Brevet FR2185670A1 — publié le 19740104

La présente invention utilise comme matière première les matières naturelles ou résidus, actuellement sans valeur industrielle, contenant des éléments combustibles et des parties minérales qui peuvent entrer dans la composition d'un produit minéral de synthèse par voie thermique. A cet effet, elle propose un schéma industriel permettant noton- sent t - ltextraction et la récupération, sous forme utilisable, du tout ou partie des combustibles contenus dans la matière première. 2 - dans les opérations suivantes de la fabrication proprement dite du produit ainéral de synthèse 2 - la récupération totale de la chaleur sensible de la matière obtenue après l'opération d'extraction mentionnée ci-dessus. - la combustion complète des matieres combustibles non extraites dans l'opération d'extraction mentionnée. L'ensemble de ces opérations concoure à l'optimisation du bilan thermique global. Si l'on considère certaines techniques que peut toucher l'invention, on note que, dans ltextraction des hydrocarbures de matières naturelles, les procédés utilisés font généralement appel à des agents calorifiques ei- térieurs tels que la vapeur, l'eau chaude, les billes de porcelaine, etc.4. Dans tous les cas, même lorque des agents extérieurs ne sont pas utilisés et notamment dans les procédés d'extraction par combustion partielle des hydrocarbures contenus dans les matières naturelles, on perd la totalité ou une grande partie de la chaleur sensible des résidus et l'on débouche sur des rendements d'extraction relativement bas. le plus, les résidus résultant des traitements ne sont pas totalement épuisés et, non valorisés, ils exigent encore des traitements supplémentaires onéreux comme le refroidissement et la manutention vers des zones de décharge que les contraintes anti-pollution rendent et rendront toujours plus coûteuse. fl existe bien quelques cas où des résidus de traitement -se trouvent valorisés comme dans certains procédés de fabrication de clinkers alors il n'y a pas d'extraction d'hydrocarbures mais simplement combustion dans des zones très en amont sur le cheminement de la matière, et cette combustion est ou incomplète, entrainant des pertes par imbrûlées ou trop tardive, entrainant des-pertes de chaleur sensible à la cheminée. enfin compte tenu de l'endroit où dans ce cas, sont introduites ces matières naturelles bitumineuses, il est exclu qu'on puisse constituer une capaoité de mélange stoechiométrique avant l'introduction dans le four de cuisson, ce qui interdit tout contrôle de la constitution et de lthomo- généité du mélange, ainsi que de sa correction éventuelle. Ensemble de conditions absolument nécessaire à l'obtention d'un produit de qualité suivie. Le procédé industriel suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients et apporte, par contre, certains avantages. A titre illustratif, dans le cas de la préparation des charges à mettre en oeuvre dans l'industrie des clinkers, il propose comme matière première - des schistes bitumineux (A) contenant des éléments combustibles volatils (cv) et non volatils (CF), ainsi qu'une partie minérale essentiellement constituée de calcaire, de silice et d'alumine - du calcaire (B) dont nt l'appoint dépend du rapport SiO2 0 120 CaO du schiste (A) pour assurer la stoechiométrie du mélange nécessaire à la fabrication du clinker. Ces matières sont séchées et broyées à une granulométrie voisinant 100 / dans deux circuits séparés - la matière (B) dans le courant d'une partie des gaz brûlés du four de cuisson. - la matière (A), après y avoir ajouté de la matière chaude recyclée, dans un courant de gaz hydrocarbures selon le procédé original déve loppé dans le paragraphe suivant et illustré sur les schémas joints. Ces matières pulvérulentes séchées sont stockées et homogénéisées. Elles sont alors reprises en continu dans les proportions voulues pour assurer le mélange souhaité. Après homogénéisation, ce mélange est repris en continu et envoyé au réacteur d'extraction des éléments combustibles volatils (CV). La chaleur nécessaire à cette opération est apportée par la ma tière chaude recyclée à la sortie des échangeurs à suspension. Les combustibles volatils (CV) sont emportés par le courant de gaz (exempt d'oiygène) qui est également utilisé pour le transport de la matière et la fluidisation en lit dense dans le réacteur d'extraction. On condense ensuite une partie des gaz hydrocarbures, pour les récupérer sous forme liquide et les utiliser à ltendroit le mieux adapté du circuit de fabrication. La matière restante qui contient les éléments minéraux dans les proportions stoechiométriques et des éléments combustibles non volatils (CF), est reprise directement sans perdre de sa chaleur sensible dans les échangeurs à suspension à la sortie desquels une partie charge le four de cuisson et l'autre partie est recyclée pour être utilisée comme véhicule calorifique dans les diverses opérations développées ci-dessus. On notera que le pouvoir calorifique des éléments combustibles contenus au départ dans la matière première (A) est intégralement récupéré dans l'ensemble de l'opération, en particulier les éléments combustibles non volatils (CFX qui sont brûlés dans le four de cuisson. Le procédé proposé permet donc - l'utilisation totale des éléments combustibles contenus dans les schistes bitumineux mis en oeuvre. - la valorisation de leurs parties minérales (I) sans perte de leur chaleur sensible après extraction des parties volatiles (CV). - la préparation d'une charge du four de cuisson du clinker parfaitement homogène dont les proportions stoechiométricues des constituants sont parfaitement observées pour avoir pu être contrôlées suffisamment en amont et réajustées si nécessaire. - ltextraction des éléments combustibles distillables et leur récupéra tion sous forme liquide les rendant disponibles à toute utilisation. Cet ensemble d'avantages assure à ce procédé de fabrication : - un bilan calorifique optimum, - une minimisation des coûts de fabrication, - une optimisation du suivi de la qualité de fabrication. Le dispositif permettant la mise en application du procédé, objet de l'invention, est présenté schématiquement sur les plans 1 et 2 ci-joints qui figurent des exemples de schémas de préparation de charge à mestre en oeuvre dans l'industrie des clinkers. n comporte des appareils et des circuits fonctionnant comme présenté dans la description ci-après. Le broyeur (D1) de matière minérale (B) d'appoint fonctionne dans un courant de gaz brûlés chauds prélevés à la sortie des échangeurs à suspension (EY). Ce courant de gaz brûlés entraine les matières (B) broyées à moins de 100 A, , soit vers des capacités de réserves et d'homo- généisation d'où on pourra les reprendre et les réintroduire dans un circuit de préparation de la charge de fabrication, soit directement, dans le cas du schéma 2, vers le cyclone-trémie (rl) qui charge les échangeurs à suspension de la série (EY). Le concasseur (D2) ramène à une granulométrie inférieure à 10 mm la matière naturelle (A) dont on le charge. Ainsi concassé, le schiste est entraidé dansune trémie (El) qui reçoit en même temps et en continu de la matière pulvérulente prélevée à la sortie des échangeurs à suspension (eu). Ce mélange dégage dans la trémie (El) des gaz combustibles, de la vapeur d'eau que l'on oriente directement vers les brûleurs du four (F). Parallèle ment il charge le broyeur (D3) qui fonctionne dans un courant de gaz hydrocarbures chauds exempt d'oxygène qui entrasse la matière pulvérulente obtenue de granulosétrie inférieure à 100 A, soit vers la capacité de réserve et d'homogénéisation(H2), soit dans le cas du schéma 2, directement vers le réacteur d'extraction (R) des éléments combustibles volatils4 On remarquera que la capacité(Hi comporte un dégagement d'hydrocarbures volatils que l'on réintroduit dans le circuit des gaz-hydrocarbures à l'amont du ventilateur (V1). Les matières peuvent être reprises quand on le désire dans les capacités d'homogénéisation(H2) et (Ifl) et réintroduites dans les circuits de préparation des charges de production. Dans le cas du schéma 1, ces matières passent par des pesages (P1) et (P2) et sont homogénéisées dans une capacité réserve de mélange stoechiométrique d'où elles sont reprises-pneusa- tiquement pour être envoyées au réacteur d'extraction des éléments volatils. Le circuit des gaz hydrocarbures qui se confond sur une partie de son tracé avec la zone d'extraction des hydrocarbures et sur une autre avec la zone de récupération des hydrocarbures liquides dont la température de condensation est supérieure à 1200 C, emprunte le chemin suivant : Balayant le réacteur (D3)-de la zone 1, le gaz entraine la matière pulvérulente (A), directement ou en passant par les capacités d'homogénéisa- tion, vers le réacteur à lit fluidité (R) d'extraction des éléments volatils (CV). Sur ce circuit, il reçoit en continu avant d'arriver au réacteur (R) une charge de matières chaudes pulvérulentes prélevées à la sortie des échangeurs à suspension (EY).La capacité du réacteur (R) est telle que le temps de séjour de la matière y soit suffisant pour permettre l'extraction de la totalité des éléments volatils combustibles (CV). La matière minérale épuisée de ses éléments volatils (I) passe par débordement du lit fluidisé de (X) dans la trémie (T4) puis rejoint à un endroit cohérent avec sa propre température la cascade des échangeurs à suspension (su). Les gaz hydrocarbures, après dépoussiérage (Y4), sont refroidis dans un premier stade à 2500 C au moyen d'un générateur de vapeur (E3) puis passent dans un séparateur (Y5) qui récupère les hydrocarbures lourds condensés à 2500 C, qui "strippés" à la vapeur sont dirigés vers les stockages (S). Un second stade de refroidissement à 1200 C par le truchement de ltéco- nomiseur (E4) permet la séparation des parties condensées dans le séparateur (y6) où l'on récupère la Coupe 120/250 que l'on dirige vers les stockages (S). La coupe "120 moins" gazeuse est reprise par ventilateur (V1) et séparée des partie. condensées dans le séparateur (Y7). Les gaz non condensés sont ensuite surohauff8s dans l'échangeur gaz/gaz (E2) dans lequel le fluide chaud est le gaz brûlé prélevé à l'amont des échangeurs (EY). A la sortie de (E2) le courant des gaz hydrocarbures est chaud et sec et prêt à être utilisé comme décrit plus haut pour le balayage du broyeur (D3), la reprise des matières, le renvoi vers le réacteur d'extraction (R) des combustibles volatils. Le circuit est alimenté en gaz d'une manière permanente par la coupe "120 moins" des hydrocarbures extraits.Le surplus de ces gaz s'évacue par le truchement d'une vanne de régulation de pression du circuit placé immédiatement en aval du séparateur (Y7) et reliant ce circuit au circuit d'alimentation des brûleurs du four (F). L'ensemble des techniques utilisées pour la réalisation des dispositifs permettant la mise en application du procédé industriel, objet de l'invention, sont, prises séparément, d'un type classique et déjà éprouvé dans l'industrie. Pour mémoire : - le bloc concassage/broyage avec balayage et transport pneumatique, - l'ensemble capacité de réserve et d'homogénéisation avec pesage et reprise pneumatique des matières, - le bloc four et son échangeur à suspension qu'll soit suivant IIumboldt ou Schmidt, - les échangeurs gaz/gaz, hydrocarburesleau ou vapeur d'eau, les venti lateurs surpresseurs travaillant dans des fourchettes de température 10Q/2000 C, la récupération de la chaleur sensible des gaz de fumée (E5) et le dépoussiérage eleotrostatique (X) font appel de leur côté à des technologies parfaitement éprouvées, - les autres équipements utilisés sont des réservoirs ou ballons du type cyclone, séparateur liquidelgaz, réacteur de fluidisation, réser voirs de stockage hydrocarbures dont l'exploitation et le~fonctionne- ment ne posent aucun problème particulièrement nouveau. La réalisation du dispositif, pour l'application du procédé objet de l'invention dans la préparation des charges à mettre en oeuvre dans l'industrie des clinkers notamment, se résume donc à l'adjonction ordonnée d'installations de type existant, d'équipements simples faisant appel à des teciuliques et à des technologies connues et éprouvées. Le procédé, objet de l'invention, permet de reculer la limite de rentabilité des matières naturelles con-tenant des hydrocarbures par valorisation des résidus d'extraction dans des industries intégrées. Si la matière naturelle est riche en silice, on pourra l'utiliser pour la fabrication des charges à mettre en oeuvre dans l'industrie du verre. Si la matière naturelle est, par contre, riche en chaux, elle pourra être mise en oeuvre dans l'industrie intégrée à l'extraction des hydrocarbures pour la fabrication des charges à mettre en oeuvre dans l'industrie des clinkers. Ces deux propositions sont sans préjudice des possibilités d'utiliser ce procédé pour la seule extraction des hydrocarbures des schistes ou sables bitumineux pour des gisements plus riches. RE VEN 1)1 C A T IONS 1.- Procédd permettant la récupération d'hydrocarbures de matières natu relles ou de résidus, et la fabrication d'un produit minéral de syn thèse avec la partie non combustible, caractérisé en ce qu'il valorise la totalité de la matière combustible et de la partie minérale non combustible sans perte de sa chaleur sensible. 2.- Procédé permettant le séchage et le broyage des matières naturelles contenant du combustible, caractérisé en ce que on utilise comme agent calorifique de la matière naturelle épuisée de ses éléments combusti bles volatils, et comme agent calorifique complémentaire et véhicule de fluidisation de la matière naturelle en cours de broyage, les parties les plus légères des hydrocarbures précédemment extraits, surchauffés et recyclés. 3.- Procédé permettant l'extraction et la séparation des hydrocarbures volatils contenus dang des matières naturelles, caractérisé en ce que on utilise comte agent calorifique une partie de la matière naturelle épuisée de ses éléments volatils, et comme agent de fluidisation et véhicule, des gaz hydrocarbures précédemment extraits et recyclés. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est uti li86 pour la fabrication du olinker à partir de calcaires et schistes bitumineux. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilise pour la fabrication du verre à partir de sables et schistes bitumineux