Brevet FR2597112A1 — publié le 19871016

L'invention concerne un appareil et un procédé pour le traitement de charbon et de schiste afin d'en extraire des substances volatiles. Historiquement, les problèmes délimitant 5 l'utilisation économique d'une large diversité de charbons et de schistes ont été: (1) les propriétés de gonflement libre du charbon qui rendent le mouvement du processus presque impossible; (2) la présence de soufre sous diverses formes; et (3) la nécessité perçue d'utiliser des températures et des pressions élevées pour éliminer les constituants volatils de la charge d'alimentation. Les températures dépassent habituellement 1000 C et, dans certaines installations, les pressions s'élèvent à plus de 10 mPa. Dans la désulfuration du charbon, il a été suggéré d'utiliser le concept des lits fluidisés 20 dans lesquels un courant d'air à grande vitesse entraîne des particules de chaux et de charbon pendant la combustion (le soufre recherchant préférentiellement la chaux au lieu de se dégager sous forme de H2S ou de HOS). Les coûts d'énergie et d'entretien sont en général prohi25 bitifs. Dans la cokéfaction, o les substances volatiles sont éliminées par brdlage ou pyrolyse, des températures encore plus élevées sont rencontrées et une partie importante des fractions légère et moyenne est consommée dans le processus (de façon exothermique) ou transformée en goudron de charbon, un hydrocarbure complexe. Dans l'effort visant à extraire l'huile, le gaz et les "kérigans" du charbon, des lits fluidisés 35 utilisant des températures et des pressions élevées 15 20 25 30 ont été mis en oeuvre. Cependant, ces essais n'ont généralement pas donné satisfaction. Les modes à lits in situ et perméables se sont également avérés impossibles à mettre en oeuvre d'un point de vue technique et/ou économique. L'objet de la présente invention est d'éliminer ou d'atténuer notablement les inconvénients cidessus. L'invention concerne un appareil à utiliser dans le traitement d'une charge d'alimentation telle que du charbon ou du schiste, l'appareil comprenant un corps creux présentant un espace destiné à recevoir la charge d'alimentation et ayant une entrée permettant la distribution de la charge d'alimentation à l'intérieur du corps, et une sortie par laquelle la charge d'alimentation traitée sort de l'intérieur du corps, des moyens destinés à chauffer ledit espace, des moyens de transport destinés à faire circuler la charge d'alimentation à l'intérieur de l'espace, les moyens de transport distribuant la charge d'alimentation jusqu'à une position élevée à l'intérieur de l'espace, à partir de laquelle la charge d'alimentation tombe vers une position plus basse dans ledit espace. Il est avantageux que les moyens de transport comprennent un élément tronconique de conicité orientée vers le haut et comportent une rampe définissant une hélice dont le rayon décroît avec l'élément. Il est en outre avantageux que l'angle d'ascension de la rampe augmente lorsque le rayon diminue. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, les moyens de transport peuvent comprendre un élément cylindrique ayant une rampe s'étendant autour de l'axe de cet élément à un rayon constant. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en 5 perspective d'un appareil destiné à traiter une charge d'alimentation telle que du charbon ou du schiste; la figure 2 est une vue schématique en plan de l'appareil de la figure 1; la figure 3 est une élévation schématique 10 avec coupe partielle de l'appareil de la figure 1; la figure 4 est une élévation schématique d'une variante de l'appareil montré sur la figure 1; et la figure 5 est une vue schématique éclatée d'une partie de l'appareil de la figure 4. La figure 1 représente schématiquement un appareil 10 destiné à traiter une charge d'alimentation telle que du charbon ou du schiste. L'appareil 10 comprend un corps creux 11 définissant un espace 20 12 dans lequel la charge d'alimentation est distribuée. Le corps 11 présente à son extrémité supérieure une entrée 13 par laquelle la charge d'alimentation est distribuée dans l'espace 12. Le corps 11 comporte en outre une sortie 14 par laquelle la charge d'alimen25 tation traitée est distribuée à partir de l'intérieur de l'espace 12. Un moyen 15 de transport est monté à l'intérieur de l'espace 12 afin de faire circuler la charge d'alimentation à l'intérieur de cet espace 12. Le moyen de transport de cette forme particulière 30 de réalisation comprend un corps tronconique 16 monté de façon à pouvoir tourner et à être entraîné autour de l'axe vertical 17. Le corps 16 présente une surface périphérique tronconique sur laquelle est montée une rampe hélicoïdale 18 qui prend la charge d'alimenta35 tion et la fait circuler pendant la rotation de l'élé- ment 16. La rampe 18 peut être d'une largeur constante ou bien, en variante, sa largeur peut diminuer, si on le souhaite, afin d'accélérer le mouvement de la charge d'alimentation. Cependant, il est avantageux 5 que la rampe se "resserre" afin que, sous l'effet aussi des forces centrifuges appliquées à la charge d'alimentation, la matière soit amenée à quitter la rampe 18, ce qui accroît ainsi la vitesse de circulation de la charge d'alimentation. Dans l'utilisation de l'appareil 10 10, l'espace 12 contient avantageusement une quantité de charge d'alimentation couvrant l'extrémité inférieure de la rampe 18. Pendant la rotation de l'élément 16, l'extrémité menante 19 de la rampe 18 balaie la charge d'ali15 mentation à partir de l'extrémité inférieure de l'espace 12 et provoque son mouvement vertical et angulaire autour de l'axe 17. Le fond 11' du corps 11 est avantageusement chauffé par l'utilisation d'un combustible choisi. 20 De plus, un gaz chaud est mis en circulation dans l'espace 12 afin de chauffer la charge d'alimentation. Le gaz devrait avoir avantageusement une température de l'ordre de 343 C. Il est en outre avantageux que le gaz s'écoulant à travers l'espace 12 soit de sens 25 opposé à celui de la chute libre de la charge d'alimentation à partir du transporteur 15. La vitesse et donc le volume du gaz passant dans l'espasce 12 ne sont limités que par la nécessité de maintenir la vitesse du courant gazeux au-dessous de la force de chute libre 30 des particules afin d'éviter l'entraînement. De plus grands volumes de gaz pourraient être introduits tangentiellement; cependant, ceux-ci pourraient faire apparaître des caractéristiques indésirables d'abrasion mises en évidence dans d'autres systèmes à lit fluidisé. A titre d'exemple des proportions des volumes de la charge d'alimentation, du transporteur et de l'espace de chute libre, le volume défini par le corps 11 peut être constitué à 15 % de la charge d'ali5 mentation, à 10 % du transporteur et à 75 % de l'espace de chute libre. La forme préférée de réalisation de l'invention décrite ci-dessus, lorsqu'elle est utilisée en tant que cornue, pourrait être mise en oeuvre effica10 cement si l'effluent dévolatilisé sortant de la cornue était brûlé et utilisé pour entraîner une génératrice à des fins de production d'électricité. Les gaz de combustion seraient alors envoyés à la cornue, de préférence à proximité immédiate de son fond 11'. En 15 variante, l'effluent dévolatilisé pourrait être distribué à un séparateur de gaz afin que les hydrocarbures soient séparés du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. Le dioxyde et le monoxyde de carbone pourraient être distribués à un élément chauffant, puis 20 à l'extrémité inférieure de la cornue. Dans le fonctionnement de la forme de réalisation décrite ci-dessus, il est apparu que, du fait du mouvement de la charge d'alimentation, il ne se produit aucune adhérence ni aucun engorgement. Il est 25 en outre apparu que la forme préférée de réalisation décrite ci-dessus améliore l'extraction des substances volatiles telles que l'huile et le gaz du schiste et du charbon, tout en travaillant à des températures plus basses. L'extraction de substances volatiles, telles que de l'huile et du gaz, du schiste et du charbon est efficace lorsqu'on utilise la forme préférée de réalisation de l'invention, car les particules de la charge d'alimentation tombent librement à travers un 35 gaz, avec des températures croissant au fur et à mesure de la descente des particules. En outre, la transmission de chaleur est améliorée par l'écoulement à contre-courant du gaz par rapport aux particules. Tous les côtés et toutes les facettes des particules sont présentés à l'écoulement de gaz chauffé à contrecourant durant la chute libre et tournoyante des particules à travers l'espace 12. En raison du mouvement circulatoire de l'effluent, interrompu par la séparation des consti10 tuants, par la combustion ou par les deux, les pressions devant être générées à l'intérieur de la cornue sont plus basses et aucune combustion ou pyrolyse interne de la charge d'alimentation ou des effluents ne doit avoir lieu. Etant donné que la cornue est essentiellement une chambre hermétique et que son fonctionnement peut être décrit comme s'effectuant sans oxygène, ou de façon anaérobie, on empêche la pyrolyse et la combustion interne. Le fonctionnement anaérobie de la cornue 20 empêche également la production de grandes quantités de NO (pluies acides). x La figure 4 montre schématiquement un transporteur constituant une variante de celui illustré sur les figures 1 à 3. Le transporteur de la figure 25 4 comprend un élément 20 à vis hélicoïdale. L'élément comprend un arbre central 21 sur lequel est fixée une ailette hélicoïdale 22 formant plusieurs spires autour de l'arbre 21. Les bords 23 forment avantageusement un angle d'ascension 24 d'environ 10 , tandis 30 que la surface principale 25 des spires est inclinée vers le bas d'un angle 25 d'environ 3 à 5 . Ii va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil à utiliser dans le traitement d'une charge d'alimentation telle que du charbon ou du schiste, caractérisé en ce qu'il comporte un corps 5 creux (11) délimitant un espace (12) destiné à recevoir la charge d'alimentation et ayant une entrée (13) permettant la distribution de la charge d'alimentation à l'intérieur du corps, et une sortie (14) par laquelle la charge d'alimentation traitée s'écoule de l'inté10 rieur du corps, des moyens destinés à chauffer ledit espace, des moyens transporteurs (15) destinés à faire circuler la charge d'alimentation à l'intérieur de l'espace, lesdits moyens transporteurs amenant la charge d'alimentation jusqu'à une position élevée à l'inté15 rieur de l'espace d'o ladite charge d'alimentation tombe vers une position plus basse dans ledit espace. 2. Appareil selon la rvendication 1, caractérisé en ce que les moyens transporteurs comprennent un élément (16) pouvant tourner autour d'un axe globale20 ment vertical (17) et comportant une rampe (18) qui s'étend angulairement autour dudit axe et verticalement par rapport à lui afin de définir au moins une spire formant un angle d'ascension, et des moyens faisant tourner l'élément afin que, sous l'effet de sa rotation, 25 la charge d'alimentation s'élève le long de la rampe pour être mise en circulation. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément est de forme tronconique et présente une conicité orientée verticalement vers 30 le haut, la rampe formant plusieurs spires et l'angle d'ascension augmentant alors que le rayon de la rampe diminue. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'entrée 35 de gaz adjacents à une extrémité inférieure de l'espace et des moyens de sortie de gaz éloignés des moyens d'entrée de gaz afin de permettre à un gaz chauffé de circuler à travers ledit espace. 5. Appareil selon la revendication 4, carac5 térisé en ce que les moyens d'entrée et de sortie de gaz sont disposés de façon que le gaz chauffé les traversant suive une direction globale de mouvement opposée à celle de la charge d'alimentation en chute. 6. Appareil selon la revendication 1, carac10 térisé en ce qu'il comporte en outre des moyens chauffants destinés à chauffer au moins une partie du corps. 7. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément pouvant tourner comprend un arbre (21) auquel est fixé un élément hélicoïdal 15 (22) formant plusieurs spires. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les spires ont un angle d'ascension d'environ 10 et chaque spire présente une surface supérieure principale inclinée vers le bas par rapport 20 à l'arbre d'environ 3 à 5 . 9. Procédé pour traiter une charge d'alimentation telle que du charbon ou du schiste, caractérisé en ce qu'il consiste à établir un espace chauffé (12) à l'intérieur duquel la charge d'alimentation est trai25 tée, à distribuer la charge d'alimentation dans cet espace et à provoquer sa circulation à l'intérieur de ce dernier en déplaçant ladite charge d'alimentation d'une partie inférieure de l'espace vers une partie supérieure dudit espace, puis à relâcher la charge 30 d'alimentation afin qu'elle tombe à travers ledit espace. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à faire passer un gaz chauffé à travers ledit espace afin que ce gaz se déplace dans une direction globalement opposée à 35 celle de la charge d'alimentation en chute.