Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
1
Extraction à sec d'huiles minérales.
La présente invention concerne à titre principal une installation
d'extraction à sec d'huiles minérales contenues dans une matière minérale
par exemple du type sables et schistes. L'invention concerne par ailleurs un
procédé d'extraction de telles huiles lorsqu'elles sont agglomérées à ces
matériaux.
Cette problématique n'étant pas nouvelle, des technologies d'extraction
existent et sont depuis longtemps en exploitation. Elles présentent
cependant un certain nombre d'inconvénients qui deviennent de plus en plus
pénalisants à mesure que la prise de conscience de la nécessité de
préserver l'environnement se fait jour. Ainsi, les technologies existantes
nécessitent une consommation très importante d'énergie notamment
destinée à produire la vapeur d'eau nécessaire aux différents procédés
utilisés, la production d'énergie ayant un impact direct sur l'émission de gaz
à
effet de serre. Par ailleurs, ces procédés consomment dans la plupart des
cas des quantités importantes d'eau, ce qui pose le double problème de la
raréfaction de l'eau disponible et des rejets. Or, de nos jours, l'eau n'est
plus
considérée comme abondante et à portée de tous, mais elle devient
précieuse.
Les technologies utilisées actuellement conduisent de plus à des rejets
importants de résidus, aujourd'hui souvent déversés et stockés dans des
lagunes. Des sites entiers se trouvent par conséquent souillés. Enfin, sur un
plan strictement technique, les procédés utilisés n'aboutissent dans nombre
de cas qu'à une extraction incomplète des huiles, ce qui diminue
sensiblement le rendement d'exploitation des installations existantes et par
conséquent leur intérêt économique.
Il résulte globalement de ces facteurs un coût d'extraction élevé, encore
aggravé par l'impact lourd sur l'environnement. Les techniques actuelles
s'avèrent de plus inadaptées aux enjeux cruciaux que pose l'évolution du
monde, résultant notamment de l'épuisement prévisible des ressources en
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
2
eau, de la maîtrise de l'émission des gaz à effet de serre, et de la présence
de sites présentant une pollution sévère des sols.
Le but de la présente invention est donc, outre une augmentation du
rendement des technologies actuelles, de diminuer significativement les
nuisances générées par leur exploitation. L'invention doit de fait permettre
d'améliorer l'exploitation des gisements de sables et schistes bitumeux en
diminuant leur impact sur les écosystèmes, de telle sorte que le milieu
naturel dans lequel cette exploitation s'effectue ne soit pas dégradé. Il est
d'ailleurs à noter que l'augmentation du rendement, permettant d'extraire une
quantité bien plus importante d'huiles minérales contenues dans la matière,
aboutit corollairement à diminuer sensiblement le rejet de matières polluées
dans la nature.
Pour remplir ces objectifs, et d'autres qui apparaîtront à la lecture de
cette description, l'installation d'extraction à sec d'huiles minérales
contenues
dans une matière minérale de l'invention comporte de manière classique :
- une unité de concassage-broyage transformant la matière
minérale pour obtenir un sable ou un granulat,
- un malaxeur-mélangeur en discontinu ou en continu pour
mélanger et obtenir un contact intime entre le sable et un agent
sorbant réversible introduit dans le malaxeur-mélangeur grâce à
un système doseur.
Elle se caractérise à titre principal en ce qu'elle comporte de plus une
enceinte de soufflage d'un fluide gazeux apte à séparer la matière minérale
de l'agent sorbant réversible.
Le premier constat qui s'impose est le suivant : au contraire de la plupart
des technologies existantes, basées sur une utilisation massive d'eau,
l'installation d'extraction de l'invention fonctionne par soufflage par
exemple
d'air, ce qui permet de plus de simplifier considérablement l'ensemble de
l'installation.
Selon une possibilité, l'enceinte de soufflage est disposée à un niveau
inférieur à celui du malaxeur-mélangeur et alimentée par gravité à partir de
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
3
ce dernier. En termes de maîtrise des énergies, l'utilisation de la gravité
permet de faire l'économie de moyens moteurs d'entraînement du flux de
particules vers l'unité de soufflage.
De préférence, le malaxeur-mélangeur et l'enceinte de soufflage sont
reliés par un conduit de distribution répartissant la matière minérale et le
sorbant selon un flux de type laminaire sur une surface inclinée soumise au
soufflage de fluide.
En d'autres termes, les sables, particules, granulats à traiter sont
acheminés sur la surface de soufflage sous forme d'un flux ou d'un
écoulement d'allure surfacique, c'est-à-dire de faible épaisseur et de plus
grande largeur.
Plus précisément, ladite surface inclinée est constituée d'une grille
perforée dont une face supporte l'écoulement laminaire des particules de
matière minérale et de l'agent sorbant, et l'autre face est soumise à un flux
gazeux orienté sensiblement perpendiculairement à la grille. L'orientation
relative de la grille et du flux de fluide de soufflage vise à optimiser le
rendement du procédé, c'est-à-dire à réduire autant que possible la
consommation d'énergie pour une séparation optimale des particules de
matière à traiter d'une part, et de sorbant d'autre part.
Dans la présente description, les termes "agent sorbant réversible", par
ailleurs connus, doivent être compris comme définissant un produit
permettant de fixer les huiles minérales par effet de surface, et de les
libérer
par désorption mécanique. L'agent sorbant réversible peut alors être réutilisé
pendant un nombre de cycles d'extraction déterminé. A titre d'exemple, il
peut s'agir d'une matière plastique alvéolaire de type polypropylène,
polyéthylène ou polystyrène expansé, broyé et traité sous forme de granulats
adaptés aux besoins du procédé d'extraction.
Quant aux huiles minérales contenues dans les sables bitumeux, il s'agit
d'hydrocarbures, qui peuvent le cas échéant être particulièrement denses,
d'où des mesures particulières qui seront décrites dans la suite pour rendre
leur extraction possible dans les meilleures conditions.
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
4
Le fond de l'enceinte de soufflage, du côté de l'écoulement, est muni de
deux conduits d'évacuation dits primaires, localisés en fonction de la
puissance de soufflage de sorte qu'ils recueillent par gravité respectivement
les particules de matière minérale et d'agent sorbant.
De préférence, le conduit d'évacuation primaire de la matière minérale
est disposée au bas de la grille d'écoulement, et le conduit d'évacuation
primaire de l'agent sorbant est disposé à l'extrémité inférieure d'une paroi
faisant face à ladite grille, la puissance du soufflage étant prévue pour
souffler uniquement l'agent sorbant en direction de ladite paroi. Bien que le
rendement de la séparation par soufflage soit très élevé, il peut être
nécessaire, dans certains cas, de l'affiner avant d'évacuer et de réintroduire
les sables ou granulats débarrassés de leurs hydrocarbures dans leur milieu
naturel.
Dans cette hypothèse, le conduit d'évacuation primaire de la matière
minérale débouche sur un tapis à tamis vibrant surmontant une capacité de
récupération de ladite matière minérale déshuilée, ledit tapis laissant passer
cette dernière et filtrant et entraînant vers un conduit d'évacuation
secondaire
un éventuel reliquat d'agent sorbant.
Selon une possibilité, ledit tapis peut être muni de moyens de soufflage
additionnels.
Par ailleurs, le conduit d'évacuation primaire de l'agent sorbant, c'est-à-
dire celui qui est disposé en sortie de la première étape de séparation par
soufflage, peut optionnellement être muni d'un venturi. Il s'agit, selon la
longueur de ce conduit, d'entraîner de manière plus dynamique les particules
d'agent sorbant évacuées. Dans l'hypothèse d'une seconde étape de
séparation, il existe donc deux conduits d'évacuation d'agent sorbant, qui se
rejoignent avant tout traitement ultérieur.
Selon l'invention, ledit ou lesdits conduits d'évacuation débouchent dans
un dispositif de séparation séparant l'agent sorbant des huiles minérales qui
l'imprègnent, doté d'une évacuation débouchant au-dessus d'un réservoir
pour lesdites huiles. L'agent sorbant, qui s'est chargé de l'huile qu'il a
retirée
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
au sable ou aux granulats de matière minérale, est donc à son tour désorbé,
afin d'être le cas échéant réutilisé. Cette seconde opération de séparation,
distincte de la première, vise en conséquence à obtenir d'une part un agent
sorbant purifié réutilisable, et d'autre part des huiles minérales elles-mêmes
5 traitables séparément.
Selon une possibilité, ce dispositif de séparation comporte une vis de
compression. Alternativement, il peut aussi s'agir d'une centrifugeuse.
Dans nombre de cas, comme indiqué ci-dessus, les huiles minérales que
l'on cherche à extraire sont cependant des hydrocarbures extrêmement
denses. Il peut alors être nécessaire d'utiliser un solvant additionnel
permettant une dilution desdits hydrocarbures.
A cet effet, un mélangeur relié à un réservoir de solvant est placé entre
le ou les conduits d'évacuation de l'agent sorbant et le dispositif de
séparation précité.
Selon une possibilité, un tel mélangeur peut être à vis sans fin.
Dans l'hypothèse de l'existence de solvant, le réservoir d'huile placé au-
dessous du dispositif de séparation de l'agent sorbant des huiles minérales
est relié à un évaporateur du solvant, dont les vapeurs sont acheminées à un
condenseur, lui-même relié au réservoir de solvant alimentant le mélangeur.
L'utilisation de solvant fonctionne par conséquent, selon l'invention, en
boucle, puisque le solvant liquide obtenu à l'aide du condenseur est
réinjecté, via un réservoir, dans le mélangeur visant à fluidifier les
hydrocarbures.
Dans le même esprit, l'installation de l'invention permet de récupérer
l'agent sorbant réversible après l'étape de séparation des huiles minérales,
et de le stocker en vue d'une nouvelle utilisation. A cet effet, la sortie du
dispositif de séparation est reliée à un réservoir de stockage d'agent sorbant
traité.
Ce réservoir de stockage est lui-même relié à une trémie doseuse
alimentant le malaxeur-mélangeur par des moyens d'acheminement
adaptés.
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
6
De la même manière, une trémie doseuse est disposée entre l'unité de
concassage-broyage et le malaxeur-mélangeur.
De préférence, on a prévu entre l'unité de concassage-broyage et ladite
trémie doseuse une unité de démottage par criblage. Cette unité permet
notamment de supprimer les grumeaux ou agglomérats éventuellement issus
de l'étape de concassage / broyage, pour permettre d'optimiser le travail de
séparation réalisé en aval.
On a fait mention jusqu'ici du soufflage d'un fluide gazeux. Il s'agit en
l'espèce de préférence d'air, dont l'orientation, la vitesse et la pression
sont
simplement données par un ventilateur judicieusement calibré.
L'installation de l'invention permet, à toutes les étapes de
fonctionnement, de réutiliser et de récupérer les composants fonctionnels du
procédé de dépollution, du type agent sorbant, solvant, etc. Aucun produit
chimique ou toxique n'est donc relâché dans la nature et les seuls produits
relâchés par l'installation de l'invention sont les huiles minérales, qui se
retrouvent à l'état naturel, et les sables ou schistes débarrassés de leurs
hydrocarbures. Ceux-ci peuvent alors être réintroduits dans leur milieu
naturel sans aucun traitement additionnel. Comme dit, l'agent sorbant peut
être réutilisé, après l'étape de séparation des huiles minérales, pendant un
nombre prédéterminé de cycles de sorption / désorption, avant d'être
remplacé.
L'invention concerne par ailleurs un procédé d'extraction, mis en oeuvre
dans l'installation décrite auparavant, et qui consiste de manière connue à
- prélever la matière minérale ;
- homogénéiser la granulométrie de ladite matière minérale
pour la transformer en sable ou granulat ;
- mélanger intimement la matière minérale avec une quantité
déterminée d'un agent sorbant réversible ;
- malaxer le mélange ainsi obtenu pendant une durée
déterminée, pour obtenir une diffusion homogène de l'agent
sorbant réversible dans la matière minérale ;
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
7
- séparer la matière minérale débarrassée des huiles de
l'agent sorbant chargé desdites huiles .
Selon sa caractéristique essentielle, ce procédé est tel que la séparation
s'effectue par soufflage d'un fluide gazeux dans une enceinte dans laquelle
le mélange de matière minérale et d'agent sorbant défile en continu sous
forme d'un écoulement de type laminaire auquel est appliqué le soufflage.
Comme on l'a vu, pour affiner encore l'opération, le procédé peut
comporter une seconde étape de séparation, en aval de la précédente, par
tamisage de la matière minérale et entraînement de l'agent sorbant au
moyen d'un tapis tamisant vibrant.
Dès lors que l'agent sorbant chargé d'huile minérale est séparé de la
matière minérale de type sable ou granulat, il fait lui-même l'objet, selon le
procédé de l'invention, d'une étape de désorption de l'agent sorbant pour la
séparation des huiles minérales.
Dans l'hypothèse où les huiles minérales sont par exemple des
hydrocarbures très denses, cette étape de désorption est précédée par une
étape de mélange d'un solvant à l'agent sorbant. Dans ce cas, les huiles
mélangées au solvant sont collectées dans un évaporateur dissociant les
huiles du solvant.
Le solvant évaporé est ensuite condensé, de manière à pouvoir être
réinjecté à l'état liquide dans la boucle, c'est-à-dire être recyclé pour
réutilisation dans une phase opérationnelle en vue de diluer les
hydrocarbures.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence à
l'unique figure, montrant une représentation schématique d'un exemple de
réalisation d'une installation conforme à l'invention.
En référence à cette figure, l'unité de concassage-broyage (1) permet de
transformer la matière minérale en sable ou granulats, en d'autres termes de
maîtriser la granulométrie de la matière première à traiter. Une unité de
démottage (2) est disposée en aval du dispositif de concassage-broyage (1),
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
8
en vue de supprimer les grumeaux ou agglomérats par criblage, afin
d'optimiser le processus d'extraction mis en oeuvre en aval.
Le matériau ainsi préparé est envoyé à une trémie doseuse, représentée
schématiquement en (3), qui permet d'alimenter en sable bitumeux un
malaxeur-mélangeur (5). Parallèlement, un réservoir (4) d'agent sorbant
réversible alimente également le malaxeur-mélangeur (5) via une trémie
doseuse (3'). Cet agent sorbant réversible peut notamment être réalisé à
partir d'une matière plastique alvéolaire traitée, broyée sous forme de
granulats adaptés au procédé d'extraction de l'invention.
Le malaxeur-mélangeur (5) est par exemple doté de bras rotatifs (5a)
entraînés par un moteur électrique (Ml). Il s'agit d'un dispositif du type
centrale à béton, où tout système équivalent de mélange en continu, dont
l'objectif est de permettre un contact intime entre le sable ou les granulats
bitumeux d'une part, et l'agent sorbant réversible constitué des particules
alvéolaires en matière plastique d'autre part. Le malaxage du mélange
obtenu s'effectue pendant une durée déterminée, de manière à obtenir une
diffusion homogène de l'agent sorbant réversible dans la matière minérale, et
une fixation par effet de surface des huiles sur ledit agent sorbant. A
l'issue
de l'étape de mélangeage-malaxage, les particules de sable sont en principe
nettoyées de leur huile, alors qu'à l'inverse les particules alvéolées de
l'agent
sorbant sont chargées de cette matière. Encore étroitement mélangées, elles
sont guidées dans un conduit en entonnoir (25) à la sortie duquel elles
s'écoulent sur une surface inclinée de type grille (26) intégrée à un
dispositif
de séparation par soufflage (6). Celui-ci se présente schématiquement
comme une sorte de trémie dont l'une des parois est constituée de ladite
surface en grille (26), la paroi opposée (13) étant pleine. Un dispositif de
soufflage d'air (27), en l'occurrence un ventilateur, émet un flux d'air qui
traverse la grille (26) et sépare les particules en fonction de leur masse
volumique. Dans ce cas, les granules de matière minérale ne sont pas ou
peu affectées par le flux d'air, alors que les particules d'agent sorbant,
beaucoup plus légères puisque constituées d'alvéoles en matériau
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
9
synthétique par exemple du type polystyrène expansé, sont repoussées vers
la paroi pleine opposée (13). En bas de la trémie, deux conduits (28, 29)
servent respectivement à évacuer par gravité les particules de matière
minérale et d'agent sorbant.
Une nouvelle séparation est, dans l'exemple représenté, effectuée à
l'aide d'un tapis vibrant (7), tamisant les particules de très petite
dimension
de la matière minérale. Celles-ci s'écoulent par gravité vers une cuve de
stockage (21). Les vibrations du tapis vibrant (7) sont calculées de telles
sorte qu'elles entraînent vers la gauche les particules résiduelles d'agent
sorbant, de manière à les envoyer vers une conduite secondaire (30). Un
dispositif venturi (31) équipe la conduite primaire (29), de manière à
imprimer
un mouvement aux particules d'agent sorbant qui sont alors transportées
vers l'aval du circuit. Les particules d'agent sorbant issues des conduites
primaire (29) et secondaire (30) sont envoyées à destination d'un mélangeur
(14) dans lequel est injecté un diluant, par exemple de type C5, en vue de
faciliter la phase de désorption qui suit. Le diluant, comme déjà mentionné, a
pour objectif de rendre moins denses les hydrocarbures qui chargent à
présent l'agent sorbant. Il peut s'agir d'un dispositif à vis mécanique sans
fin,
entraîné par un moteur (M2). Cette étape achevée, les particules d'agent
sorbant sont véhiculées vers un dispositif de séparation (17) par exemple
constitué d'un système de compression à vis (18), mu par un moteur (M3).
Ce dispositif de séparation (17) aboutit à séparer les huiles minérales (19)
d'une part, recueillies dans un réservoir (20), et d'autre part de l'agent
sorbant, réutilisable et envoyé à cet effet dans un dispositif de stockage
intermédiaire (32) puis vers le réservoir précité (4).
L'agent sorbant se retrouve en effet dans son état initial, et peut à
nouveau être réutilisé pour un ou plusieurs cycles, par injection dans le
mélangeur-malaxeur (5) via la trémie doseuse (3').
Lorsque les huiles minérales (19) récupérées sont le résultat d'un
mélange entre les huiles initialement fixées sur l'agent sorbant et un
solvant,
une étape ultérieure vise à séparer ces deux matières, notamment à des fins
CA 02698539 2010-03-04
WO 2009/044050 PCT/FR2008/051584
de réutilisation du solvant. Ainsi le mélange huile minérale / solvant est
collecté par un évaporateur basse température (22). Les vapeurs dudit
solvant sont ensuite condensées dans un condenseur (23) puis recyclées
vers le réservoir (24).
5 L'exemple expliqué ci-dessus n'est bien entendu pas exhaustif de
l'invention. Celle-ci englobe plusieurs variantes par exemple de forme ou de
configuration pour les différents éléments (malaxeur, dispositif de soufflage,
etc). Il est par ailleurs possible, selon la densité des hydrocarbures, de se
passer de l'étape de mélange de solvant, etc.
