Procédé et dispositif pour la séparation de phases pour des matériaux rigides multiphasés

Abstract

 Procédé et dispositif pour séparer la phase liquide de la phase solide de matériaux rigides, tels que des schistes bitumineux, des ordures ménagères, des végétaux ou similaires. dans lesquels on utilise au moins une opération de compression du matériau sous une pression d'au moins 500 bars, la compression étant effectuée dans au moins une première enceinte longiligne (1) munie d'orifices (4) aptes à laisser passer les matières fluables, et comprenant à une extrémité d'entrée un moyen de compression capable de fournir la pression requise consistant en un piston (3) actionné par un vérin hydraulique (6) et à l'autre extrémité un système d'extraction doseur (5) asservi à la pression du vérin de compression, de façon à assurer qu'en moyenne la quantité de matière qu'il laisse ou fait sortir, augmentée de la quantité de matières fluables extraites, soit égale à la quantité de matières brutes introduites à chaque cycle.

Description

Procédé et dispositif pour la séparation de phases pour des matériaux rigides multiphases

[0001] L'invention se réfère à un nouveau procédé de séparation de phases de matériaux relativement rigides comportant une phase solide et une phase plus molle donc plus fluable qu'il est intéressant de séparer directement au moyen de la pression.

[0002] On a déjà proposé des presses capables de soumettre les matériaux à traiter, en particulier les ordures ménagères (voir par exemple le B FR 2 389 577), à des traitements qui mettent en oeuvre des pressions de plusieurs centaines de bars pour faire fluer les éléments les plus mous à travers des orifices calibrés, tout en retenant la phase solide et l'éjecter en un autre point où elle est récupérée (1 bar = 10⁵ Pascals).

[0003] Ces presses ont en commun le fait que la pression susceptible de provoquer le fluage n'est exercée que pendant une partie du cycle total de la machine, par exemple une dizaine de secondes sur une durée totale de 20 secondes.

[0004] Ce principe interdit d'une part les grandes cadences de fonctionnement (le temps de fluage étant une grandeur physique non réductible), d'autre part la séparation de phases efficace de matériaux moins favorables tels que schistes bitumineux par exemple.

[0005] Le but essentiel de l'invention consiste à étaler la durée de mise sous pression, donc de fluage, sur plusieurs cycles de machines. Ceci permet de très grandes cadences de fonctionnement tout en préservant un temps de fluage suffisant aux matériaux pour que la séparation de phases soit complète.

[0006] La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour séparer la phase liquide de la phase solide de matériaux multiphases rigides tels que des schistes bitumineux, des ordures ménagères,des végétaux ou similaires, remarquables notamment en ce que l'on utilise au moins une opération de compression du matériau sous une pression d'au moins 500 bars, la compression étant effectuée dans au moins une première enceinte longiligne munie d'orifices aptes à laisser passer les matières fluables et comprenant à une extrémité d'entrée un moyen de compression capable de fournir la pression requise, consistant en un piston sensiblement de même section que l'enceinte_jactionné par un vérin hydraulique et à l'autre extrémité un système d'extraction doseur asservi à la pression du vérin de compression,de façon à assurer qu'en moyenne la quantité de matière qu'il laisse ou fait sortir, augmentée de la quantité de matières fluables extraites, soit égale à la quantité de matières brutes introduites à chaque cycle. Ainsi, si la pression monte excessivement dans le vérin, le système extracteur doseur va accroître le débit de sortie pour éviter un coincement des matériaux dans le corps de presse. Avantageusement le volume du corps de presse est suffisant pour permettre à la matière comprimée de séjourner dans l'enceinte pendant un temps sensiblement supérieur à un cycle, par exemple de l'ordre de cinq cycles. Comme la matière est à l'état comprimé, le volume ainsi prévu n'est pas dans la même proportion avec le volume de matière non comprimée introduit à chaque cycle. Les matériaux seront ainsi exposés à la pression pendant plusieurs cycles, ce qui permet à la matière fluable d'être extraite dans la proportion désirée.

[0007] D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture du descriptif et en particulier, cette technique permet d'aborder selon l'une des applications nouvelles de l'invention le domaine de l'extraction des hydrocarbures dans les schistes bitumineux.

[0008] On a déjà proposé des machines pour la compression de vendanges, des végétaux oléagineux ou autres produits similaires dans une sorte de tube alimenté à une extrémité par un fouloir apte à exercer une certaine pression, et muni à l'autre extrémité d'une restriction d'orifice variable régulée par l'action de ressorts ou de contre-poids, le tube lui-même étant muni de perforations destinées à permettre l'écoulement desjus extraits par la pression woir en particulier les brevets français 477 432 (Bucher-Guyer), 680 054 (Allin), 1 287 354 (Herbelot) et le brevet anglais 642 123 (Rose et al.)] . Ces dispositifs sont inadaptés au problème envisagé par la présente invention : d'abord parce que l'adaptation à des pressions très élevées n'est pas évidente, et en outre parce que ces dispositifs sont destinés à traiter des produits sensiblement homogènes et de structure régulière, au moins pendant une période de temps assez longue.

[0009] Le procédé, suivant l'invention, a pour objet d'extraire la phase fluable de matériaux beaucoup plus rigides que ceux cités précédemment et dont le comportement sous pression diffère fondamentalement de ces produits semi-liquides.

[0010] En particulier, suivant l'invention, il est nécessaire de mettre en oeuvre des pressions considérables, supérieures à 500 bars, ces pressions étant fournies par des vérins hy_- drauliques de façon à obtenir la pression recherchée à chaque mouvement du piston principal de remplissage. L'organisation d'une telle presse suivant l'invention se compose d'au moins trois éléments.

[0011] Un piston animé hydrauliquement balaye dans la première partie de sa course un orifice latéral par lequel les matières sont introduites. Il force les matières entraînées à pénétrer dans une enceinte de forme longiligne apte à résister à la pression requise. Ce piston introduit successivement les charges de matières à comprimer.

[0012] A la sortie de l'enceinte longiligne, un dispositif permet de laisser sortir la matière non fluable, les matières fluables s'étant écoulées par des orifices ménagés dans les parois de l'enceinte.

[0013] La course du piston de remplissage étant par nature limitée, il est nécessaire que la quantité de matériaux non fluables susceptibles de sortir soit sensiblement et en moyenne égale à la quantité de matières introduites par le piston de remplissage,diminuée de la quantité de matières fluables extraite par les orifices de l'enceinte.

[0014] Si la sortie des matériaux non fluables est trop rapide, le piston de remplissage ne rencontrera pas une résistance suffisante et la séparation de phases ne sera pas complète.

[0015] Si la sortie des matériaux non fluables n'est pas assez rapide, le piston de remplissage rencontrera une résistance trop importante avant d'atteindre l'extrémité de sa course, et l'accumulation du déficit entraîné par cette limitation conduit au blocage de l'ensemble du dispositif.

[0016] Suivant l'invention, le débit d'extraction des matières non fluables est asservi à la pression rencontrée en fin de course par le piston de remplissage.

[0017] L'élément stabilisateur nécessaire est obtenu par le volume de l'enceinte de pression qui ne devrait pas être inférieur à cinq fois le volume de matériaux introduits à chaque cycle, le volume des matériaux étant considéré quand ils sont à l'état comprimé. Ce rapport doit être d'autant plus élevé que l'on veut ménager un temps de fluage plus important aux matériaux.

[0018] D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins ci-joints,et qui fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.

[0019] Sur les dessins :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe expliquant le principe de la présente invention dans un exemple de réalisation ;

- les figures 2 et 3 représentent schématiquement en coupe par un plan passant par l'axe du corps de presse, une variante du système extracteur-doseur, constitué par deux boisseaux ;

- la figure 4 représente en coupe un bouchon perforé remplaçable pour garnir les trous d'échappement de matière fluable hors de l'enceinte de compression ;

- la figure 5 représente une vue en coupe de détail d'une forme de réalisation de trou dans la paroi de l'enceinte ;

- la figure 6 représente en coupe d'ensemble une autre forme de réalisation de l'enceinte ;

- la figure 7 représente en demi coupe axiale schématique partielle une autre forme de réalisation de l'enceinte ;

- la figure 8 représente en demi coupe axiale schématique partielle une autre forme de réalisation de l'enceinte ;

- la figure 9 représente en perspective une partie d'un disque consitutif de l'enceinte de la figure 8 ;

- la figure 10 représente en perspective un disque constitutif d'une autre forme de réalisation de l'enceinte ;

- la figure 11 représente en demi coupe axiale schématique partielle une autre forme de réalisation de l'enceinte ;

- les figures 12 et 13 représentent en coupe partielle perpendiculaire à l'axe deux autres formes de réalisation de l'enceinte ;

- la figure 14 représente en perspective une partie d'une enceinte selon encore un autre mode de réalisation ;

- la figure 15 représente en coupe axiale une partie d'une enceinte selon encore un autre mode de réalisation ; et

- les figures 16 et 17 représentent schématiquement, en bout, et en coupe axiale, une autre variante du système extracteur-doseur selon l'invention.

[0020] D'une manière générale, le dispositif de l'invention comporte un corps de presse 10 renfermant une enceinte 1 avec un côté entrée la et un côté sortie 1b. Le corps de presse peut être cylindrique, c'est-à-dire avoir une section constante, qui peut être circulaire, ou avoir une autre forme par exemple carrée ou rectangulaire, ou être divergent de l'entrée 1a vers la sortie 1b, mais de préférence non convergent. En effet, il se peut que parmi les matériaux introduits à l'entrée, il y ait un corps rigide incompressible et indéformable (exemple une barre de fer), et il est nécessaire qu'il puisse sortir. Cette condition sera toujours satisfaite si la section de sortie est toujours supérieure ou égale à la section d'entrée, plus précisément si la section d'entrée peut être inscrite sur,ou à l'intérieur de, la section de sortie. Cependant cette condition pourra être supprimée, si l'on procède à un triage ou à un criblage préalable de la matière à traiter, ce qui peut présenter de l'intérêt dans certaines applications. Du côté de l'entrée est prévue une ouverture latérale 2 d'admission des matériaux à traiter et un piston de compression 3, actionné par un vérin hydraulique 6 alimenté par des conduites 61 et 62. Le corps de presse comporte des orifices 4 permettant la sortie de matières fluables. Ces orifices seront décrits plus en détails ci-après. Du côté de la sortie 1b est prévu un système extracteur-doseur 5, dont le débit de sortie est asservi à la résistance rencontrée par le piston 3, c'est-à-dire en pratique, la pression du vérin d'actionnement du piston 3. Un manomètre 63 mesure la pression du fluide dans le vérin 6 et une ligne 64 connecte le manomètre 63 à un système 65 d'asservissement du système extracteur-doseur.

[0021] Suivant une disposition préférentielle (figure 1) de l'invention, le système extracteur-doseur de matériaux non fluables à l'extrémité de sortie 1b de l'enceinte de pression consiste en un deuxième piston 51 de préférence transversal à l'axe de l'enceinte.

[0022] Capable de cisailler et expulser les matériaux se présentant à la sortie de l'enceinte 10, le piston 51 peut obstruer la sortie de l'enceinte lorsqu'il est en position de repos, puis, à la demande de l'asservissement, reculer en libérant la sortie, puis avancer de nouveau en position de repos après avoir cisaillé et poussé devant lui la quantité de matériaux qui serait sortie de l'enceinte pendant le temps de recul sous l'action de la pression. On pourra prévoir un asservissement du mouvement de ce piston 51, à la pression rencontrée par le piston d'alimentation 3 en fin de course, tel que les matériaux soient soumis à une contrainte de pression sensiblement constante et adéquate.

[0023] Le piston 51 peut être commandé par un vérin 66, alimenté par deux conduites 67, 68 passant par l'organe d'asservissement 65, recevant lui-même une conduite de fluide sous pression 69, et un retour à la bâche 70, l'organe 65 étant commandé par la ligne 64 connectée au manomètre 63 de la pression dans le cylindre 6 d'actionnement du piston 3 de compression. Tant que la pression en 63 n'atteint pas une valeur déterminée, l'organe d'asservissement maintient l'enceinte fermée, ou partiellement fermée (éventuellement par la présence de matériaux compactés comme indiqué plus haut). Si la pression en 63 dépasse une valeur de consigne, le vérin fonctionne pour dégager la sortie de l'enceinte. L'organe 65 peut être un système hydraulique ou comporter une électronique appropriée.

[0024] Le système 65 peut par exemple être un robinet à quatre voies du type monostable connectant les lignes 69 et 70 aux lignes 67 et 68 dans un cas, ou 68 et 67 dans l'autre. Si la pression P en fin de course du vérin 6 est inférieure à une valeur Po choisie, le piston reste sorti obturant l'extrémité de l'enceinte 1, la ligne 69 étant connectée à la ligne 67. Si P dépasse Po, le robinet monostable bascule et la ligne 69 est connectée à la ligne 68, et la ligne 67 est connectée à la ligne 70 (bâche). Le piston recule, libère le fond de l'enceinte,la pression P descend en dessous de Po. Le piston redescend alors en chassant un volume de matière comprimée.

[0025] En variante, et pour certains matériaux plus rigides, la position de repos du piston 51 est la position reculée, les matériaux non fluables compactés étant incapables de sortir par la section coudée constituant ainsi l'extrémité de l'enceinte, cette sortie, et par conséquent son dosage, ne pouvant être obtenue après ordre donné par l'asservissement que par l'avance du piston 51 d'éjection transversale.

[0026] Un autre moyen, suivant l'invention, pour doser la sortie des matériaux non fluables consiste en une restriction variable de la section de passage à la sortie de l'enceinte de pression, la section offerte étant asservie à la pression rencontrée par le piston de remplissage en fin de course, l'ouverture étant d'autant plus réduite à chaque cycle que la pression adéquate a été obtenue plus rapidement.

[0027] Un moyen préférentiel, suivant l'invention, pour obtenir cette restriction variable consiste en un ou deux boisseaux 21, 22 (figures 2 et 3). Ces boisseaux rotatifs sont de préférence une sorte de cylindre métallique d'axe sensiblement perpendiculaire à la section de sortie de l'enceinte, elle-même généralement cylindrique, chaque boisseau étant muni d'une cavité telle qu'une variation de la position angulaire du boisseau entraîne une variation de la section de sortie offerte aux matériaux non fluables.

[0028] Pour lés matériaux relativement rigides auxquels l'invention se rapporte, il n'est jamais nécessaire d'effectuer l'obturation complète de la section de sortie.

[0029] Dans ces conditons, et compte-tenu des efforts considérables exercés sur les boisseaux, on préférera les écarter le plus possible de façon à ce que leurs extrémités non actives reposent sur des paliers de résistance suffisante, ceci excluant en particulier des cylindres tangents permettant la fermeture intégrale.

[0030] Inversement, le traitement de ces matériaux rigides, en particulier s'ils sont inhomogènes comme les ordures ménagères, peut conduire à l'introduction dans l'enceinte des matériaux indéformables et éventuellement découpés par l'avance du piston de remplissage.

[0031] Suivant l'invention, et de façon à permettre la sortie de matériaux on donnera à la section de sortie en position d'ouverture maximale un passage au moins égal à celui de l'entrée de façon à éviter un bourrage définitif (figure 2). Un asservissement analogue à celui de la figure 1 commande la position des boisseaux en fonction de la pression dans le vérin 6, suivant le même principe.

[0032] Le système pourra travailler entre deux pressions : si la pression dans le vérin dépasse une pression maximum, les boisseaux prendront la position d'ouverture maximum tandis qu'au dessous d'une pression minimum les boisseaux prendront la position d'ouverture minimum.

[0033] La compression successive de matériaux dans l'enceinte sous l'action du piston de remplissage provoque des plans de clivage privilégiés sensiblement perpendiculaires au sens de l'introduction.

[0034] Cette structure particulière peut n'être pas favorable au cheminement radial des éléments fluables sous l'action du gradient de pression entre l'intérieur des matériaux et les orifices de l'enveloppe.

[0035] Ainsi, selon un mode d'application de l'invention, on fera suivre la première enceinte 10 d'une seconde enceinte 52 d'axe sensiblement perpendiculaire à la sortie de la première qui débouche directement dans l'entrée de la seconde enceinte. Cette seconde enceinte comporte également des trous 53 de sortie des matières fluables.

[0036] Dans ces conditions, le système extracteur-doseur de la première enceinte sera _'avanatageusement le système de remplissage de la seconde (figure 1). Un piston 7 disposé dans un alésage perpendiculaire à la seconde enceinte 5 peut servir d'extracteur en cisaillant une fois de plus le produit. L'extraction peut toutefois être obtenue par le piston 51, dans l'axe de la seconde enceinte 5.

[0037] Si l'on dispose d'au moins deux étages de compression, il est avantageux de les faire travailler à des pressions différentes.

[0038] Dans le cas des ordures ménagères par exemple, la compression en un étage exige de trouver un délicat compromis entre la pression exercée et la taille des orifices. Des orifices trop petits exigent la mise en oeuvre de pressions importantes et sont susceptibles d' usure et de colmatage. Des orifices trop gros laissent passer des éléments durs indésirables sauf réduction importante des pressions, ce qui est préjudiciable à une séparation de phases complète.

[0039] Conformément à l'invention, on préférera faire travailler le premier étage à-une pression réduite, moins de 500 bars par exemple pour les ordures ménagères, 300 bars étant une bonne valeur.

[0040] Cette pression réduite permet de laisser des orifices importants, 10 à 15 mm pour le même exemple, autorisant un gros débit sans que la pression mise en oeuvre, faible, entraîne la sortie de matériaux indésirables.

[0041] Le deuxième étage reçoit, dès l'entrée, des matériaux déjà déshydratés et compactés par la première pression. Une application de pression importante, 800 à 1 000 bars par exemple pour les ordures ménagères, permet de réaliser une séparation de phases très efficace alors que la cohésion initiale des matériaux pré-comprimés empêche la sortie de ces éléments durs indésirables.

[0042] La relativement faible quantité de matières à extraire au deuxième étage autorise par ailleurs l'emploi d'orifices de petites dimensions pratiquement inférieurs à 10 mm.

[0043] Compte-tenu de la mise en oeuvre de pressions considérables sur des matières généralement très abrasives(ordures ménagères, roches ...), les matériaux en contact avec ces matières sont soumis à une abrasion très intense, en particulier les orifices par lesquels les matières fluables s'écoulent à grande vitesse. Il est nécessaire de remplacer fré- quemment les éléments portant ces orifices. Ce remplacement doit pouvoir être rapide et les matériaux échangés aussi économiques que possible.

[0044] Suivant l'invention, ces orifices consistent en des bouchons percés 30 (figure 4) amovibles, fixés dans la paroi de l'enceinte, constitués d'un matériau dur pouvant être un carbure de tungstène par exemple, dont les trous calibrés et coniques, divergent dans le sens de l'écoulement et débouchent finalement à l'extérieur dans l'enceinte collectrice sans nouvelles restrictions dans le parcours des matières.

[0045] Suivant une autre disposition de l'invention, l'enceinte est garnie intérieurement d'une chemise perforée 31 (figure 5) en tôle dure destinée à être changée après usure rapidement et économiquement.

[0046] Les orifices 3la débouchent dans d'autres orifices 32 pratiqués dans la paroi de l'enceinte 1, d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre de l'orifice de la chemise, ou dans les gorges'de drainage, circulaires ou hélicoïdales par exemple.

[0047] Pour assurer la fixation de la chemise tout en permettant le remplacement facile, on alèsera l'enceinte suivant un léger cône divergent (figure 6) dans le sens du déplacement des matériaux. La chemise, possédant le même cône,est introduite et sortie par le plus grand côté, soit par déplacement de la buse portant le système extracteur-doseur, soit de préférence à travers la buse grande ouverte la chemise étant fixée dans ce cas par un autre moyen tel qu'un écrou, goupille transversale, rondelle de retenue ....

[0048] Un autre dispositif suivant l'invention, permet de ménager des orifices facilement remplaçables dans les parois de l'enceinte. L'enceinte elle-même est formée de disques empilés 40 percés d'un alésage 41 (figure 7), cet alésage constituant un canal de sortie.

[0049] Compte-tenu de l'importance des efforts axiaux exercés par les matières sur les disques, il est préférable que ces disques soient en appui direct les uns contre les autres.

[0050] Il est cependant possible de creuser partiellement les surfaces d'appui des disques 35 de rainures 35a (figures 8 et 9), de préférence à profil divergent de l'intérieur vers l'extérieur, formant orifices pour le passage des matières fluables.

[0051] En variante, ces disques 36 peuvent être obtenus par découpage et emboutissage de tôles relativement épaisses, une certaine ondulation 36adans leur profil (figure 10) faisant alterner des saillies et des secteurs en retrait formant également les orifices recherchés. Les disques doivent bien entendu être disposés de façon à éviter l'emboîtement total, qui ne laisserait pas de canal de sortie.

[0052] Lorsque l'on traite des matières inhomogènes comme des ordures ménagères, on peut toujours s' exposer à la présence de certains éléments encombrants et particulièrement durs qui, entraînés par l'avance générale des produits dans l'enceinte, pourraient créer des pressions ponctuelles destructives sur les parois de l'enceinte, en particulier au niveau des orifices sur lesquels ces éléments durs pourraient trouver appui.

[0053] Pour éviter cet effet destructeur, on préférera, suivant l'invention, donner à l'alésage des disques 37 (figure 11), un profil conique convergent dans le sens de déplacement des matériaux afin de ceux-ci ne puissent s'y accrocher. Dans ce cas, les orifices 37a seront pratiqués dans la zone abritée suivant le rétrécissement maximum. Cette zone en relative dépression, et à l'abri partiel de la pression directe radiale des matériaux, est en outre la plus propice à-une bonne propagation des matières fluables en minimisant le risque de colmatage des orifices.

[0054] Les disques emboutis, comme décrit précédemment, pourraient, dans le même but, avoir avantageusement leur alésage intérieur à profil courbe.

[0055] En variante, les disques 40 pourront être alésés suivant des cônes d'abord convergents, puis divergents (figure 7).. Dans ce cas,on placera les orifices de drainage 41 sur la pente divergente 40a non susceptible d'être accrochée et également en relative dépression.

[0056] Lorsque les matériaux sont particulièrement durs et peu malléables tels que certaines roches contenant des hydrocarbures, et compte tenu des pressions mises en jeu, dans ce cas très élevées, la protection des orifices par le jeu de profils coniques ne suffit plus. Le profil longitudinal intérieur de l'enceinte doit dans ce cas impérativement être le plus lisse possible et continu.

[0057] Pour cette raison en particulier, et suivant l'invention, on utilisera des orifices se présentant sous forme de fentes continues longitudinales pratiquées le long des génératrices de l'enceinte. Dans ce cas on utilisera de préférence des baguettes longitudinales 43 (figure 12) formées dans un matériau résistant à l'usure, déterminant entre elles des fentes 44, réunies à des collecteurs 45. A titre d'exemple, une baguette 43a est représentée avec une base plus large. Elle peut être obtenue par filage, par déformation à la forge ou garnissage à la soudure.

[0058] Dans une forme de réalisation particulièrement résistante, ces baguettes 46 sont juxtaposées et jointives de façon à se tenir en appui les unes contre les autres et également dans le sens de la pression contre la paroi résistante de l'enceinte (figure 13).

[0059] Le profil choisi représenté sous forme d'exemple non limitatif sur la figure 13 est tel que serrées les unes contre les autres, ces baguettes 46 ménagent des fentes 46a entre elles servant de passage aux matériaux fluables, ces fentes débouchant dans une cavité 46 b de plus grande dimension non susceptible d'être colmatée par les plus gros éléments préalablement passés par ces fentes.

[0060] Finalement, ces canaux débouchent par exemple à leurs extrémités dans un collecteur où les matières extraites sont recueillies.

[0061] Dans certains cas, lorsqu'on est en présence de matériaux inhomogènes, tels que les ordures ménagères, certains éléments susceptibles de s'introduire dans les fentes peuvent provoquer des contraintes telles sur les bords de celles-ci qu'elles peuvent en entraîner la rupture.

[0062] Une solution, suivant l'invention, consiste à utiliser des baguettes 47 (figure 14) non jointives fixées uniquement côté entrée et en libre appui sur les parois de l'enceinte. Dans ces conditions, une contrainte localisée anormale en- traine un simple déplacement latéral de la baguette qui revient à sa position initiale après disparition de l'effet perturbateur. Cette disposition, de par la mobilité existant entre les baguettes, favorise le décolmatage des fentes qui sont ménagées entre elles.

[0063] Une disposition favorable, suivant l'invention, consiste à aménager à intervalles réguliers dans la paroi 1 de l'enceinte, sur laquelle les baguettes prennent appui, des gorges circulaires 48 ou hélicoïdales aptes à drainer les matériaux fluables et débouchant finalement à l'extérieur de l'enceinte.

[0064] Une disposition particulièrement économique, suivant l'invention, consiste à utiliser des baguettes cylindriques à section circulaire. Ces baguettes seront fixées, de préférence côté entrée de l'enceinte, par un système de blocage par un ou plusieurs cônes et contre cônes donnant simultanément l'écartement voulu entre chaque baguette, leur blocage par coincement et leur démontage très rapide. En variante, les baguettes peuvent être vissées ou coincées dans des alésages formés dans la face frontale 1c du côté entrée de l'enceinte, autour du piston.

[0065] Lorsque certaines matières à traiter sont introduites et pressées dans l'enceinte, elles ont tendance à se détendre élastiquement lorsque le piston de remplissage recule pour un nouveau cycle. Ce phénomène variable selon la nature des matériaux à traiter est préjudiciable au maintien d'une pression suffisante dans l'enceinte, et donc à l'efficacité du fluage.

[0066] Aussi, suivant l'invention, on pourra disposer d'un système de retenue de la charge introduite, à proximité de l'entrée, capable d'empêcher le déplacement vers l'arrière des matériaux comprimés.

[0067] Compte-tenu de la rigidité et de la cohésion des matériaux qui viennent d'être comprimés, il n'est pas nécessaire de disposer d'un système de fermeture complète de la section de passage.

[0068] Un moyen préférentiel, suivant l'invention (figure 15), consiste à faire pénétrer une ou plusieurs barres cylindriques 55 de forme quelconque dans la masse comprimée, avant ou pendant le recul du piston de remplissage. Ces barres de retenue seront animées par des vérins hydrauliques 56 et elles seront conçues de telle sorte qu'elles ne fassent pas saillie dans l'enceinte en position de recul, ni qu'elles laissent un passage important aux matériaux par l'ouverture dans la paroi de l'enceinte nécessaire à leur déplacement.

[0069] En variante, on utilisera un ou plusieurs boisseaux rotatifs 21, 22 du même type et des mêmes caractéristiques que ceux préconisés à la sortie de l'enceinte.

[0070] Dans certains cas, le fait d'élargir rapidement la section de l'enceinte, par rapport à la section de remplissage,est un moyen efficace surtout si les matériaux sont particulièrement cohérents après compression.

[0071] Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de retenue est réalisé en prenant pour le piston de compression 3 un diamètre légèrement inférieur à celui de la paroi radiale 1c du côté entrée de l'enceinte (voir figure 6). Les matériaux comprimés ayant une certaine cohésion prennent appui sur la surface annulaire 1d de la paroi 1c et résistent au recul par effet d'arc-boutement contre cette surface annulaire.

[0072] La compression des matériaux à très haute pression provoque, comme on l'a dit précédemment, un fluage des éléments les plus mous vers les orifices pratiqués dans les parois de l'enceinte. Les matières fluables s'écoulent en fait suivant le gradient de pression existant entre l'intérieur de la masse de matières comprimées et les bords.

[0073] Suivant l'invention, le gradient peut être considérablement augmenté et l'extraction de matières fluables facilitée par la pénétration forcée de barres 57, de préférence cylindriques, dans la masse de matières sous pression. Ces barres, comme celles de retenue, ne feront pas saillie dans l'enceinte, en position de recul, de façon à ne pas perturber le déplacement des matériaux dans l'enceinte. Les barres 57 sont avantageusement actionnées par des vérins 57a.

[0074] On combinera, de préférence, l'utilisation de ces barres avec les barres de retenue à l'entrée. La pénétration de ces barres cylindriques, sensiblement perpendiculaires aux parois de l'enceinte, outre un effet de broyage appréciable, provoque un effet de coin.

[0075] Dans certains cas, la pénétration des barres est une aide pour faciliter le cheminement de matières vers la sortie qui pourrait être rendue difficile, voire impossible, compte tenu des pressions élevées mises en jeu, introduisant des forces de frottement considérables sur les parois. Dans ce cas, on utilisera de préférence plusieurs barres introduites successivement dans le sens du déplacement.

[0076] Suivant l'invention, on ménagera un jeu annulaire continu ou discontinu entre les barres et les parois de l'orifice ménagé dans l'enceinte, laissant passer les barres. Cet espace libre jouera avantageusement le rôle d'orifice laissant passer les matières fluables, le mouvement de coulissement des barres provoquant son décolmatage continu.

[0077] Après leur traversée de la paroi de l'enceinte, les matières fluables sont collectées dans une chambre en aval.

[0078] Une autre variante de dispositif extracteur est représentée sur les figures 16 et 17. Le fond de l'enceinte est formé par une paroi 71 comportant plusieurs trous tels que 72, 73, 74 (sept dans l'exemple représenté) permettant d'obtenir le résidu sec sous forme de boudins de diamètre limité, par exemple, 2 à 7 cm environ. Ce mode de mise en oeuvre de l'invention n'est toutefois envisageable que si la matière traitée a été préalablement débarrassée des éléments volumineux ou rigides. L'asservissement peut être obtenu par obturation de certains trous. 72 par des éléments 75 commandés par des vérins 76. Le nombre de trous obturés est déterminé de façon à obtenir une pression suffisante à l'intérieur de l'enceinte. Un tel dispositif constitue en fait une presse à filer ou à pellitiser avec un étage préalable de déshydratation.

[0079] Selon une application particulièrement intéressante de l'invention, le dispositif est particulièrement étudié pour être appliqué à l'extraction des hydrocarbures dans les schistes bitumineux, sables pétrolifères et autres roches contenant une phase liquide ou pâteuse qu'il est intéressant de récupérer.

[0080] Suivant l'invention, on pourra soumettre les roches à un préchauffage avant compression, de façon à faciliter le fluage des hydrocarbures inclus.

[0081] Suivant la dureté des roches, il est nécessaire d'appliquer des pressions très élevées tout en laissant un temps de fluage suffisant pour que l'extraction soit suffisante. Les presses objet de la présente invention, sont particulièrement adaptées à ce problème tout en étant susceptibles de donner des cadences de traitement compatibles avec les exigences de ce secteur d'activité. Dans cette application, on mettra en oeuvre des pressions comprises entre 1 000 et 10 000 bars en fonction de la dureté des roches à traiter.

[0082] L'un des problèmes essentiels de l'extraction des hydrocarbures dans les schistes bitumineux par voie thermique ou par ultra-centrifugation est la nécessité de manutention des roches extraites vers les installations centralisées de traitement.

[0083] Après traitement, les roches sont abandonnées en énormes tas à la surface du sol, tandis que les cavités laissées par l'extraction compromettent la tenue mécanique des sols, et interdisent, sauf carrière à ciel ouvert, une exploitation complète des gisements.

[0084] Le procédé suivant l'invention consiste à extraire les hydrocarbures par pressage, et de préférence directement en sous- sol dans les galeries, dans les conditions suivantes.

[0085] La foreuse en tête de galerie est suivie immédiatement d'une ou plusieurs presses mobiles, traitant le minerai au rythme de son extraction. Les hydrocarbures extraits sont immédiatement renvoyés en surface, de préférence par des tuyauteries circulant dans des galeries techniques attenantes aux galeries de forage.

[0086] Suivant l'invention, les roches comprimées, qui ont, de par le procédé utilisé, un volume inférieur au volume initial des matériaux bruts, sont immédiatement déposées dans la galerie derrière le train de machine et, de ce fait, rebouchent la galerie au moins partiellement.

[0087] La manutention est ainsi réduite au minimum, le site en surface n'est plus encombré par des terrils de matériaux traités et, enfin, les galeries rebouchées ne sont plus une menace pour la stabilité du sol.

[0088] Dans le but d'augmenter la tenue mécanique des matériaux comprimés servant à reboucher les galeries,on préférera donner à l'étage de sortie des matériaux de la presse une section rectangulaire, susceptible de laisser sortir le matériau comprimé sous forme de lingots sensiblement parallélépipèdiques auxquels la contrainte des pressions exercées a donné, suivant les roches traitées, une cohésion mécanique suffisante.

[0089] La forme ainsi donnée aux matériaux traités permet de les "ranger" rationnellement dans la galerie qui vient d'être forée, en exploitant le volume au mieux (pas de foisonnement) et en conférant à l'empilage des lingots une bonne tenue mécanique à la compression.

[0090] Dans une autre application, ces lingots parallélépipèdiques peuvent être utilisés dans des constructions de remblais; barrages, ou même de batiments, à la manière des briques en terre compactée non cuite.

[0091] Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Revendications

1. Procédé pour séparer la phase liquide de la phase solide de matières multiphases rigides tels que des schistes bitumineux, des ordures ménagères et des végétaux, caractérisé en ce que l'on soumet les matières à au moins une opération de compression sous une pression d'au moins 500 bars, la compression étant effectuée dans au moins une première enceinte (1) longiligne, munie d'orifices (4) aptes à laisser passer les matières fluables, la pression étant fournie à une extrémité d'entrée (1a) par un piston (3) actionné par un vérin hydraulique (6) le volume de l'enceinte étant supérieur au volume engendré par le piston dans son déplacement, de façon que la matière comprimée séjourne dans l'enceinte pendant au moins deux courses du piston, et de préférence au moins cinq, l'autre extrémité (1b) de l'enceinte étant munie d'un système extracteur-doseur (5) asservi à la pression du vérin (6) de façon à maintenir dans l'enceinte même pendant la course de retour du piston, une pression minima permettant de chasser les matières fluables.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux sont comprimés dans une première enceinte (1) longiligne à une pression inférieure à 500 bars puis sont repris par un second piston (51) pour être comprimés à une pression d'au moins 500 bars dans une seconde enceinte longiligne (52), munie de trous (53) aptes à laisser passer les matières fuables, les axes des deux enceintes étant sensiblement perpendiculaires.

3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte cylindrique longiligne (1) munie d'orifices (4) sur sa paroi cylindrique avec une extrémité d'entrée (la) et une extrémité de sortie (1b), l'extrémité d'entrée étant munie d'une ouverture latérale (2) de chargement et d'un piston axial (3) de compression actionné par un vérin hydraulique (6), le volume de l'enceinte étant sensiblement supérieur au volume engendré par le piston dans sa course, l'extrémité de sortie étant équipée d'un système extracteur-doseur (5) asservi à la pression du vérin de compression, de façon à maintenir dans l'enceinte une pression minima même pendant la course de retour du piston.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système extracteur-doseur de matériaux comprimés comporte un piston (51) sensiblement transversal, capable de cisailler les matériaux se présentant à la sortie de l'enceinte-(1), le piston pouvant obturer ou dégager la sortie de l'enceinte.

5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système extracteur-doseur comporte un ou deux boisseaux rotatifs (21, 22) non tangents, qui ménagent dans une position extrême un passage intégral des matériaux dans la buse de sortie et dans l'autre position une obstruction partielle correspondant à l'intersection des cylindres, enveloppes des boisseaux, avec une partie de la section de passage maximum de la buse.

6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce. que le système extracteur-doseur est constitué par une filière (71) à plusieurs trous (72, 73, 74) dont certains au moins peuvent être obturés ou dégagés en fonction de la pression d'asservissement.

7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices consistent en des bouchons (30) percés amovibles, en matériaux durs, coniques divergents et débouchent dans l'enceinte collectrice des matériaux fluables sans nouvelle restriction.

8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par une chemise en tôle mince perforée (31) conique, placée à l'intérieur de l'enceinte de pression également conique, les-perforations (31a) débouchant dans des orfices ou rainures (3₂) pratiquées dans l'enceinte, la conicité étant dans le sens divergent, dans le sens de déplacement des matériaux.

9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enceinte longiligne est formée au moins en partie par l'empilage de disques (35, 36, 37, 40) obtenus par découpage et emboutissage et ayant un profil tel qu'ils puissent s'appuyer les uns contre les autres avec la résistance voulue tout en ménageant entre eux des passages aux matières fluables.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les orifices consistent en rainures(35a) à sections divergentes, ménagées sur les parois de disques (35) maintenus en appui les uns contre les autres.

11. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enceinte est garnie de baguettes longitudinales (43, 46, 47), en appui sur elle, laissant un jeu entre elles par lequel passent les matériaux fluables finalement drainés vers l'extérieur.

12.Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un moyen de retenue (55, 56) des matières introduites dans l'enceinte lorsque le piston de remplissage (3) recule .

13. Dispositif selon la revendication 12,caractérisé en ce que le moyen de retenue consiste en une ou plusieurs barres cylindriques (55) introduites par des vérins hydrauliques (56) dans l'enceinte à proximité de l'entrée et suivant un sens sensiblement perpendiculaire à l'introduction.

14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de retenue consiste en un ou plusieurs boisseaux rotatifs (21, 22), capables de laisser passer le piston de remplissage ou des matériaux compactés du même profil.

15. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par la présence de barres cylindriques (57) susceptibles d'être introduites de façon sensiblement perpendiculaire à l'écoulement des matières dans l'enceinte et animées par des vérins hydrauliques (57a).

16. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par son application à l'extraction des hydrocarbures dans les schistes bitumineux, sables pétrolifères et autres minerais,contenant une phase liquide ou pâteuse mettant en oeuvre des pressions supérieures à 1 000 bars suivant la dureté des roches.

17. Procédé selon la revendication 16, faisant intervenir un préchauffage des roches avant compression.

18. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins le dernier étage de compression a une section de sortie rectangulaire susceptible de laisser sortir les matériaux compactés sous forme de lingots parallélépipèdiques.

19. Procédé selon la revendication 16, appliqué au travail en galeries, des presses mobiles accompagnant des foreuses, caractérisé par le fait que les résidus compactés sont immédiatement replacés dans les galeries à mesure de l'avance, les résidus étant de préférence calibrés en section rectangulaire de façon à faciliter le remplissage optimum des galeries et la tenue mécanique de celles-ci.

Dessins