Brevet FR2288140A1 — publié le 19760514

L'invention a pour objet un procédé de traitement par pyrolyse de schistes bitumineux dans lequel on introduit les schistes à traiter dans une chambre de pyrolyse avec un matériau partîculairethermophore et on soutire par le bas les résidus solides et le matériau particulaire sensiblement refroi- di du fait de l'échange de chaleur. On a déjà proposé de distiller des schistes bitumineux en combinant cette distillation avec une combustion partielle des produits solides, liquides ou gazeux provenant de la distillation et éventuellement d'un craquage partiel. Cette combustion sert à élever la température des cendres, alors recyclées conne matériau particulaire thermophore introduit dans la chambre de pyrolyse à la température désirée. Dans certains procédés les échanges thermiques sont accélérés par fluidisation par de l'air, qui sert en mme temps à la combustion partielle des produits. Mais, dans la pratique, de tels procédés ne permettent pas une introduction des cendres à une température supérieure à 7000 C, si bien que le taux de craquage reste très faible. A cela, il semble y avoir deux raisons : l'une tenant au risque d'agglutination des cendres manutentionnées à plus de 700 C, du fait que les cendres de la plupart des schistes bitumi- neux se ramollissent à une température de l'ordre de O00C. itau- tre raison tient à ce que, pour récupérer la plus grande'partie de la chaleur sensible des produits soutirés, on est amené à recycler une masse de cendres telle que le débit massique de cendres est de plusieurs fois, jusqu'à huit ou dix fois, le débit massique du schiste à traiter ; encore ntobtient-on, malgré cela, qutune température maximale d'environ 6000C dans la chambre de pyrolyse0 D'où la nécessité d'installations de pyrolyse tres volumineuses0 I1 en résulte, dans la pratique, que les procédés connus, donnent, par pyrolyse entre 5000C et 6000 C, des produits consistant en une huile, connue sous le'nom d'huile de schiste, ayant à peu près la valeur d'un pétrole brut, un peu de gaz et un résidu de coke restant dans le schiste et difficilement utilisable.Il en résulte que ces procédés donnent relativement peu dthydrocarbures gazeux et que les hydrocarbures liquides obtenus ont une composition assez particulière, qui ne permet pas de les traiter dans une raffinerie classique, nécessitant alors la construction d'une raffinerie spéciale. Or la construction d'une raffinerie ntest rentable que si elle peut traiter une grande entité de matières premières, de l'ordre de plusieurs iMt/an, ce qui situe beaucoup trop haut le seuil de rentabilité de la pyrolyse des schistes bitumineux. Si on ajoute que la plupart des pays~européens ne disposent que de schistes bitumineux n'ayant que 50 à 70 litres d'huile extractible à la tonne, correspondant à 120 à 150 kg de matière organique pour les plus riches, on comprendra aisément que les procédes connus de distillation de schistes bitumineux ne soient pas rentables. Un premier but de l'invention est de proposer un procédé qui permette de procéder non seulement à une distillation, mais à un-véritable craquage des produits de la distillation, dans l'appareillage de pyrolyse lui-même, de façon à obtenir des produits propres exempts de fumées, dont la composition en oléfines, benzols, etc, soit tout à fait classique et pouvant par conséquent être traités par des procédés connus, lesdits produits ayant une valeur massique supérieure à celle des produits lourds et sales obtenus par les procédés connus. Un autre but encore est de combiner le traitement par pyrolyse avec une installation de production thermique, ce qui permet de combiner la combustion de schistes de faible rendement en huile avec la pyrolyse de schistes plus riches, ou encore de réaliser une installation industrielle en deux étepes, par anise en service de l'installatior therffique avsnt l'ins lallation de pyrolyse, la première étape étant déjà rentable en 01. Un autre but est de permettre, en combinaison avec le procédé, la destruction non polluante et non nocive de résidus carbonés, tels que déchets de matières plastiques et de caoutchoucs. Ces buts sont atteints, dans le procédé selon l'invention, par le fait que le matériau particulaire thermophore est constitué par des cendres non fondues provenant de la combustion en lit fluidisé de produits carbonés cendreux. Ces cendres sont utilisées à une température supérieure à 7000 C, et de préférence supérieure à 750 C. Bien èntendu, la température des cendres sera limitée supérieurement par leur température de ramollissement. Ces cendres peuvent être obtenues à partir de charbons à très haute teneur en cendres, mais il est préférable, selon l'invention, quelles soient obtenues par combustion par fluidisation de schistes bitumineux. Il est avantageux que les schistes bitumineux à carboniser soient introduits à la partie supérIeure de la chambre de pyrolyse à une température de l'ordre de 3000 C. La quantit de cendres introduite dans la chambre de pyrolyse sera avantageusement de une à deux parties en poids de cendres pour une partie de schistes à carboniser. On voit que l'invention permet d'atteindre les buts quelle se propose. On remarquera notamment que le procédé permet, malgré le ramollissement vers aooeo des cendres de schistes bitumineux, d'obtenir une température-élevée de ces cendres, température nécessaire à un bon craquage des produits de la distillation, sans risque d'agglomération ni d'obstruction des tuyauteries. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui sera donnée ci-après, d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention. On se reportera, à cet effet, à la figure unique annexée qui représente le schéma d'une installation utilisant le procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention utilise une chambre de pyrolyse 1 comportant un lit 11 alimenté à la partie supérieure 12 de la chambre avec des cendres chaudes dont la température est supérieure à 7000C, et, de préférence de l'ordre de 7500C. La production de cendres portées à une telle température pose'des problèmes délicats, ainsi qu'il a été dit, du fait que les cendres de la plupart des schistes bitumineux se ramollissent à une température de l'ordre de 8000C, Elles sont alors susceptibles de s'agglomérer et d'obstruerles tuyauter es. Comme on veut obtenir des cendres dont la température soit la plus élevée possible, il est nécessaire de réaliser une te p0rature très uniforme, ce qui ne peut être obtenu par les techniques de combustion habituelles. La production de cendres chaudes à une température très uniforme très élevée est obtenue,dans le procédé, par combustion de schistes bitumineux broyés, dans un lit fluidisé 21. On utilise da préférence des schistes bitumineux broyés à une granulométrle de 2 à 3 mm.La chaleur produite par la combustion des schistes est par ailleurs utilisée, par exemple pour la production dtélec tricité. h cet effet le lit fluidisé de combustion 21 est réalisé dans une chaudière 2 à fluidisation, alimentez en air de combustion et de fluidisation 27 et cnauffant un circuit 22 de produc tion de vapeur, dans laquelle on amène le schiste à brûler par un alimentateur 23 et de laquelle on évacue les fumées par une cheminée 24 à travers des cyclones de dépoussiérage 25. La température des cendres produites dans le lit fluidisé 21 peut varier légèrement suivant la nature de la matière première traitée. On règlera la combustion dans le lit fluidisé 21, de manière connue en soi, pour obtenir des cendres qui soient les plus chaudes possible, compte tenu de leur température de ramollissement à ne pas atteindre. Les cendres ainsi obtenues sont introduites par une conduite 26 à la partie supérieure 12 du lit il de la chambre de pyrolyse 1. Les schistes à traiter, préchauffés à une température de l'ordre de 300 C, sont également introduits vers la partie supérieure 13 du lit 11. Ils sont de préférence broyés à une granulométrie inférieure à 30 mm. La proportion de cendres chau des utilisées peut varier de une à deux parties en poids pour une partie de schistes à traiter.Cette proportion est réglée de manière à obtenir la fluidisation par l'effet des produits gazeux de la pyrolyse et que la température des gaz sortant de la chambre de pyrolyse soit d'au moins 7000 C. La température de la chambre de pyrolyse décroît d'environ 7000C à la partie supérieure à environ 5000C à la partie inférieure, du fait du cheminement du produit solide en cours de pyrolyse. Le mélange de schistes traités et de cendres 15 est extrait à la partie inférieure de le chambre de pyrolyse 1 au rnoyer; d'un extracteur étanche aux gaz 16 d'un type connu en soi. -5elnn un mode de réalisation préférée du procédé on injecte de l'eau 14 dans cette zone. Le r81e de l'eau est de refroidir par tiellement les produits sortant de la chambre en se vaporisant, d'assurer l'étanchéité de l'appareillage dans la zone de sortie, puis de provoquer, au moins pour une part, la fluidisation des cendres, et enfin, dans la partie supérieure de la chambre, d'améliorer le rendement en oléfines de la pyrolyse des hydrocarbures du schiste. La fluidisation des cendres est donc provoquée essentiellement par les gaz de pyrolyse formés et accessoirement par la vapeur d'eau éventuellement introduite. On remarquera que le procédé exclut l'air du processus de pyrolyse, ce qui permet d'obtenir des effluents propres tout à faitanalogues à ceux qui résulteraient d'un craquage à la vapeur classique. Â la partie supérieure de la chambre de pyrolyse 1, on recueille à travers un cyclone 17 et par une conduite 18 le mélange d'hydrocarbures provenant du traitement des schistes/ Ces hydrocarbures contiennent en général de 20 à 30 %0 d'oléfines légères, de 15 à 20 % d'aromatiques C6-Cg , et se traitent comme des effluents de vapocraquage de charges lourdes selon des procédés connus. Les produits à 700oC sont ainsi trempés à 5000C et séparés selon des techniques connues, mettant en oeuvre une chaudière de récupération 31, une trempe à l'huile 32 à 2000 C, avec récupération d'huile lourde en 33 par un circuit avec pompe 34 et échangeur 35. Les produits gazeux à 2000C sont ensuite envoyés sur des colonnes à distiller 41, 43, d'où on récupère de l'huile 42, de l'essence 45 et des incondensables 44. L'installation conforme au procédé selon l'invention sera mise en oeuvre de la façon suivante pour des schistes d'une teneur en huile moyenne de 7 ss et de taux d'humidité moyen de 10 %. On utilisera pour la combustion les partles les plus pauvres du gisement à 5,5 ou 6 % d'huile, correspondant à un pouvoir calorifique de 130C th/kg. On réservera pour la carbonisation les parties les plus riches à 8 % d'huile, d'où on pourra extraire en outre 4 % de gaz et 8 ffi de coke. Les cendres à 75goy véhiculent 200 th/kg. La combustion de 2000 t/h de schistes produira îsoe t/h de cendres.Avec un bon préchauffage du schiste à carboniser à 25O0C et peu de pertes thermiques, et en prenant un rapport de 1,2 à 1 entre cendres et schistes (au lieu d'un rapport théorique de 1/1- pour 50O'C), on pourra carboniser 1500 t/h de schistes et obtenir 180 t/hd'effluents gazeux. Avec un rapport moins favo rable de 2/1 on pourra carboniser 900 t/h donnant 107 t/h d'ef fluentes gazeux. kawis des installations de plus faibles capacités sont parfaitement réalisables, ce qui permet dans tous les cas d'obtenir un très bon seuil de rentabilité, ce qui n'était pas possible avec les procédés connus, pratiquement liés à l'existence d'une raffinerie, ctest-à-dire/des capacités de plusieurs lflt/an. Selon une variante du procédé selon l'invention, on introduit en outre dans la partie supérieure de la chambre de pyrolyse des résidus de matières plastiques et/ou de caoutchoucs. Ces résidus sont décomposés et craqués en hydrocarbures légers qui sont recueillis avec les produits provenant des schistes bit un neux. Aux températures élevées réalisées dans la chambre de pyrolyse, l'acide chlorhydrique provenant éventuellement de la décomposition des résidus de matières plastiques est en majeure partie fixé par les matières minérales présentes. Le procédé constitue donc en particulier une méthode particulièrement intéressante pour la décomposition des résidus pouvant contenir du polychlorure de vinyle. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement par pyrolyse de schistes bitumineux dans lequel on introduit à la partie supérieure d'une chambre de pyrolyse les schistes à traiter et un matériau particulaire thermophore et on soutire par gravité par le bas les résidus solides et le matériau particulaire sensiblement refroidi du fait de l'échange de chaleur, caractérisé en ce que le matériau particulaire thermophore est constitué par des cendres non fondues provenant de la combustion par fluidisation de produits carbonés cendreux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cendres sont introduites dans la chambre de pyrolyse à une température superieure à 7000 C. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cendres sont introduites dans la chambre de pyrolyse à une température supérieure à 7500C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on produit les cendres5 à introduire chaudes dans la chambre de pyrolyse, par combustion en lit fluidisé de schistes bitumineux. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les schistes bitumineux à carboniser sont introduits à la partie supérieure de la chambre de pyrolyse à une température de tordre de 250 à 3000 C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les schistes bitumineux à carboniser introduits à la partie supérieure de la chambre de pyrolyse ont une granulométrie inférieure à 30 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les cendres thermophores proviennent de la combustion de produits carbonés cendreux de granulométrie inférieure à 3 mm. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on introduit dans la chambre de pyrolyse une à deux parties en poids de cendres pour une partie de schistes à carboniser et on règle le rapport de façon à obtenir un régime de fluidisation du matériau particulaire thermophore dans le lit de matériau, par l'effet du dégagement des produits gazeux de la pyrolyse. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on injecte de liteau dans la partie inférieure de la chambre de pyrolyse. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu t on règle le débit d'eau à une valeur telle que la vapeur d'eau contribue, au moins en appoint avec les produits gazeux de la pyrolyse, à maintenir un régime de fluidisation dans le lit de matériau. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on introduit dans la chambre de pyrolyse des résidus à détruire de matières combustibles, telles que matières plastiques et caoutchoucs.