LU84097A1 - Procede pour extraire les hydrocarbures d'un substrat contenant des hydrocarbures et appareil utilisable pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

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LU84097A1
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Hubrecht Cornelis Antoni Meurs
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Description

» -1-
La présente invention concerne un procédé pour l'extraction d'hydrocarbures à partir d'un substrat contenant des hydrocarbures, par exemple un schiste bitumineux, un sable asphaltique ou un charbon bitumineux.
5 Elle concerne aussi un appareil utilisable dans ce procédé.
Il est bien connu que des hydrocarbures peuvent être extraits de tels substrats contenant des hydrocarbures en chauffant des particules du substrat à une température d'au moins 400°C en l'absence quasi-complète d'oxygène et en 10 recueillant les hydrocarbures libérés. Dans le cas d'huile de schiste, ce procédé est habituellement appelé distillation à la cornue et, dans le cas de charbon bitumineux, est appelé pyrolyse.
Dans un certain nombre de procédés connus différents, 15 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-20 culer ensuite à travers le récipient d'extraction. Du sable peut être utilisé à cet effet.
Certains des procédés connus de distillation à la cornue utilisent le fait que le substrat usé, c'est-à-dire le substrat après extraction des hydrocarbures, peut con-25 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 30 chaleur pour l'extraction.
Beaucoup de ces procédés sont basés simplement sur le chauffage du substrat dans un récipient, ce qui équivaut essentiellement à un étage parfaitement mélangé. Toutefois, la distribution des durées de séjour des matières solides 35 dans un tel récipient est loin d'être optimale et il est -2- préférable que les matières solides passent à travers le récipient d'une manière échelonnée.
Dans un exemple d'un tel procédé de distillation à la cornue échelonné pour le schiste bitumineux, le a 5 substrat contenant des hydrocarbures et du substrat usé chaud sont introduits dans la partie supérieure d'un récipient vertical allongé et sont passés de haut en bas ; à travers le récipient dans des conditions sensiblement d'écoulement en bloc, tandis qu'un gaz de strippage inerte 10 est passé de bas'en-'hàut 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 15 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.
20 La présente invention concerne un procédé continu amélioré dans lequel un tel contact se produit peu et les pertes de produit hydrocarboné dues au craquage sont ainsi réduites au minimum.
La présente invention fournit donc un procédé pour 25 l'extraction d'hydrocarbures à partir 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 libérés, et en re- 30 cueillant les hydrocarbures libérés, selon lequel 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 35 dans un état de lit sensiblement fluidisé, et les hydrocarbures libérés étant évacués par passage d'un gaz de Α ί -3- strippage en écoulement transversal par rapport au passage des particules du substrat.
Les gones peuvent être, par exemple, une série de a réaction récipients/séparés, mais reliés entre eux. En variante, 5 les zones peuvent être des compartiments formés en plaçant , des chicanes ou des déversoirs dans un récipient unique de forme appropriée. Ces compartiments sont reliés entre eux, par exemple, au moyen d'ouvertures dans les chicanes, pour permettre le passage des particules du substrat. En 10 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 1 5 pour le passage du mélange.
Afin de créer un écoulement suffisant des particules du substrat d'une zone de distillation à la cornue à la suivante, on peut maintenir une différence de niveau de lit fluidisé entre une ou plusieurs zones successives, 20 donnant une configuration en cascade.
Le milieu solide porteur de chaleur est de préférence du substrat usé chaud obtenu par la combustion séparée du substrat usé contenant du carbone. Cette combustion séparée peut être effectuée d'une manière appropriée quel-25 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 30 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 35 exemple en produisant de la vapeur d'eau en utilisant des « ’ -4- { f 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 5 contenant du carbone, par exemple du charbon ou du substrat frais.
C'est une particularité du procédé selon l'invention que certaines des zones ou toutes les zones sont alimentées séparément en milieu porteur de chaleur. Par réglage des 10 quantités de milieu porteur de chaleur introduites, il est possible de régler la température indépendamment à 1'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 zone est 15 maintenue de préférence entre 400 et 600°C, en particulier entre 450 et 550°C. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé de distillation à la cornue selon l'invention utilisant cinq zones, la température des particules du substrat est maintenue à 450°C dans la première zone et 20 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.
Les durées de séjour des particules du substrat 25 dans chaque zone peuvent être identiques ou différentes et pour l'intervalle de température indiqué ci-dessus, la durée de séjour par zone est de préférence de l'ordre de 1 à 10 minutes.
Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, le gaz inerte 30 de strippage est de préférence de la vapeur d'eau et en particulier de la vapeur d'eau à basse pression, mais n'importe quel autre gaz exempt d'oxygène pourrait aussi être utilisé, par exemple du gaz obtenu comme produit dans le procédé peut être comprimé et recyclé aux zones. Des 35 gaz produits qui sont utilisables comme gaz de strippage -5- t sont l'hydrogène, le méthane, l'éthane ou leurs mélanges. Egalement, les gaz inertes contenant de l'anhydride carbonique et de l'azote dérivés de la combustion de schiste usé contenant du coke comme décrit peuvent être utilisés 5 à cet effet.
Le présent procédé est mis en oeuvre de.préférence de manière que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de ' strippage soit assez grande pour que l'état de lit fluidisé soit juste maintenu. Le procédé permet que la vitesse 10 d'écoulement du gaz inerte de strippage soit ajustée avec précision aux exigences minimales pour une fluidisation suffisante dans chaque zone.
La vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage est comprise de préférence entre 0,1 et 2,0 m/s. D'une 15 façon particulièrement préférable, elle est comprise entre 0,3 et 0,8 m/s.
Le mélange de particules de substrat et de milieu solide porteur de chaleur est maintenu dans l'état de lit sensiblement fluidisé par le passage en écoulement trans-20 versai du gaz inerte de strippage et par les vapeurs d'hydrocarbures produites dans la zone. Un avantage associé au maintien des particules du substrat dans un état de lit sensiblement fluidisé est que des moyens mécaniques pour faire avancer les particules de substrat d'une zone à la 25 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 30 hydrocarbures subissent un craquage ultérieur est ainsi réduit. Un autre avantage du procédé selon l'invention est dû au mélange rapide du substrat et du milieu porteur de chaleur dans le lit fluidisé qui atteint une température relativement uniforme et donc la formation de "points chauds" 35 localisés conduisant à un craquage et à une perte de rendement est évitée.
' i j -6-
Les hydrocarbures libérés peuvent être recueillis par des techniques connues. Par exemple, ils peuvent être dépouillés de toutes particules de substrat entraînées dans un ou plusieurs cyclones et passés à des unités 5 classiques de condensation/séparation/traitement.
L'extraction préférée est particulièrement intéressante 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 10 introduites dans le procédé est compris de préférence entre 0,5 et 5 mm.
Le besoin de gaz de strippage est maintenu à un minimum en mettant en oeuvre le procédé de 1 * invention selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré 15 comme décrit ci-après. Dans ce mode de mise en oeuvre préféré, la surface moyenne de section d'au moins une ou de plusieurs des zones après la première est plus petite que la surface moyenne de section d'une ou plusieurs des zones précédentes. Par "moyenne", on veut dire que la 20 surface de section d'une zone particulière de distillation à la cornue peut varier sur sa hauteur. Par exemple, la zone de distillation à la cornue peut être un récipient sensiblement cylindrique avec une partie inférieure de forme conique, le sommet du cône étant la partie la plus 25 basse du récipient. De plus, la partie supérieure du récipient peut avoir une surface de section relativement plus grande si elle est renflée ou évasée. Toutefois, également des récipients cylindriques dont la surface de section ne varie pas sont compris dans le cadre général 30 de la présente invention.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré du procédé, la surface moyenne de section d'une ou plusieurs des zones de distillation à la cornue après la première diminue dans la direction du passage des particules du substrat à travers 35 les zones. La surface de section peut varier entre 0,75 et 40 m2.
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De préférence, la hauteur d'au moins une ou de plusieurs des zones suivantes de distillation à la cornue comme défini est plus grande que la hauteur d’une ou plusieurs des zones précédentes. Il est particulièrement 5 préféré que la hauteur de chaque zone suivante soit plus grande que la hauteur de la zone qui la précède immédiatement. La hauteur peut varier entre 1,5 et 15 mètres.
Les zones peuvent être disposées dans une configuration empilée ou côte à côte dans un seul récipient ou 10 dans une série de récipients.
Un avantage du mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l’invention est qu'il économise du gaz inerte de strippage tout en maintenant une fluidisation suffisante dans toutes les zones suivantes de distillation 15 à la cornue, ce qui rend ce procédé particulièrement attrayant d'un point de vue économique.
Il est souhaitable que les particules de substrat utilisées dans le procédé d'extraction selon l'invention aient été soumises à une étape de préchauffage séparée.
20 Cette étape de préchauffage comporte essentiellement un chauffage des particules de substrat à une température inférieure à celle à laquelle l'extraction est effectuée.
Le transfert de chaleur aux particules de substrat dans cette étape de préchauffage peut être effectué par une 25 méthode appropriée quelconque, mais de préférence le préchauffage est effectué selon la méthode décrite ci-après.
Les particules de substrat contenant des hydrocarbures peuvent être préchauffées en étant chauffées par un milieu solide porteur de chaleur par écoulement indirect à contre-30 courant, en utilisant une série de boucles de transfert de chaleur contenant un milieu de transfert de chaleur en circulation choisi de manière que la série entière permette une élévation échelonnée de la température des particules de substrat et un abaissement échelonné de la température 35 du milieu solide porteur de chaleur.
-8- N'importe quel milieu solide porteur de chaleur tel que du sable peut être utilisé dans la méthode de préchauffage décrite ci-dessus. D'une façon particulièrement préférable, toutefois, le substrat usé chaud tel qu'obtenu 5 dans le traitement ultérieur du substrat contenant des hydrocarbures pour le recueil de sa matière hydrocarbonée est utilisé comme milieu solide porteur de chaleur.
La méthode de préchauffage va être décrite plus en détail ci-après en utilisant ce substrat usé chaud comme 10 milieu porteur de chaleur.
Les particules de substrat et le substrat usé chaud sont de préférence maintenus chacun dans un état de lit sensiblement fluidisé. Comme dans le cas de certains substrats tels que le schiste des quantités importantes 15 d'eau peuvent être libérées dans le préchauffage, il est avantageux d'utiliser de la vapeur d'eau comme gaz flui-disant au moins quand la température du substrat est de 100°C ou au-dessus. Dans ce cas, il est souhaitable de recycler au moins une partie de la vapeur d'eau aux lits 20 fluidisés et, si nécessaire, de condenser et de récupérer le reste. Pour le substrat à des températures au-dessous de 10Û°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 25 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-30 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 35 d'échange de chaleur dans le substrat et le substrat usé -9- chaud, respectivement, l'utilisation de pompes pour faire circuler le fluide peut être évitée.
Les fluides particuliers de transfert de chaleur utilisés dans l'une quelconque des boucles dépendront de 5 la température opératoire particulière ou de l'intervalle de température de la boucle. Un fluide approprié pour des températures de 65 à 10Û°C environ est le inéthanol et pour des températures de 100 à 300°C on peut utiliser de l'eau sous pression. Pour des températures de plus de 10 300°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 porteur de chaleur et obtenu par combustion du substrat usé contenant du coke avec un gaz contenant de l'oxygène libre 15 dans une étape de combustion séparée a de préférence une température initiale de 700°C.
Dans un mode de mise en oeuvre de la méthode de préchauffage décrite, la température des particules de substrat est portée d'une manière échelonnée de la tempé-20 rature 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 sept boucles de transfert de chaleur, pour lesquelles les températures opératoires du fluide de transfert 25 de chaleur sont de 65°, 82°, 112°, 150°, 216°, 300° et 300°C, respectivement.
Un autre aspect de 1'invention concerne un appareil utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant au moins un récipient comportant une 30 série de compartiments reliés entre eux, une entrée pour les particules de substrat associée au premier compartiment de la série et une sortie pour les particules de substrat associée au compartiment final de la série, et chaque compartiment ayant une entrée pour l'introduction d'un milieu 35 porteur de chaleur dans le compartiment, des moyens pour -10- introduire un gaz inerte de strippage dans le compartiment et des moyens pour évacuer, le gaz de strippage usé et le produit du compartiment.
Dans un mode de réalisation préféré de l'appareil, ' 5 la surface moyenne de section d'au moins un ou de plusieurs des compartiments après le premier compartiment est plus petite que la surface moyenne de section d'un ou plusieurs des compartiments précédents.
De préférence, la surface moyenne de section de chaque 10 compartiment suivant est plus petite que celle du compartiment qui le précède immédiatement. Ainsi, la surface moyenne de section diminue dans la direction du passage des particules de substrat à travers l'appareil.
De préférence, l'appareil est construit en outre de 15 manière que la hauteur d'au moins un ou de plusieurs des compartiments après le premier compartiment soit plus grande que la hauteur d'un ou plusieurs des compartiments précédents. Cet arrangement permet de régler la durée de séjour des particules de substrat dans chaque zone, ce 20 qui est important pour assurer que le substrat contenant des hydrocarbures soit suffisamment distillé à la cornue dans chaque zone. Il est particulièrement préféré que la hauteur de chaque compartiment suivant soit plus grande que celle du compartiment qui le précède immédiatement.
25 Ainsi, la hauteur des compartiments augmente dans la direction du passage des particules de substrat à travers 1'appareil.
Si on utilise un certain nombre de récipients, l'économie du procédé est encore améliorée si on prévoit 30 au moins deux compartiments de distillation à la cornue dans un récipient.
Afin de vider le récipient pour inspection ou dans tout autre but, les compartiments respectifs de distillation à la cornue peuvent être pourvus d'un ou plusieurs 35 canaux d'écoulement du schiste.
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Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
La figure 1 est un schéma de principe pour l'extraction d'hydrocarbures de schiste bitumineux selon le 5 procédé de l'invention, comprenant trois parties : A. une zone de préchauffage ; B. une zone de distillation à la cornue ; C. une zone de combustion.
La figure 2 est une représentation plus détaillée 10 d'un mode de réalisation d'un appareil de distillation à la cornue pour le procédé.d'extraction selon l'invention.
La figure 3 est une représentation plus détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un appareil de distillation à la cornue pour le procédé, comprenant un récipient 15 ayant cinq compartiments de distillation à la cornue, la surface de section et la hauteur de chaque compartiment suivant étant plus petite et plus grande, respectivement, que celle du compartiment précédent.
La figure 4 est une représentation plus détaillée 20 d'un autre mode de réalisation d'un appareil de distillation à la cornue pour le procédé, comprenant cinq compartiments de distillation à la cornue disposés dans une série de trois récipients, le deuxième récipient et le troisième comprenant chacun deux compartiments de distillation à 25 la cornue.
La figure 5 est une représentation plus détaillée d'une autre zone de préchauffage A.
La figure 6 est une représentation schématique d'une boucle de transfert de chaleur pour la zone de préchauffage. 30 Comme représenté d'abord sur la figure 1, la zone de préchauffage A comprend un train 10 de préchauffage du schiste frais et un train 30 de refroidissement du schiste usé. Des particules de schiste sont introduites à la température ambiante par la canalisation 1 dans 35 le train 10 à schiste frais qui comprend cinq -12- compartiments 11, 12, 13, 14 et 15, qui sont séparés, mais reliés entre eux. Dans chaque compartiment, les particules de schiste sont maintenues dans un état de lit fluidisé par passage d'air par la canalisation d'alimentation 16.
5 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 10 du schiste usé chaud qui passe de la zone de combustion C
par la canalisation d'alimentation 22 au train 30 à schiste usé chaud. Le train à schiste usé chaud comprend aussi une série de cinq compartiments 23, 24, 25, 26, 27 dans chacun desquels le schiste usé est maintenu dans un état de lit 15 fluidisé par passage d'air provenant de la canalisation 16. La direction d'écoulement du schiste usé chaud à travers le train 30 se trouve à contre-courant par rapport à la direction d'écoulement du schiste frais à travers le train 10, donc le schiste frais est mis en contact indirect 20 de manière échelonnée avec du schiste de plus en plus chaud. Le schiste usé refroidi est évacué par la canalisation 2. La vapeur d'eau et toutes autres matières volatiles libérées durant le préchauffage sont évacuées par la canalisation 29.
25 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 30 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-35 sation 73. Le schiste préchauffé entre dans le compartiment & .
-13- 31 par l'entrée 74 et passe successivement aux autres compartiments par le système de chicanes ou déversoirs 52, 53, 54, 55. Dans chacun des compartiments, se trouve un distributeur 41, 42, 43, 44, 45, respectivement, pour 5 assurer une alimentation 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 10 lit fluidisé de particules de schiste. Les hydrocarbures libérés des particules de schiste, en même temps que la vapeur d'eau de chaque zone, sont passés par des cyclones 56, 57, 58, 59, 60, 61 à une canalisation d'évacuation du produit (non représentée). Du compartiment 35, les parti-15 cules de schiste passent sur un déversoir 63 à un purgeur à vapeur d'eau 64 pour séparation des dernières traces de produit et de là à la sortie 65.
La figure 3 représente un appareil de distillation à la cornue particulièrement préféré comprenant un récipient 20 qui comporte cinq compartiments ou zones 31, 32, 33, 34 et 35 , la surface de section de chaque compartiment suivant étant plus petite et la hauteur de chaque compartiment suivant étant plus grande que la surface et la hauteur du compartiment qui le précède. Sur la figure, les éléments 25 similaires ont été désignés par les mêmes références.
Le schiste préchauffé entre dans le compartiment 31 par l'entrée 74 et passe successivement aux compartiments suivants par un système de chicanes ou de déversoirs 52, 53, 54 et 55, comme décrit sur la figure 2. Les hydrocar-30 bures libérés des particules de schiste, en même temps que la vapeur d'eau de chaque compartiment, sont passés par des ; cyclones 56, 57, 58, 59, 60 et 61 à la canalisation 62 d'évacuation du produit. Du compartiment 35, les particules de schiste passent par une sortie 77 à un purgeur à vapeur 35 d'eau (non représenté) pour séparation des dernières traces de produit.
I .
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La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un appareil de distillation à la cornue comprenant cinq compartiments ou zones de distillation à la cornue disposés dans une série de trois récipients séparés ayant des 5 parties supérieures agrandies dans lesquelles on a placé les cyclones. Le deuxième récipient et le troisième ont été divisés chacun en deux compartiments par des déversoirs 53 et 55 respectivement. Sur la figure, les éléments similaires ont été désignés par les mêmes références.
10 L'appareil est construit d'une manière telle que le premier compartiment de distillation à la cornue, 31, a la plus grande surface moyenne de section et la plus petite hauteur tandis que le deuxième récipient comprend deux compartiments de distillation à la cornue, 32 et 33, ayant 15 des surfaces moyennes de section égales, ces compartiments de distillation à la cornue ayant tous deux une plus grande hauteur et une plus petite surface de section que le premier compartiment de distillation à la cornue, 31.
Le troisième récipient comprend aussi deux compar-20 timents de distillation à la cornue, 34 et 35, dont les hauteurs sont supérieures à celles des compartiments de distillation à la cornue 32-et 33 dans le deuxième récipient et dont les surfaces moyennes de section sont plus petites que celles des compartiments de distillation 25 à la cornue dans le deuxième récipient.
Les trois récipients sont reliés entre eux par des tubes 75 et 76.
Le schiste préchauffé entre dans le compartiment 31 par l'entrée 74 et passe au deuxième récipient dans le 30 compartiment 32 par le tube 75 et ensuite par le déversoir 53 dans le compartiment 33, d'où le schiste s'écoule au troisième récipient par le tube 76 dans le compartiment 34 et ensuite par le déversoir 55 dans le compartiment 35 et finalement par la sortie 77 dans un purgeur à la vapeur 35 d'eau (non représenté) pour séparation des dernières traces -15- de produit. Le gaz de strippage est introduit par les entrées représentées et distribué uniformément dans les compartiments de distillation à la cornue par les distributeurs. Les hydrocarbures libérés des particules de 5 schiste en même temps que le gaz de strippage sont passés par les cyclones à une canalisation 62 d'évacuation du produit.
Le schiste usé contenant du coke est ensuite brûlé dans la zone de combustion C. Comme représenté sur la 10 figure 1, les particules de schiste venant du purgeur 64 sont passées de bas en haut avec un courant d'air qui entre par la canalisation 72 à travers un brûleur à colonne ascendante 66 dans lequel le coke est partiellement brûlé et il passe ensuite à une chambre de combustion 67 15 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 20 courants. Un courant est soumis à un strippage par de la vapeur d'eau arrivant par la canalisation d'alimentation 71 et est passé par la canalisation 51 à la zone B de distillation à la cornue. L'autre courant est passé à travers un deuxième système de refroidissement 69 et 25 conduit par la canalisation 22 au train à schiste usé 30 de la zone de préchauffage A. Les gaz de combustion chauds sont utilisés d'une manière classique pour la production de vapeur d'eau par un faisceau à convection et pour préchauffer l'air pour la combustion.
30 En ce qui concerne le schéma de préchauffage de la figure 5, le train à schiste frais est constitué de six compartiments ou zones séparés en série, 110 à 115, et le train à schiste usé chaud est constitué de sept zones ou compartiments séparés en série, 116 à 122. Du schiste 35 frais est introduit dans les six compartiments en série au -16- 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 compartiment au moyen d'air introduit par la .
5 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 train à schiste frais. D'une manière similaire, l'air provenant des compartiments 118, 119, 120, 10 121 et 122 est passé à travers le cyclone 127 et est amené par la canalisation 128 comme gaz fluidisant pour le schiste dans le compartiment 112 du train à schiste frais. Le schiste dans le compartiment 110 est maintenu dans un état de lit fluidisé au moyen d'air frais introduit par 15 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 compartiments 113, 114 et 115 en même temps que l'eau libérée du schiste est passée au cyclone 138, 20 et un courant est recomprimé dans le compresseur 139 et ramené à la canalisation 130. L'autre courant est passé à un condenseur (non représenté). L'eau ainsi produite peut être utilisée à des fins de refroidissement.
Le transfert de chaleur du substrat usé chaud au 25 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 ; 30 136 et les compartiments 115 et 122 par la boucle 137.
Le compartiment 113 du train à schiste frais est relié à deux compartiments 119 et 120 du train à schiste usé chaud par les boucles 134 et 135, respectivement.
Le schiste usé refroidi est évacué par la canalisation 35 141.
-17-
La figure 6 représente un mode de fonctionnement possible d'une boucle de transfert de chaleur au moyen de l'effet de thermosiphon. Le compartiment 210 du train à schiste frais est situé à un niveau plus élevé que le 5 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 10 au compartiment 210 dans lequel elle est recondensée par transfert de chaleur au schiste frais.
Exemple 1
Le procédé tel que décrit avec référence à la figure 1 est mis en oeuvre de manière continue dans les conditions 15 mentionnées ci-dessous. Chaque zone de distillation à la cornue a la même surface de section et la même hauteur. Particules de schiste
Composition initiale : eau : 8,0 % en poids 20 matière organique :20,0 % en poids substances minérales :72,0 % en poids
Diamètre maximal : environ 2 nm A. Zone de préchauffage
Charge de schiste frais : 58 kg/s 25 Température initiale des
particules de schiste : 25°C
Température finale des
particules de schiste : 250°C
B. Zone de distillation à la cornue
30 Température du schiste usé chaud : 700°C
Débit d'introduction du schiste séché préchauffé : 53 kg/s
Vitesse d'écoulement de la vapeur d'eau : 0,5 m/s (au sonnet du lit 35 fluidisé) -18-
Zone Surface Hauteur Quantité Tempéra- Schiste usé N° de des w de vapeur ture, chaud section, zones d'eau °C ajouté, m2 m utilisée, kg/s 5 _ _ ._ kg/s ___ _ 31 5 3,4 0,40 450 50 32 5 3,4 0,25 480 22 33 5 3,4 0,59 480 2,5 - 34 5 3,4 0,74 480 1,1 10 35 5 3,4 0,82 480 0,5
Quantité totale de vapeur d'eau introduite : 2,8 kg/s (A) Quantité totale d'hydrocarbures recueillie : 7,5 kg/s (B) A/B = 0,40 kg de vapeur d'eau introduite/kg d'hydrocarbures recueillis, 15 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
20 Exemple 2
Qn répète le procédé de l'exemple 1, certaines au moins des zones ayant une surface de section plus petite que celle des zones précédentes. Les hauteurs des zones sont les mêmes. On injecte de nouveau de la vapeur d'eau de 25 manière à maintenir une vitesse d'écoulement dans le haut du lit fluidisé dans chaque zone de 0,5 m/s.
B. Zone de distillation à la cornue
Zone Surface Hauteur Quantité de Tempé- Schiste N° de des vapeur d'eau rature, usé chaud 30 section, zones, utilisée, °C ajouté, _ m2__m kg/s _ _ kg/s * 31 5 3,4 0,40 450 50 32 5 3,4 0,25 482 22 33 3 3,4 0,25 482 2,0 35 34 2 3,4 0,25 482 0,9 35 1,8 3,4 0,25 482 0,6 4 -19-
Quantité totale de vapeur d'eau introduite : 1,4 kg/s (A) Quantité totale d'hydrocarbures recueillie : 6,4 kg/ε (B) A/B = 0,22 kg de vapeur d'eau introduite/ kg d'hydrocarbures recueillis 5 Les résultats ci-dessus montrent que le rapport de la quantité de vapeur d'eau introduite à la quantité d'hydrocarbures recueillie est sensiblement plus petit que dans le procédé selon l'exemple 1, montrant clairement l'effet avantageux de l'utilisation de surfaces de section 10 différentes.
Exemple 3
On répète le procédé de 1'exemple 1, avec la différence que tant la surface de section que la hauteur d'au moins certaines des zones sont différentes de celles des 15 zones précédentes.
On injecte de nouveau de la vapeur d'eau de manière à maintenir une vitesse d'écoulement dans le haut du lit fluidisé dans chaque zone de 0,5 m/s.
B. Zone de distillation à la cornue 20 Zone Surface Hauteur Quantité de Tempé- Schiste N° de des vapeur d'eau rature, usé chaud section, zones, utilisée, °C ajouté, _ m2 m__kg/s_ _ kg/s 31 5 3,4 0,40 450 50 25 32 5 3,4 0,25 482 22 33 3 5,7 0,25 482 2,5 34 2 8,5 0,25 482 1,1 35 1,8 9,4 0,25 482 0,5
Quantité totale de vapeur d'eau introduite : 1,4 kg/s (A) 30 Quantité totale d'hydrocarbures recueillie : 7 kg/s (B) A/B = 0,20 kg de vapeur d'eau introduite/kg d'hydrocarbures recueillis.
Les résultats ci-dessus montrent que le rapport de la quantité de vapeur d'eau introduite à la quantité d'hydro-35 carbures recueillie est sensiblement plus petit que dans le procédé selon l'exemple 1. De plus, une hauteur de zone -20- * y accrue d'au moins certaines des zones a aussi un effet avantageux sur la quantité totale des hydrocarbures recueillis, comme on peut le voir en comparant les résultats de l'exemple 3 à ceux de l'exemple 2, 5 Exemple 4 L'étape de préchauffage décrite avec référence à la figure 5 est conduite de manière continue dans les conditions détaillées indiquées ci-dessous. Le schiste bitumineux frais introduit par la canalisation 109 est le même 10 qu'utilisé dans l'exemple 1, en ce qui concerne tant la composition que le diamètre des particules. Les particules de schiste bitumineux préchauffées quittent la zone de préchauffage par la canalisation 140 à une température d'environ 250°C. Du schiste usé chaud à une température 15 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 température abaissée à'environ 80°C.
20 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 : 25 alimentation en schiste : 58 kg/s
température initiale : 25°C
Compartiment, N° Température, °C
110 40 111 55 ; 30 112 85 113 105 114 150 115 250 -21- >·
Train à schiste usé chaud : alimentation en schiste : 42 kçj/s
température initiale : 700°C
Compartiment/ N° Température, °C
5 122 566 121 461 120 327 119 197 118 138 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 (20)

  1. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en •ce que:.lés zones sont'dans'une disposition générale horizontale.
  2. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le nombre de zones qu'on utilise est 20 tel qu'il fournisse de 2 à 10 étages théoriques pour le passage du mélange de particules du substrat et de milieu solide porteur de chaleur.
  3. 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface moyenne de section d'au 25 moins une ou de plusieurs des zones après la première est plus petite que la surface moyenne de section d'une ou plusieurs des zones précédentes.
  4. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque zone suivante a une surface moyenne de 30 section plus petite que celle de la zone la précédant immédiatement.
  5. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur d'au moins une ou de plusieurs des zones après la première est plus grande que -23- i , la hauteur d'une ou plusieurs des zones précédentes.
  6. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la hauteur de chaque zone suivante est plus grande que la hauteur de la zone la précédant immédiatement.
  7. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage est assez grande pour maintenir l'état de lit fluidisé.
  8. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en 10 ce que la vitesse d'écoulement du gaz inerte de strippage dans le lit fluidisé est comprise entre 0,1 et 2,0 m/s.
  9. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le gaz inerte de strippage est de la vapeur d'eau et/ou du gaz produit recyclé.
  10. 11. Procédé selon l'une des revendications là 10, caractérisé en ce que l'écoulement des particules de substrat d'une zone à la suivante est effectué au moyen d'une différence dans le niveau du lit fluidisé entre une ou plusieurs zones successives.
  11. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le milieu porteur de chaleur est du substrat usé chaud obtenu par combustion séparée du substrat usé contenant du coke.
  12. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en 25 ce que la combustion est effectuée avec le substrat usé dans un état de lit fluidisé. . 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les particules de substrat contenant des hydrocarbures sont soumises à une étape de préchauffage 30 séparée.
  13. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les particules de substrat ont un diamètre compris entre 0,5 et 5 mm. 4 * -24-
  14. 16. Appareil utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant au moins un récipient comportant une série de compartiments reliés entre eux, une entrée pour les particules de substrat 5 associée au premier compartiment de la série et une sortie pour les particules de substrat associée au compartiment final de la série, et chaque compartiment ayant une entrée . pour l'introduction d’un milieu porteur de chaleur dans le compartiment, des moyens pour introduire un gaz inerte 10 de strippage dans le compartiment et des moyens pour évacuer le gaz de strippage et le produit du compartiment.
  15. 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que la surface moyenne de section d'au moins un ou de plusieurs des compartiments après le premier compar- 15 timent est plus petite que la surface moyenne de section d'un ou plusieurs des compartiments précédents.
  16. 18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que la surface moyenne de section de chaque compartiment suivant est plus petite que celle du compartiment 20 le précédant immédiatement.
  17. 19. Appareil selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que la hauteur d'au moins un ou de plusieurs des compartiments après le premier compartiment est plus grande que la hauteur d'un ou plusieurs des 25 compartiments précédents.
  18. 20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que la hauteur de chaque compartiment suivant est plus grande que celle du compartiment le précédant immédiatement.
  19. 21. Appareil selon l'une des revendications 16 à 20, 30 caractérisé en ce que les compartiments sont de forme cylindrique.
  20. 22. Appareil selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'au moins deux compartiments ont été prévus dans un récipient.
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