Brevet FR2317354A1 — publié le 19770204

a présente invention concerne une matière carbonée drivant d'un combustible fossile carboné solide soumis à une désoxygénation, et si nécessaire, à une déshydratation, en présence d'hydrogène et d'un solvant ayant des propriétés de véhicule d'hydrogène. Dans le procédé de raffinage du charbon connu sous le nom de raffinage au solvant du charbon, qui peut être appliqué aux charbona de qualité moyenne et aux charbons de basse qualité, on liquéfie le charbon sous forme particulaire dans un solvant à haut point d'ébullition (par exemple compris entre 200 et 450 C) convenant comme véhicule d'hydrogène (du point de vue- physique et/ou ciiirnique), à une température supérieure à 350 C par exemple entre 350 et 5000C en présence d'hydrogène et sous une pression d'environ 3G à 250 bars. après l'avoir soumis à ce traitement pendant environ 15 à 120 minutes, plus particulièrement entre 50 et 90 minutes, on supprime la pression appliquée au produit de la réaction, et on soumet le mélange réactionnel sous forme liquide à une opération de séparation des solides, généralement par viltra- tion, afin d'en séparer tous les produits non dissous, a savoir les solides carbonisés tels que le fusain et les cendres.On distille alors la phase liquide limpide, ce qui permet de récupérer et de recycler le solvant, tandis que les queues de distillation substantiellement non volatiles constituent le "charbon raffiné au solvant" (CRS) qui peut servir de matière d'alimentation pour 1' hydrocraquage catalytique. Le raffinage au solvant du charbon, dont l'opération dlélimi- nation des solides a toujours constitué une partie intégrante et essentielle, a pour but de @ournir une matière d'alimentation à faible teneur en oxygène et en soufre et substantiellement exempte de subst@nces pouvat nuire physiquement ou chimiquement au catalyseur dans l'opération d'hydrocraquage ultérieure. Lorsqu'on plaide en faveur du CRS coke carburant, on invoque invariablement comme caractéristiques favorables ses faibles teneurs en cendres et en soufre ou peuvent apporter une contribution importante à la réduction de la pollution de l'air. l'opération relativement difficile d'élimination des solides constitue donc une partie importante et essentielle des procédés cornus, car la séparation des cenres et des matières insolubles carbonées nuisibles au catalyseur, ou pour d'autres raisons, est un des objets principaux de tels procédés. On sait que le charbon raffire au solvant classique (do@t une car@ctéristique essentielle est l'absence pratique de cendres) présente des propriétés le rendant approprié pour la clkefaction. En particulier, en melangeant une proportion relativement faible de CSS avec un charbon présentant une fable aptitude à la cokéfaction, on aùiéliore notablement les propriétés de cokéfaction de ce charbon. Cependant, le coût relativement élevé du CRS classique a entravé sa production à l'échelle industrielle et, par conséquent, son utilisation pour ce but. L'invention a pour but de fournir un produit nouveau pouvant être fabriqué par un procédé relativement simple et présentant néanmoins certaines des propiétés intéressantes du CRS. L'invention s'applique en particulier, dans des conditions appropriées, à la production de matières premières permettant de valoriser les charbons utilisés dans la production de coke métallurgique. Gonformèment à la présente invention, la matière décrite ci-dessus est constituée de ou continent le produit et les résidus combinés, substantiellement solides et substantiellement non volatils résultant de la désoxygénation (et si nécessaire de la déshydratation) contant les cendres et les matières insolubles carbonées, cette matière ayant un point de ramollissement déterminé par la méthode bille et anneau supérieur à 30 C. Dans la pratique, on préfère que cette -valeur soit supérieure à 100 C. La teneur totale en produits carbonisés (c'est-à-dire cendres et matières insolubles carbonées) est, de préférence, inférieure à 12%, et mieux encore, inférieure 8%.De préférence, la teneur réelle en cendres ne dépassera pas 10%, avantageusement pas /0, tous ces pourcentages étant par rapport au poids de matière solide et sèche. On préfère également eue le produit ne contienne pas plus de 2% ae soufre, de préférence moins de 0,5% (en poids). L'invention concerne aussi des mélanges de charbon destinés à la cokéfaction contenant le produit décrit cidessus. Elle concerne également le coke fabriqué à partir d'une matière ou d'un mélange de l'invention, et l'utilisation de ce coke pour des applications métallurgiques, c'est-à- dire pour l'utilisation dans des hauts-fourneaux. L'invention concerne également un procédé de fabrication du produit décrit ci-dessus, de préférence d'u-e matière de départ pour la production d'un mélange avec du charbon cokéfiant approprié à la production de charbon métallurgique, qui consiste à soumettre une matières combustible fossile carbonée solide ne contenant de préférence pas plus de 7% et, mieux encore, pas plus de 4ô en poids de cendres, et ae préférence pas plus de 4'o' et, mieux encore, pas plus de 2% en poids de soufre sur la base du poids de matière sèche, mais dont la teneur en oxygène est trop élevée, en particulier trop élevée pour que les propriétés dé cokéfaction soient satisfaisantes, à une opération de désoxygénation et d'élimi- nation de l'eau éventuellement présente, cette opération consiste à chauffer la matière carbonée en contact intime avec un solvant liquide, un véhicule d'hydrogène et de l'hydrogène- sous pression pour effectuer la désoxygénation, puis à distiller le solvant et les matières volatiles du produit combiné résultant du chauffage, et à récupérer les résidus combinés de cette distillation en tant que produit. La matière combustible solide utilisée comme matière de aépart contient, de préférence, moins de 2% de cendres et moins de 1% de soufre, sur la base du poids à-sec de la matière solide. Cependant, on peut accepter des teneurs plus élevées en cendres et en soufre, pour autant que le produit final satisfasse aux exigences requises. Afin d'orienter le procédé vers la formation des produits solides définis ci-dessus, on adopte des principes connus des spécialistes de la liquéfaction du charbon, à savoir éviter des pressions et des températures très élevées et éviter d'utiliser des catalyseurs favorisant la formation de liquides. le vésicule d'hydrogène peut être et est, de pwé- férence, constitué par le solvant lui-même, plus particulièrement par un solvant contenant des composés hydroaromatiques. Il est possible également de replacer totalement ou partiellement le véhicule d'hydrogène par un catalyseur d'hydrogénation non volatil, Qu'on peut ajouter au système à cet effet, ou nui peut être present dan les cendre au Charbon. Cependant la présence d'un catalyseur n'est pas une condition préalable essentielle. On peut uciliser dans le procédé de l'hydrogène iroustriel ou des mélanges de gaz contenant de l'hydrogène, comme les mélanges industriels comprenant de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone et de la vapeur d'eau, ou des mélanges pouvant engendrer de l'hydrogène in situ, par exemple de l'eau et de l'oxyde de carbone. Lorsqu'on utilise du gaz à l'eau ou un gaz générateur de pression, il est possible, sans que cela soit nécessaire, d'éliminer par lavage le CC. Il est également possible mais non nécessaire d'accroître la teneur en hydrogène par une réaction de transformation ou de purification. En soumettant ainsi à la distillation le produit combiné résiduaire contenant des matières insolubles carbonées, des cendres et, lorsque cela est approprié, en choisissant une matière de départ satisfaisant aux exigences définies,-il devient possible d'éviter l'opération difficile et onéreuse d'élimination des matières solides de la préparation du CRS et d'obtenir un produit de grand intérêt à prix réduit. La matière combustible fossile carbonée préférée pour utilisation dans le procédé de l'invention est un charbon de basse qualité présentant les caractéristiques définies, en particulier une lignite. La lignite a souvent une teneur très faible en cendres et en soufre, ce qui la rend particulièrement adaptée aux fins de l'invention. L'utilisation d'une tourbe adéquate entre également dans le cadre de l'invention. Les conditions utilisées dans l'opération de désoxygénation peuvent être pratiquement identiques à celles qu'on utilise pour la préparation du CRS. Ainsi, le solvant liquide et le vênicule d'hydrogène peuvent être l'un des solvants à haut point d'ébullition utilisé pour la fabrication du CBS et plus précisémert un liquide hydro-aromatique liquide à point d'ébullition compris entre SOC et 45000.On peut utiliser des fractions de créosote, si nécessaire traitées adéquatement à cet effet. On peut u@iliser des frac tions adéquates de gouaron provenant d'un four à coke ou de la pyrolyse de charbon, ou des fractions provenant de la gazéification de cnarbon, comme la fraction d'huile d'anthracène, ou d'autres fractions de ce type. On peut également utiliser l'extrait aromatique provenant du raffinage d'huile de lubrification après un prétraitement convenable, en particulier après hydrogénation partielle. Comme dans la préparation de ORS, on utilise le solvant en une quantité suffisante pour former une bouillie. Les rapports solvant/charbon peuvent varier de moins de 0,5 à plus de 5,0, mais sont de préférence dans la-gamme de 1 à 3. Pendant la dés oxygénation, la température préférée est supérieure à 350 C et inférieure à GOOG, de préférence comprise entre 400 C et 4500C, par exemple de 43000. La pression d'hydrogène peut être comprise entre 30 et 250 bars, de préférence entre 70 et 200 bars, par exemple de 140 bars. On notera qu'il est possible d'opérer à des températures supé- rieures si les pressions sont plus élevées, sous réserve que la formation de produits liquides soit évitée de manière suffisante. Le procédé de préparation de la matière carbonée peut s'effectuer en continu ou en aiscontinu. L'invention fournit également un procédé pour préparer du coke approprié pour des utilisations métallurgiques, selon lequel la matière carbonée de l'invention, plus particulièrement le produit du procédé de l'invention mentionné cidessus, est soumise sous forme d'un melange à la cokéfaction, relus particulièrement dans les conditions de cokéfaction courantes. De plus, l'invention fournit un procédé de préparation d'un mélange de charbon à cokéfier selon lequel la matière carbonée de l'invention, en particulier celle préparée de la manière décrite ci-dessus, est mélangée avec d'autres matières carbonées adéquates, ayant des propriétés de cokéfaction relativement inférieures, de façon à former un mélange présentant des propriétés de cokéfaction adéquates et améliorées. Le produit de l'invention peut encore être utilisé comme carburant tel quel ou dans des mélanges, étant notablement amélioré par rapport au produit de départ. Dans certains cas, on peut également l'utiliser comme matière d'alimentation destinées a etre transformées en carburants ou en produits pétro- chi@iques et en leurs précurseurs. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. EXEMPLE 1 : On utilise une lignite ayant la comosition suivante (toutes les valeurs sont en pourcentages pondéraux) : cendres 1,0 humidité 10,1 carbone 60,3 hydrogène 4,0 azote 0,5 soufre 0,25 oxygène 23,9 On broie 500 g de ce produit en particules e taille inférieure à 0,15 mm et on le met sous forme de bouillie avec 1000 g de tétraline. On chauffe dans un autoclave cette bouillie pendant 75 minutes à 420 C, de l'hydrogène étant introduit sous une pression de 90 bars (pression initiale). On n'utilise pas de catalyseur. A la fin ae la période de chauffage, on supprime la pression et on introduit directement la bouillie dans un appareil de distillation sous vide partiel jusqu'à obtention d'un point de coupe de 420 C à 750 mm de Hg. le résidu est un produit solide, cassant, d'un noir brillant, dont la composition est la suivante (pourcentages en poids) cendres 2,0 humidité O carbone 86,2 hydrogène 5,9 azote 0,2 soufre V,G7 oxygène 5,4 Le rendement est d'environ 50 en pois par rapport à-la lignite de départ. On prépare à partir du rsidu de l'exemple 1 un mélange comme suit Gn broie l'extrait de lignite et on l'ajoute à raison de 5% et de 10% à deux variétés de charbon, dont l'un ne présente aucune propriété de cokéfaction et dont l'autre est un bon charbon cokéfiant. Les aptitudes cokéfiantes des mélanges sont alors caractérisées au moyen de l'indice ae @oga et de déterminations dilatométriques. Indice de Roga % de dilatation Charbon A 24 - 15 + 5% El' 29 - 12 + 10% EL# 35 - 5 Charbon B 55 50 + 5% EL# 56 90 + 10% EL# 61 139 # EL = extrait de lignite Il est clair que l'addition d'extrait de lignite a un effet favorable sur les propriétés de cokéfaction d'un charbon et que le coke obtenu à partir de mélanges appropriés sera utile pour des utilisations métallurgiques. REVENDICATIONS 1. Matière carbonée dérivée d'un combustible fossile, solide, carboné, soumise e une désoxygénation et, lorsoue c'est nécessaire, à une déshydratation, en présente d'hydrogène et d'un solvant ayant des propriétés de véhicule d'hydrogène, caracterisée en ce qu'elle est compos6e de ou contient les produits et résidus combinés substantiellement solides et substantiellement non vola ils de la désoxygénation et de la déshydratation éventuelle, y compris les cendres et les matières insolubles carbonées, cette matière ayant un point de ramollissement, comme @@terminé par la methode de bille et anneau, supérieur à 3OaO. 2. Matière suivant la reven@ication 1, caractérisée en ce que sa teneur totale en produits carbonisés, c'est-àdire les cendres et les matiéres insolubles carbonées, est inférieure à 12% de préférence à 8%, en poids du produit solide et sec. 3. Matière suivant la revendication 2, caractérisée en ce que sa teneur réelle en cendres n'est pas supérieure à 10% de préférence à 7% en poids du produit solide et sec. 4. Matière suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle dérive de lignite. 5. Matière suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle contient au plus 2% de soufre par rapport au poids de la matière solide sèche. 6. Matiére suivant l'une quelconque des revendications I à 5, caracterisée en ce qu'elle contient oins de 0,) de soufre par rapport au poids de la matière solide sèche. 7. Matière suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle a un point de ramollissement, comme déterminé par la métho@e bille et anneau, supérieur à 100 C. @. Matière suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce -u'on l'utilise comme matière de départ pour réaliser des mélanges de charbon cokéfiant convemant à la pro@uction de charbon métallurgique. 9. Procédé de production d'une matière suivant la revendication 1, selon lequel on soumet un combustible fossile carbone solide dont la teneur en oxygène est indésirablement levée, plus particulièrement trop élevée pour qu'il présente des propriétés de cokefaction satisfaisantes, à une opération de désoxygénation et d'-liminatîon de l'eau éventuellement présente, cette opération consistant à chauffer la matière carbonée en contact intime avec un solvant liquide, un vénicule d'hydrogène et de l'hyorogene sous pression pour réaliser la désoxygénation, caractérisé en ce que cette opération est suivie d'une distillation du solvant et des altières volatiles à partir du produit combiné résultent du chauffage, et d'une récupération du résidu combiné résultant ae cette distillation. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le combustible fossile carboné solide contient au plus 7% en poids de cendres et au plus 4% en poids de soufre. 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le combustible est choisi de manière qu'il ait une tueur en cendres ne dépassant pas 4% en poids. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il est opéré avec un mélange de gaz technique contenant de l'hydrogène, tel qu'un gaz à l'eau ou un gaz générateur de pression. 13. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le combustible est choisi de manière qu'il ait une teneur en cendres inférieure à ; et une teneur en soufre inférieure à 1%, sur la base au poids à sec de matière solide. 14. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 9 à 13. caractérisé en ce qu'on utilise un charbon ae basse qualité, tel que de la lignite, en tant que combustible fossile. 15. Procéde suivant l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé e ce que les conditions de désoxygénation sont semblables à celles utIlisées dans la fabrication du charbon raffiné au solvant. 16. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu'il est suivi d'une incorporation dans un mélange cokéfiant du résidu combiné résultant de la désoxygénation, de la déshydratation éventuelle, et de la distillation du solvant et des matières volatiles, et d'une soumission du mélange à des conditions de cokéfaction. 17. Procédé de préparation d'un mélange de charbon cokéfiant caractérisé en ce cu'on mélange une matière suivant l'une cuelcolique des revendications 1 à 8 -wec une autre mati@re carbonée adéquate présentant des propriétés de cokéfaction relativement inférieures afin de former un mélange ayant des propriétés de cokéfaction relativement améliorées et ad@quates. @@. Procédé suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération subséquente de transformation du mélange en coke. 19. Mélange de charbon cokéfiant caractérisé en ce qu'il contient une matière suivant ltune @uelconque des revendications 1 à 8 et un charbon ayant des propriétés de cokéfaction inférieure.