Brevet FR2299393A1 — publié le 19760827

'invention concerne un procédé spécial pour opérer une extraction sur du charbon au moyen a d'un mélange dt- hydrocarbures dans des conditions assurant une hydrogénation. Le but à atteindre est d'obtenir des produits carbonés solubles, dans une large mesure exempts de cendres et contenant peu de soufre. On a déjà proposé de nombreux procédés pour opérer une extraction sur du charbon. Beaucoup d'entre eux provo- quent, indépendamment du type de solvant utilisé, par exemple, de produits aromatiques polycycliques à faible poids moléculaire, une consommation importante dthydrogène, ce qui rend ces procédés peu satisfaisants au point de vue économique. On a aussi mis en oeuvre, comme solvants, des combinaisons hydroaromatiques, telles que les tétrahydronaphtaline, décahydronaphtaline ou hydrophénanthrène. Ceux-ci transmettent, pendant l'opération d'extraction, une partie de leur hydrogène aux groupes structurels fortement condensés du charbon, de sorte que ces derniers se dépolymérisent partieliement et peuvent alors passer en solution. Après que l'on a séparé-par distillation l'extrait carboné du solvant, on réhydrogénise ce dernier dans une pha- se supplémentaire du procédé, pour le renvoyer dans l'opération. Comme solvants qui contiennent, également un hydrogène disponible, on a proposé aussi, dans les-usines pétrochimiques les coupes d'hydrocarbures qui sons oDtenues, comme par exemple des huiles ae craquage a faible teneur en produits aromatiques ou des huiles moyennes à haute teneur en produits aliphatiques. Ces produits aussi doivent être hydrogènés après avoir été séParés, avant d'être retournés à l'extraction. Ces procédés sont onéreux et coûteux au point de vue appareillage et au point de vue conduite de l'opération. Dans d'autres procédés, on ajoute aux matières que l'on met en oeuvre pour l'extraction, des catalyseurs d'hydrogénation. Leur séparation et leur récupération sont souvent Si onéreuses qu'on les abandonne dans le charbon résiduel. Il se produit alors une importante diminution de la valeur de ces déchets dont la-combustion peut, sans installations spéciales, en outre, être très nuisible à l'environnement. L'invention a nouer objet de trouver un solvant qui permette d1extraire une importante partie du charbon avec une faible consommation d'hydrogène, dans une opération conduite économiquement avec une technologie la plus simple possible et qui puisse être récupéré dans une mesure élevée, pour pouvoir être renvoyé dans l'opération. De la première exigence, il résulte que le solvant doit contenir des composants dont la constitution chimique soit analogue à celle du charbon lui-meme. Alors seulement les fractions à haut poids moléculaire qui apparaissent lors de la-dépolymérisation du charbon se produisant pendant l'extraction, peuvert se mettre en solution. Le faible taux de dépolymérisation du charbon,que l'on maintient de cette façon, assure en même temps que la consommation d'hydrogène sera faible. Cette condition est remplie par les systèmes qui ont une teneur importante en produits aromatiques hautement condensés. La deuxième condition est obtenue dans un solvant qui est facile à distiller, car on ne peut obtenir, d'une façon économique, un taux élevé de récupération que par voie de distillation. En raison du point d'ébullition élevé des combinaisons aromatiques, les deux exigences sont antagonistes. Le but de l'invention est de trouver entre elles un compromis optimum. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour la fabrication de produits carbonés à faible teneur en cendres en soumettant à extraction, par un mélange d'hydrocarbures liquides formant l'agent d'extraction,du charbon finementpulvérisé, en présence d'hydrogène, à 200 à 500 C, de préférence 375 à 4250C, sous une pression de 10 à 750 bars, de préférence de 90 à 130 bars en séparant ensuite le résidu, qui n'est plus susceptible d'ex tractions de l'extrait, et en partageant ensuite l'extrait par dis tillation, procédé caractérisé en-ce que l'on utilise, comme mélange d'hydrocarbures, un produit dont la zone d'ébullition se situe entre 135 et 5500C, de préférence 180 à 2900C, à la pression nor-male, qui se forme au cours de l'opération d'extraction, comme agentd'extraction, à la suite de la mise en oeuvre primitive d'une huile lourde dont la zone d'ébullition est, à la pression normale, de 135 à 5500C, de préférence de 210 à 460 , ayant une teneur domi nante, de préférence supérieure à 80% en poids, en composés aromatiques. On met en oeuvre le charbon et l'agent d'extraction dans un rapport en poids de 1; 0,5 à 5, de préférence 1 : 1,5 à 2,5. Au cours de l'extraction, les-durées de séjour peuvent entre de l'ordre de 0,5 à 5 heures, de préférence de 1 à 3 h. Les houilles qui conviennent le mieux pour l'application du procédé, sont celles qui ont une haute teneur en produits volatils, c'est-à-dire les flambants, les flambants à gaz, et les charbons à gaz, en particulier les flambants à gaz. La teneur en produits volatils doit se situer dans l'ordre de 28 à 45 %, de préférence 30 à 40 % (calculé sur le charbon exempt d'eau et de cendres). La grosseur des particules du charbon qu'on destine à l'extraction doit être Les meilleurs rendements d'extraction peuvent être obtenus en réglant la température à celle qui est la meilleure pour chacun des charbons mis en oeuvre au départ. Cette température devra toujours Btre déterminée par des essais préalables. Le problème décrit sera résolu suivant l'invention en mettant en oeuvre une huile, lourde riche en produits aromatiques ayant les caractéristiques indiquées, de préférence une huile lourde de pyrolyse, ctest-à-dlre le résidu atmosphérique de la phase liquide de la pyrolyse, qui se transforme, d'une façon surprenante, dans les conditions de l'ex- traction hydrogenante en un solvant qui disscut, avec une faible consommation d'hydrogène, sans addition de catalyseurs, les produits de la dépolymérisation à haut poids moléculaire formés à partir du charbon, qui peut être récupéré, après ltextraction, avec un rendement élevé, par distillation, et qui peut être retourné dans le circuit de l'opération.Si l'on choisit ccnvenablement- les conditions de l'extraction, le solvant se forme déjà; avec un rendement élevé, au cours du premier passage. Les pertes en agent d'extraction par polymérisation ou polyaddition peuvent entre remplacées en utilisant l'huile lourde riche en produits aromatiques, ayant les caractéris- tiques indiquées, que l'on a utilisée à l'origine pour la mise en route de l'installation. Les avantages cbtenus avec l'invention résident en particulier en ce que, par rapport anx autres procédés pour l'obtention de produits carbonés exempts de cendres et a: faible teneur en soufre, par extraction hydroEer e,on abaisse ia consommation d'hydrogène, diminue l'étendue des installations puisqu'il n'est plus nécessaire d'hydrogéner le solvant, et on obtint un charbon résiduel,exempt de restes de catalyseurs, qui en dimi nueraient la valeur. En outre, le produit brut obtenu est très fluide et facilement filtrable, ce qui abaisse les frais de la séparation, le plus souvent onéreuse, du filtrat et du charbon résiduel. Le procédé que l'on vient de décrire peut être exécuté aussi bien par charges séparées qu'en continu, en utilisant les méthodes technologiques courantes dans les techniques de ce genre et qui sont bien coizaues. Le reste obtenue après séparation.par distillation de l'extrait est alors un produit carboné à faible teneur en cendres qui présente un point ou une zone de ramollissement de l'ordre de 100 à 200 C. On doit le considérer comme un dépolyméri- sat du charbon légèrement hydrogéné. n est en outre soluble dans toute une série de solvants usuels, dans des mesures variables, et on peut encore continuer à le séparer de cette façon. Les produits carbonés fabriqués suivant l'invention, solubles, à faible teneur en cendres, peuvent être utilisés, grâce à leur faible teneur en soufre, comme combustible non polluant. ns peuvent de plus, servlr de matières premières pour la fabrication de produits pétrochimiques. Ils conviennent, également, comme produits de départ pour la cokéfaction de coke pour électrodes ou pour la fabrication de noir de carbone. Enfin sous une forme finement pulvérisée, ces produits de la carbonisation peuvent être utilisés comme carburant pour des moteurs à charbon pulvérisé. L'invention sera mieux comprise en regard des exemples de réalisation ci-après, qui sont donnés sans aucune idée de limitation. EXEMPLES 1 à 6 Dans un autoclave à agitateur de 5 l, chau- fé électriquement, on charge 750 g de charbon flambant à gaz fine ment pulvérisé (grosseur des particules @ 200# # m), et 1500 g d'hui- le lourde de pyrolyse, et y envoie de l'hydrogène, 80uS une pres- sion de 50 bars au début, On chauffe cette charge jusqu'à la température terminale voulue, pendant que la pression monte. Après une durée d'extraction de deux heures en tout, on refroidit l'autoclave et détend par l'intermédiaire d'un compteur à gaz. On sépare la masse brute, par filtration, en charbon résiduel et produit extrait. On obtient ensuite par distillation de cet extrait, les produits carbonés et le solvant que l'on renvoie pour une nouvelle opération. Le tableau I rassemble quelques résultats typiques d'essais. Dans ce tableau, waf signifie exempt d'eau et de cendres. Par taux d'extraction, on doit comprendre la proportion extraite du charbon utilisé. D'après le tableau I, on peut se rendre compte, en outre, qu'en raison des importantes modifications structurelles quia subie l'huile lourde, que l'on a d'abord mise an oeuvre, dans les conditions de l'extraction, il s'est formé un mélange d'hydrocarbures récupérable dans une large mesure, ayant un pouvoir solvant important, qui est capable d'extraire une importante proportion du charbon avec une faible consommation d'hydrogène. Le tableau 2 indique les spécifications caractéristiques de l'huile lourde de pyrolyse utilisée dans les exemples, du solvant récupéré, ainsi que du charbon mis en oeuvre et des produits carbonés obtenus. TABLEAU I - CONDITIONS D'ESSAIS ET AUTRES Exem- Tempéra- Pression Taux d'- Récupé- Consommation ple solvant ture extrac- ration de H2/kg de t :( C) s (bar) stick en adu sol- :charbon mise waf (%) vant (%) en oeuvre (N1) 1 huile lour de de pyro :lyse s 400 : -108 s 72,3 s 66,8 s 108 2 :solvant :: t : : t récupéré t 375 : 106 : 43,2 : 95,4 : 50 3 : d0 : 400 : 108 : 60,4 : 98,5 : 64 4 t de t 400 : 109 : 61,3 : 95,6 : 74 5 s d0 : : 425 : 105 a 61,7 t 92,3 : 140 6 : d0 : 450 : 144 : 25,0 : 89,2 : 145 TABLEAU 2 TABLEAU 2 - CARACTERISTIQUES DES PRODUITS MIS EN OEUVRE ET DU PRODUIT FINAL produit huile lour solvant charbon de la de de pyro récupéré mis en carboni lyse oeuvre sation a t t t S zone d'- : a teneur en cendres : : a ébullition: 214-458 :180-290 t en poids % s 7,2 : 0,2 ( C) t . o o Asphaltène 13,7 teneur en soufre 1,41 0,3 en poids% : : t en poids % % : a Indice de t t : Carbone : a brome (g 38,9 6,3 en poids % 78 90 Br/100 g) t t : hydrogène t : t : en poids % : 4,8 : 5,9 point de ramollis sement ( C) - env. 120 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'inven- tion. R E V E N D I C A T I O N S i.- Procédé pour la fabrication de produits carbonés à faible teneur en cendres en soumettant à extraction par un mélange d'hydrocarbures liquides formant l'agent d'èxtraction du charbon finement pulvérisé, en présence d'hgdrogène, à 200 à 500 CF de préférence 375 à 425 Cw Bous une pression de 10 à 750 bars, de préférence de 90 à 130 bar , en séparant ensuite le résidu, qui n'est plus susceptible d'extraction, de l'extrait, et en partageant ensuite l'extrait par distillation, procédé caractérisé en ce que l'on utilise, comme mélange d'hydrocarbures, un produit dont la zone d'ébullition se situe entre 135 et 550 C, de préférence 180 à 2900C, à la pression normale, qui se forme au cours de l'opération d'extractions comme agent d'extraction, à la suite de la mise en oeuvre primitive d'une huile lourde,dant la zone d'ébullition est, à la pression normale, de 135 à 550 C, de préférence de 210 à 4600C, ayant une teneur dominante, de préférence supérieure à 80 % en poids, en composés aromatiques. 2.- Procédé pour la fabrication de produits carbonés à faible teneur en cendres, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre le charbon et l'agent d'- extraction dans un rapport en poids de 1 : 0,5 à 5, de préférence de 1 : 1,5 à 2,5. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on maintient,au cours de l'- extraction, des durées de séjour de 0,5 à 5 heures, de préférence de 1 à 3 h. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on opère l'extraction en continu.