue toutes les partiesdu comousti- ble traité en évitant, autant que possible, de surchauffer locale- ment celui-ci et/ou les produits de la distillation et/ou de la pyrogénation.
Aucun des procédés existants n'évite l'un ou l'autre de ces caractères. Il en résulte une dévalorisation prononcée des fines qui sont produites aussi bien à l'abatage des combusti- bles dans les mines qu'à leur préparation par concassage et il est nécessaire de prendre des précautions particulières pour éviter toute surchauffe pendant les opérations de chauffage.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention évite cette dévalorisation; dans le cas des schistes bitumineux, il réalise l'emploi intégral du schiste abattu et, dans ce schiste, des matières organiques; dans tous les cas, il présente, en outre, l'avantage de permettre une distillation et/ou une pyrogénation extrêmement rapides et complètes des combustibles traités tout en faisant intervenir un matériel de traitement d'encombrement et de poids réduits, dont le fonctionnement peut être rendu continu et automatique. Il est applicable à tous les combustibles solides minéraux ou végétaux susceptibles d'être amenés à l'état de divi- sion assez fine pour pouvoir les mettre en suspension dans un fluide gazeux, par exemple à la houille, au lignite, à la tourbe séchée, au bois.
Il est également applicable à d'autres matières pulvérisables contenant du carbone fixe et des composés caroonés volatils distillables et/ou pyrogénables tels, par exemple, que des schistes bitumineux, des marnes ou sables asphaltiques ou pétrolifères. Lorsque, dans la suite, il sera parlé de combustibles il doit être entendu que ce terme s'applique aussi à cette dernière catégorie de matières.
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Ce procédé consiste, principalement, à amener le combus- tible, par exemple par broyage, à un état de division suffisamment poussé pour que les particules résultant de cette division puissent être transportées en suspension dans un courant gazeux puis à met- tre en suspension et à entraîner le combustible, ainsi divisé, dans un courant de fluide gazeux non oxydant ou même réducteur et à le porter, dans cet état, tout d'abord à un degré de tempéra- ture inférieur à celui pour lequel la distillation ou la pyrogéna- tion se produisent, puis, toujours dans le même état d'entraînement, au degré de température et pendant le temps nécessaires pour que la distillation et/ou la pyrogénation se produisent, après quoi on sépare les uns des autres les divers éléments du mélange de fluides et de solides résultant de l'opération.
On obtient ainsi, d'une part, des gaz bruts de distilla- tion et/ou de pyrogénation, que l'on soumet à une condensation com- plète ou incomplète et, d'autre part, un corps solide pulvérulent, résiduaire, qui est constitué, suivant le combustible, par un coke, un semi-coke, un charbon de bois, contenant une certaine proportion de cendres ou de schistes résiduaires. Ces solides pulvérulents résiduaires contiennent encore leur carbone fixe et, éventuellement, un certain pourcentage de matières volatileset constituent un combustible pulvérisé.
Pour un tel traitement, la matière à traiter est amenée à des dimensions du même ordre que le charbon utilisé pour le chauf. fage au charbon pulvérisé, par exemple assea fin gour que 65 % passent au tamis 200.
Tout le long du cours de cette'opération, la vitesse du mélange en traitement est maintenue à une valeur suffisamment élevée pour que la matière à distiller et/ou à pyrogéner reste en suspension.
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Le fluide gazeux de préchauffage, dans lequel le solide pulvérisé est mis en suspension est, par exemple, une fraction du gaz obtenu avant ou après condensation partielle ou complète des produits condensables. Ou bien ce sont des gaz de combustion d'un four.
Le préchauffage de la matière pulvérisée peut être effec- tué soit par apport de chaleur à travers une paroi chauffée, soit par mélange avec du gaz de préchauffage porté à une température suffisamment élevée. La matière pulvérisée ainsi préchauffée est, soit séparée de son gaz de préchauffage et passée à la distillation et/ou à la pyrogénation après mélange avec un nouveau fluide gazeux, soit maintenue en suspension dans le fluide gazeux qui le véhiculait.
Le préchauffage du mélange de ce fluide gazeux et de la matière pulvérisée à distiller et/ou à pyrogéner, qu'il contient en suspension,est effectué par exemple à une température de l'ordre de 250 C.
Quelle que soit la manière dont le mélange est constitué et préchauffé, il est porté, par exemple, très rapidement, à la ten- pérature de distillation ou de pyrogénation, par exemple voisine de 350 à 450 C, après avoir été ou non additionné de vapeur d'eau et/ou d'une nouvelle fraction de gaz de distillation et/ou de pyrogé- nation, brut ou débarrassé, en totalité ou en partie, de ses portions condensables, ces fluides additionnels ayant été préalablement por- tés ou non à une température voisine de celle de la distillation ou de la pyrogénation. Cette température de distillation ou de pyrogé- nation dépend de la substance traitée et peut atteindre 750 C.
Comme pour le préchauffage, les calories nécessaires à la distillation et/ou à la pyrogénation peuvent provenir d'une paroi chauffée ou du gaz auquel la matière à pyrogéner est mélangée, gaz qui a alors été, au préalable, porté à une température suffisamment élevée.
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D'autre part, l'opération de préchauffage peut être sup- primée, la matière pulférisée à traiter étant alors portée directement à la température de distillation et/ou de pyrogénation par l'un des moyens indiqués ci-dessus.
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Le chauffage de l'enceintEL-dé/distillation et/ou de pyrogénation et, occasionnellement, de celle de préchauffage, peut être assuré par la combustion de la totalité ou d'une partie du résidu solide obtenu après distillation et/ou pyrogénation (coke, semi-coke, etc.) mélangé ou non à d'autres combustibles pulvérisés.
Il peut être prévu de brûler également à cet effet, séparément ou en mélange avec le résidu solide pulvérulent, la totalité ou une partie du gaz de distillation et/ou de pyrogénation, après élimina- tion complète ou incomplète de celui-ci des hydrocarbures liquides récupérables.
L'invention prévoit, en outre, la possibilité de mélanger à la matière à distiller et/ou à pyrogéner, avant ou après son pré- chauffage, des substances minérales ou organiques solides, liquides ou gazeuses capables de réagir avec les produits obtenus par la distillation et/ou la pyrogénation ou d'agir simplement comme cata- lyseurs, cette addition de substances ayant pour effet d'opérer des transformations des produits obtenus lors de la distillation et/ou de la pyrogénation ou de la composition des cendres obtenues par combustion du résidu solide provenant de l'opération de distilla- tion et/ou de pyrogénation.
De même, on peut utiliser le résidu pulvérulent de la distillation et/ou de la pyrogénation, contenant du carbone fixe et éventuellement des matières volatiles, 'en l'additionnant option- nellement de gaz fixe de distillation et/ou de pyrogénation, par exemple recyclé comme il a été indiqué ci-dessus et, éventuellement, avec du combustible pulvérisé, pour fournir à la matière à traiter les calories nécessaires pour son préchauffage et pour sa distilla- tion et/ou sa pyrogénation et/ou pour-produire de la vapeur, notam- ment celle qui est optionnellement introduite dans le mélange à distiller et/ou à pyrogéner ou même pour produire de l'énergie.
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Le ou les catalyseurs intervenant dans le cycle sont mis en oeuvre à l'état pulvérulent et, dans ce cas, mis en mélange dans la matière pulvérisée à traiter avant, pendant ou aprèsla distilla- tion et/ou la pyrogénation, ou bien ils sont fixes sur un support.
Ils peuvent être mis en suspension ou en solution dans des liquides, par exemple ceux consistant en une ou plusieurs fractions obtenues par la condensation des produits de distillation et/ou de pyrogéna- tion.
Ces catalyseurs, libres ou fixés sur support, seront sé- parés des produits fluides, par exemple par le jeu d'une différence de grosseur de grain et/ou de densités, par tous moyens connus en eux-mêmes.
On réalise l'opération de distillation et/ou de pyrogé- nation soit à la pression atmosphérique, soit à une pression in- férieure, soit à une pression supérieure, en faisant intervenir, éventuellement, dans ce dernier cas, un abaissement brusque de pression aussitôt la distillation et/ou la pyrogénation terminées.
Les matières à distiller et/ou à pyrogéner, surtout si celles-ci contiennent une quantité notable d'humidité, pourront être séchées par des procédés connus, ce séchage pouvant être com- biné ou non avec le préchauffage de la matière à distiller et/ou à pyrogéner.
Le dessin ci-joint représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux appareillages propres à la réalisation du précédé objet de l'invention.
Dans ce dessin : fig. 1 correspond à une première forme de réalisation pour un tel appareillage; dig. 2 en est une variante.
Sous la forme où il est représenté à la figure 1 et supposant qu'il s'agisse d'une opération de pyrogénation, l'appa- reillage comporte une trémie 1 dans laquelle la matière à pyrogéner
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pulvérisée, par exemple le schiste cru pulvérisé, est stockée.
Un distributeur 2, de type connu, alimente un préchauffeur 3, de type également connu en lui-même, qui comporte des plateaux tournants 4, montés sur un axe rotatif 5 et des plateaux fixes 4a, annulaires. La matière à pyrogéner pulvérisée tombe, de plateau en plateau, jusqu'à la partie Inférieure du préchauffeur puis dans une trémie fermée 7 qui, par le moyen d'un distributeur 8, fait passer la matière pulvérisée à pyrogéner dans un injecteur 9.
La chaleur qui préchauffe la matière pulvérisée à pyrogéner est fournie par une partie des gaz de combustion d'un four 11 véhiculés par un ventilateur 10. Les poussières qui se dégagent du préchauf- feur 3, avec les gaz de séchage, sont retenues par un séparateur centrifuge 6, par exemple du type "cyclone". Un ventilateur 12 aspire dans un condenseur partiel 13 des gaz de pyrogénation produits comme il sera indiqué ci-après. Il refoule ce gaz dans l'injecteur 9 où ils se mélangent avec la matière pulvérisée préchauffée à pyrogéner provenant du préchauffeur 3. Sur le trajet d'aspiration du ventilateur 12, une vanne 14 permet de mé- langer aux gaz de pyrogénation de la vapeur d'eau amenée par une conduite 15.
Les gaz d'injection mélangés à la matière à pyrogéner préchauffés sont refoulés dans un chauffeur tubulaire 16 disposé dans le four 11. Ce four est,ici, chauffé par la matière résiduai- re, obtenue par la pyrogénation, séparée dans un séparateur centri- fuge 17, par exemple du type "cyclone", des produits de pyrogénation qui se rendent au condenseur 13. Cette matière résiduaire stockée dans une trémie 18, est envoyée par un distributeur 19 dans un injec. teur 20 qui reçoit de l'air préchauffé provenant d'une canalisation 21 qui est forcée par le ventilateur 22. Le mélange d'air préchauf- fé et de matière résiduaire de la pyrogénation est envoyé, par une canalisation 23, dans un brûleur 24. Les cendres provenant de la combustion sont collectées dans un cendrier 25.
Le brûleur 24 reçoit en même temps, par une vanne'de réglage 26, du gaz de pyrogé nation amené par une conduite 26a. Le fluide gazeux sortant du @ --
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condenseur partiel 13 est envoyé par la conduite 27 à des appa- reils de type connu Çnon représentés) qui séparent et classent les divers produits provenant de ce condenseur. -on robinet 14a permet d'évacuer les hydrocarbures condensés dans le condenseur partiel 13.
Dans la variante représentée à la fig. 2, la matière pul- vérisée à pyrogéner est stockée dans la trémie 28 d'où elle s'écou- le par un distributeur 29 dans l'injecteur 30 où un courant de gaz de combustion, provenant du four 31 et forcé par un ventilateur 32, qui l'entraîne à travers le serpentin préchauffeur 33 placé dans la partie supérieure du four 31. La matière préchauffée à pyrogéner est envoyée par la canalisation 34 dans un séparateur 35, par exem- ple du type "cyclone" d'où il est envoyé dans une trémie de stocka- ge 36. Par le moyen d'un distributeur 37, il est envoyé dans un in- jecteur 38 dans lequel du gaz, préchauffé dans le serpentin 39 du four 31 envoie le mélange, ainsi constitué, dans un serpentin calorj fugé 40 où se produit la pyrogénation.
Les gaz ayantservi de véhi- cule et ayant été utilisés à transmettre à la matière à pyrogénerla quantité de chaleur nécessaire pour sa pyrogénation sont séparés de cette matière pyrogénée dans un séparateur 41, par exemple du type "cyclone".
Les gaz chauffés dans le serpentin 39 proviennent d'un condenseur 42 qui reçoit le mélange gazeux sortant du séparateur 41. Ils sont refoulés dans ledit serpentin 39 par un ventilateur 43. L'autre partie des gaz sortant du condenseur 42 se rend à la condensation et à la séparation par la tuyauterie 44. La matière résiduaire après pyrogénation, séparée dans le séparateur 41, est stockée dans une trémie 45 d'où elle est envoyée, par un distributeur 46, dans un injecteur 47 alimenté en air préchauffé par la canalisation 48 et le ventilateur 49. Le mélange de matière résiduaire après pyrogénation et d'air est envoyé au brûleur 50.
Ce brûleur est également alimenté par la tuyauterie 51 et la vanne de réglage 52 par du gaz de pyrogénation débarrassé de ses hydro- carbures condensables.
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Les cendres du four 31 sont recueillies dans le cendrier 53. Une vanne 54 permet d'introduire de la vapeur dans la tuyaute- rie 55 d'aspiration des gaz de recyclage,provenant du condenseur partiel 42. Un robinet 56 permet d'évacuer les hydrocarbures con- densés dans le condenseur partiel 42.