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'PROCEDE'ET APPAREIL'POUR LA DISTILLATION DESTRUCTIVE DES SCHISTES
BITUMINEUX.
La présente invention concerne la distillation des produits vola- tils contenus dans les schistes contenant de l'huile, ainsi que dans d'autres matières carbonées et elle a pour but de réaliser un procédé perfectionné de distillation, ainsi qu'un appareil permettant la mise en oeuvre de ce procé- déo
On a déjà proposé dans le passé beaucoup de procédés pour extrai- re les gaz contenus dans les schistes bitumineux et dans des produits analo- gues et, quoique certains procédés connus ont pû être réalisés dans une cer- taine mesure avec succès, on a toujours trouvé certaines objections soit au procédé, soit aux appareils utilisés, ce qui a empêché les dits procédés et appareils d'être rentables.
En soi, tout procédé de distillation des schistes bitumineux et des matières carbonées similaires doit, pour pouvoir être exploité commercia- lement, être capable de produire des quantités considérables des dites matiè- res par unité de temps, Ceci implique bien entendu un procédé continu
Une autre considération sérieuse est que le coke de résidu qui reste, après que les produits volatils ont été extraits de la matière, doit pouvoir être utilisé et, de préférence, les fractions combustibles de ce co- ke doivent être brûlés pour fournir la chaleur nécessaire pour la mise en oeu- vre du procédés
La présente invention satisfait entièrement cette demande essentiel le et, ainsi qu'il apparaîtra,
réalise un procédé et un appareillage grâce auxquels de grandes quantités de matières carbonées peuvent être traitées par unité de temps; de plus, la fraction combustible de coke résiduel est non seu- lement brûlée, mais encore, au cours de sa combustion, fournit de la vapeur qui fournit à son tour de l'énergie.
Pour satisfaire le but essentiel qui consiste à réaliser un procé- dé commercialement utilisable et économique, ainsi qu'un appareillage pour la
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distillation de schistes bitumineux et analogues,, l'invention vise également le préchauffage de la matière carbonée au fur et à mesure qu'elle est amenée dans la zone de distillation et ceci au moyen de l'air de combustion préchauf- fé, le préchauffage de l'air de combustion étant effectué par un échange de chaleur indirecte avec les gaz brûlés au moment ou ceux-ci quittent la zone de combustion.
Un autre objet de l'invention est d'utiliser la chaleur contenue dans les gaz brûlés pour entraîner les produits volatils qui se dégagent de la matière carbonée pendant que ceux-ci traversent la zone de distillation et, dans ce but, l'invention prévoit des moyens pour faire recirculer les gaz de distillation d'une manière continue pour réaliser un échange de chaleur indirect avec les gaz brûlés chauds et, ensuite, à travers la matière carbo- née qui se trouve dans la zone de distillation,
Egalement dans le but de réaliser une économie maximum, l'invention vise, parmi ses dispositions, le chauffage préliminaire de la matière brute carbonée, directement avant que cette matière ne soit amenée dans la zone de préchauffage, ce résultat étant atteint par le fait qu'on fait passer les gaz brûlés, pendant qu'ils sont encore chauds,
ou au moins une partie de ces gaz, à travers la matière carbonée brute avant que ces gaz brûlés ne soient diri- gés vers la cheminée,
L'un des défauts les plus sérieux des procédés connus jusqu'à ce jour dans la distillation des produits volatils de schistes bitumineux ou de matières carbonées analogues est dû au fait que ces procédés ne tiennent pas compte de l'importance du contrôle de la température du coke résiduel brûlé, dans le cas où ce coke était utilisé pour refournir la chaleur nécessaire à la distillation.
Les schistes qui contiennent de l'huile, et les matières car- bonées similaires, ont une température d'agglomération relativement basse, de telle sorte qu'à moins que la température des matières combustibles qui brûlent ne soit contrôlée et que l'excès de chaleur soit évacué, la matière s'agglomère rapidement, ce qui évidemment est indésirable. Pour éviter cette conséquence nuisible, la présente invention applique les procédés décrits dans le brevet américain 2,504,508 de Edlinger et al, suivant lequel l'excès de chaleur est évacué du combustible qui brûle par une circulation d'un flui- de de refroidissement approprié, de préférence du fluide qui est chauffé dans la chaudière, en créant un échange de chaleur indirect entre ce fluide et le'combustible qui brûle.
On rencontre bien entendu le problème des trop hautes températu- res également dans la zone de distillation puisque, si on laisse la tempéra- ture de la matière qui se trouve dans cette zone excéder une valeur maximum prédéterminée, les produits volatils extraits de la matière sont carbonisés èt il se produit un commencement de cracking des produits de distillation.
Ainsi, il est également prévu suivant l'invention de contrôler la température des matières en cours de distillation, ce contrôle étant obtenu par une circulation du fluide qui se trouve dans la chaudière amené à une température correcte pour la distillation en relation d'échange de chaleur indirect avec la matière carbonée en cours de dégazéification.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés qui montrent deux exemples complets d'un appareillage permettant la mise en oeu- vre du procédé suivant l'invention. Toutefois il doit être bien entendu que l'invention vise de la manière la plus générale un procédé de distillation dont les diverses étapes seront mieux comprises au cours de la description qui va suivre en se référant aux dits dessins. L'invention vise également tout appareillage propre à réaliser la mise en oeuvre du procédé précité, de telle sorte que l'appareillage représenté ne constitue que des exemples qui peuvent subir de nombreuses modifications sans s'écarter pour cela de l'es- prit de l'invention.
Sur ces dessins la fige 1 est une figure schématique montrant une application de l'invention et dans laquelle les chambres qui forment les diverses zones,
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ainsi que le passage vertical le long duquel la masse de la matière en cours de traitement se déplace de haut en bas, sont montrés en coupe. la fig. 2 est une vue en coupe transversale faite par le plan pas- sant par la ligne 2-2 de la fige 1. la fig. 3 est une vue montrant une légère modification de l'appa- reil, cette vue étant semblable à celle de la partie principale de la fig. 1. la fige 4 est une coupe transversale horizontale faite par le plan passant par la ligne 4-4 de la fige 3.
En se référant plus particulièrement aux dessins annexés, on voit en 5 une chambre de combustion, dont on voit en 6 l'orifice d'admission d'air, situé à la partie inférieure de la chambre, et dont on voit en 7 l'orifice d'échappement des gaz brûlés, situé au voisinage de son extrémité supérieure, cet orifice 7 étant relié à un conduit d'évacuation 8 à l'extrémité duquel est placé un ventilateur aspirant 9.
Au-dessus de la zone de combustion précitée se trouve la zone de distillation 10, une zone de préchauffage 11 et une zone de chauffage préli- minaire 12. Les zones 12 et 11 servent à assurer les deux premières étapes de préchauffage de la matière carbonée à traiter, amenée dans la partie supé- rieure d'une cornue verticale 13 traversant toutes les zones précitées, à savoir, 5, 10, 11, et 12. La cornue 13 s'étend également, de préférence, sur la totalité de la largeur de chaque zone, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 2, de manière à diviser chaque zone en deux chambres, une d'admission et l'autre d'évacuation.
La partie inférieure de la cornue 13 est constituée par des tubes verticaux 14 relativement très rapprochés, contenant du fluide de la chaudiè- re et qui constituent une partie des surfaces de génération de vapeur d'une chaudière chauffée par le coke résiduel. Cette chaudière de vapeur est équi- pée d'un réservoir de vapeur 15 et est du type à circulation forcée, cette circulation étant assurée par une pompe 16 qui aspire l'eau contenue dans le réservoir 15 et l'envoie sous pression à travers les divers tubes généra- teurs de vapeur, y compris les tubes 14, ainsi que d'autres tubes 17 s'éten- dant le long de certaines des parois de la chambre de combustion.
A l'extrémité inférieure de la cornue 13 est disposée une grille 18, de toute construction appropriée, cette grille étant destinée à suppor- ter la colonne de matière carbonée et à évacuer convenablement les cendres qui s'accumulent dans la partie inférieure de cette colonne en les dirigeant dans le cendrier (non représenté).
Dans la zone de distillation 10, la. cornue 13, sur la plus grande partie de sa longueur, est formée par un serpentin, constitué par des tubes 19, contenant du fluide de la chaudière et dans lequel circule de la vapeur surchauffée, cette vapeur étant amenée au serpentin 19, à partir de l'orifi- ce de sortie du surchauffeur 20,situé dans la partie la plus chaude du con- duit 8 et dont l'orifice d'admission est relié avec le réservoir 15 de la manière habituelle. Le serpentin 19 est relié par son autre extrémité, avec un collecteur 21 à partir duquel la vapeur peut être dirigée directement ver s son point d'utilisation; on peut d'ailleurs la faire passer au préalable à travers un autre surchauffeur, non représenté, et dans lequel sa température et sa pression peuvent être réduites.
La cornue 13, dans la région de la zone de préchauffage 11, peut être également constituée sur la plus grande partie de sa longueur, par un serpentin 22 contenant du fluide de la chaudière. Toutefois, le serpentin 22 contient de l'eau chaude ou une émulsion vapeur/eau qu'on fait circuler à travers ce serpentin par la pompe 16.
Dans la gone de chauffage préliminaire 12 les parois opposées de la cornue 13, c'est-à-dure celles qui définissent l'un des cotés des chambres, res- pectivement, d'admission et d'évacuation de la zone 12, sont perforées et sont de préférence constituées par des volets 23.Les parties de la cornue 13 qui réunissent entre elles les zones adjacentes sont formées par des parois non
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perforées 24, 25 et 26. Ces parois non perforées facilitent le maintien de zones neutres de la cornues, entre les zones adjacentes dans lesquelles se produisent des traitements thermiques, grâce à quoi les gaz, dans une des zones où se produit le traitement thermique, sont empêchés de se mélanger avec les gaz des autres-zones.
Pour obtenir ces zones neutres, les pres- sions dans les zones adjacentes où se produisent les traitements thermiques sont contrôlées de manière telle, qu'une aire de différence de pression éga- le à zéro soit maintenue dans chaque zone neutre.
Pour:la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, les schis- tes bruts contenant de l'huile, ou d'autres matières semblables carbonées, sont amenés d'une manière continue dans la partie supérieure de la cornue verticale 2,3, de manière à maintenir constante la hauteur de la colonne de matière dans la cornue. Au fur et à mesure que cette matière carbonée, des- cend à travers la zone de chauffage préliminaire 12, elle se trouve chauffée par le passage,. à travers cette zone, d'une partie des, gaz brûlés qui se di- rigent vers la cheminée.
Dans ce but un conduit de dérivation 27 relie le conduit principal 28 se dirigeant vers la cheminée avec la chambre d'admis- sion 29 de la zone 12, tandis que la chambre d'évacuation 30 de cette zone est reliée à la cheminée par un conduit approprié 31. Des registres 32 et 33 prévus dans le conduit de dérivation 27, et dans le conduit principal 28, respectivement, permettent de régler les volumes respectifs des gaz brûlés dirigés à travers la zone 12, de telle sorte qu'on ait à sa disposition des moyens de contrôle de la pression dans la zone de traitement précitée.
Bien entendu, les gaz brûlés qui pénètrent dans la zone 12 doivent traverser la colonne de la matière carbonée:pour quitter cette zone et se diriger vers la cheminée, ce passage à travers la colonne produisant un chauffage préli- minaire de la matière brute carbonée.
Dans la zone de préchauffage 11 la matière carbonée est chauffée de nouveau par le passage, à tr,avers la colonne, de l'air de combustion préa- lablement, préchauffé. Dans ce but, l'air de combustion qui pénètre dans le ventilateur 34 est dirigé par un conduit 35 vers un réchauffeur d'air 36, situé dans le conduit 8, dont on a déjà parlé plus haut, de manière à ce que cet air soit chauffé en passant par ledit réchauffeur 36. Cet air est dirigé ensuite, par le conduit 37, vers la chambre d'admission 38 de la zone 11, d'où il s'écoule à travers la colonne de matière carbonée, sous contrôle des' volets 39, vers la chambre d'évacuation 40 de ladite zone de préchauffage.
A partir de cette chambre 40 une partie de l'air de combustion est dirigée, à travers un conduit 41, vers l'orifice d'admission d'air de combustion 6 de la zone de combustion, tandis que le reste est dirigé de nouveau, par un conduit 42, vers l'orifice d'admission du ventilateur 34 et est recirculé.
Des registres 43 et 44, prévus, respectivement dans les conduits 41 et 42, permettent de .régler les quantités d'air de combustion amené à la chambre de combustion et recirculé à travers le réchauffeur d'air.
L'air de combustion chaud qui circule à travers la zone de pré- chauffage Il agit en combinaison avec le fluide chaud de la chaudière qui circule à travers les tubes qui constituent le serpentin 22, pour réaliser le préchauffage désiré de la matière carbonée traitée.
La matière carbonée traitée, après avoir été préchauffée de la manière décrite, passe à travers la zone neutre adjacente de la cornue et pénètre dans la zone de distillation 10, dans laquelle les gaz volatils sont extraits par la chaleur qui est fournie à la matière, d'une part, par la vapeur surchauffée qui circule à travers le serpentin 19, et d'autre part, par les gaz chauds de distillation. Dans ce but la chambre d'évacuation' 45 de la zone de distillation 10 est reliée par un conduit 46 avec l'admis- sion d'une soufflante 47, ainsi qu'avec l'admission d'un condenseur, non re- présenté, dans lequel les gaz sont condensés et soumis à d'autres traitements.
La soufflante 47 dirige les gaz dans un conduit 48,et., à travers ce conduit, dans l'admission. d'un réchauffeur de gaz 49, situé dans le conduit 8 précité., de préférence, directement en aval du surchauffeur 20 et entre celui-ci et l'économiseur 50. L'orifice de sortie du réchauffeur de gaz est relié, par
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un conduit 51, avec la chambra d'admission 52 de la zone de distillation 10.
Des registres 53 et 5 situés respectivement, à 1'entrée de la soufflante 47 et dans le conduit relié au condenseur, permettent de contrôler la propor- tion des gaz de distillation recirculés à travers le réchauffeur de gaz, ce qui permet le réglage de la pression dans la zone 10.
La température de la\ vapeur surchauffée qui circule à travers les serpentins 19 et 56a est maintenue à la valeur qui est la mieux appropriée pour la distillation de la matière carbonée, de telle sorte qu'elle a pour effet de stabiliser la température de la matière carbonée en cours de dégazéi- fication, en évacuant l'excès de chaleur dans le cas où les gaz de distilla- tion qui pénètrent dans la zone 10 à partir du réchauffeur,49 sont trop chauds et, au contraire, en fournissant de la chaleur, si la température . de ces gaz est trop basse, ceci de manière à maintenir toujours la tempéra- ture désirée dans la zone de distillation.
Le coke de résidu dégazéifié passe, à travers une zone adjacente neutre, dans :La zone de combustion, dans laquelle il est brûlé, l'air pour la combustion de ce coke étant amené dans cette zone de combustion de la ma- nière décrite et étant distribué sur toute la hauteur de la masse de combus- tible, suivant le réglage des volets 55.
On doit remarquer que 19 air de combustion qui pénètre dans la , zone de combustion à son extrémité inférieure s'écoule d'abord transversale - ment à travers la partie la plus basse extrême de la cornue et passe ensuite transversalement à travers cette cornue à des différents niveaux suivant le réglage des volets 55. Toute la matière brûlée dans la.'zone de combustion se trouve ainsi alimentée avec des volumes appropriés d'air de combustion et, ainsi qu'on le comprendra facilement, la totalité du volume d'air amené dans la chambre de combustion peut être réglée pour que la combustion se poursuive dansles conditions optimum.
Ce dernier résultat, hautement dési- rable, peutrêtre obtenu grâce au fait que la température de la masse qui brûle est contrôlée pour éviter l'agglométation de cette masse, au moyen de la cir- culation du fluide de la chaudière à travers le conduit ou tube très mince 56 noyédans la masse en cours de combustion, et relié au système générateur de vapeur de la chaudière, ce qui assure une circulation continue du fluide de la chaudière à travers ladite masse.
Ainsi,le fluide de la chaudière, qui circule à travers les tubes 56, agit en combinaison avec le fluide de la chaudière, qui circule dans le serpentin 14, pour évacuer efficacement l'excès de chaleur de la masse en cours de combustion, ce qui permet de réa- liser une combustion rapide de la fraction combustible du coke résiduel, sans danger d'agglomération.
Du fait que le volume de la matière qui peut être brûlée par u- nité de temps détermine en grande mesure la capacité de l'installation et du fait que la matière qu'on traite brûle comme on le sait très doucement, il peut être désiré d'augmenter la section transversale de' -'la partie inférieu- re de la cornue et de ce fait le volume total de la matière en cours de com- bustion.
Ceci peut être obtenu de la manière représentée sur la fig. 3, sur laquelle on voit que les côtés de la partie inférieure de la cornue définis par le serpentin 14 se trouvent à un écartement plus grand, tandis que les tubes 56, noyés dans la masse en cours de combustion, sont plus nombreux de façon à ce que l'effet de refroidissement du fluide produit par le fluide de la chaudière qui circule à travers ces tubes puisse atteindre toutes les parties de la masse du combustible. Une telle augmentation de l'aire hori- zontale de la masse du combustible en cours de combustion présente également un avantage complémentaire qui est de permettre une diminution de la hauteur totale de l'installation.
A la lecture de la description qui précède et à l'examen des des- sins annexés, il sera facile de comprendre à toute personne qualifiée que la présente invention réunit des moyens pratiques et économiques pour distil- ler les produits volatils des schistes bitumineux ou d'autres matières car- bonées contenant de l'huile et que le procédé suivant l'invention peut être mis à l'oeuvre au¯moyen d'un appareillage relativement simple. -