Brevet FR2364263A1 — publié le 19780407

Il existe d'abondantes disponibilités de charbon comme source de chaleur. Toutefois, la plupart des charbons contiennent certaines quantités de soufre qui, lorsqu'on fait brûler le charbon, sont expulsées dans l'atmosphère sous forme d'oxydes de soufre, c'est-à-dire de polluants. A cause de regle- ments dJfinitifs gouvernementaux qui imposent une limite sur la quantité d'oxydes de soufre qu'il est permissible dfévacuer à l'atmosphère, il est devenu nécessaire et coûteux de traiter le charbon afin que sa combustion soit plus propre. Le mode de combustion a un effet encore plus restrictif sur l'emploi du charbon comme source de combustible.Tandis qu'anciennement la combustion du charbon s'effectuait en couches et dans un passé plus récent par la pulvérisation de particules atomisées de charbon dans une chambre de combustion, le charbon n'est pas facilement utilisable dans les br0leursa huile normaux. Un abord classique aux problèmes finoncés ci-dessus a prévu l'augmentation des fuel-oils réguliers au moyen de charbon micronisé, mais la stabilité en est faible et le mélange huile-charbon se sépare facilement. L'art antérieur pertinent est celui que l'on trouve dans le brevet américain No. 3 941 532 livre a Cottell où l'on emploie un procédé de fabrication et de combustion d'un mélange eau dans l'huile renfermant du charbon pulvérisé, utilisant lténergie sonique pour stabiliser la suspension, et ajoutant du calcaire pour réduire au minimum le dsgagement lors de la combustion des oxydes de soufre présents dans la bouillie. On trouve dans la lit texture des modes d'emploi de stabilisateurs spéciaux pour la bouillie Toutefois, le coût des stabilisateurs est souvent excessif, et le cott par kilocalorie du produit final est souvent égal ou supérieur à celui des fueloils liquides réguliers. Avantageusement, la présente invention concerne un procédé de prQ- paration à partir de charbon d'un combustible liquide bilant sans résidu t faible teneur en soufre qui est compatible avec la plupart des brûleurs regu- liers, qui produit au minimum le dégagement d'oxydes de soufre, et qui est stable. Ainsi, l'un des principaux objectifs de la présente invention est d'assurer un procédé de préparation à partir de charbon d'un combustible liquide brûlant sans résidu à faible teneur en soufre, en faisant subir au charbon un procéda économique de pyrolyse à température faible ou moyenne o (dans lequel les températures de pyrolyse varient sntre environ 371 C et environ 815 C) dont le résultat est une fraction d'huile, un produit de carbonisation, une fraction d'eau et un sous-produit gazeux. Un autre objectif de la présente invention est d'assurer un procédé de production a partir de charbon d'un combustible liquide brûlant sans résidu à faible teneur en soufre qui est facilement pompé et transporté en vrac et et qui est capable d'être adapté aux brûleurs à huile classiques. Encore un autre objectif de la présente invention est d'assurer un procédé de préparation a partir de charbon d'un combustible liquide brûlant sans résidu à faible teneur en soufre dont le niveau de cendre dans le combustible résultant est de moins d'environ 0,5% en poids, et dont le niveau de soufre dans le combustible est de moins d'environ 0,5* du carbone et des hydrocarbures présents. Encore un autre objectif est d'assurer à partir de charbon un combustible brûlant sans résidu à faible teneur en soufre sous forme de suspension qui est suffisamment stable sans l'addition d'un stabilisateur. Encore un autre objectif de la présente invention est d'accroître la stabilité de la suspension tout en réduisant les frais de préparation du combustible en utilisant dans le combustible la fraction d'eau résultant de la pyrolyse du charbon. Encore un autre objectif de la présente invention est d'assurer un procédé de préparation à partir de charbon d'un combustible liquide brûlant sans résidu à faible teneur en soufre dans lequel des qualits régulières de fuel-oils ordinaires peuvent être manges au combustible de la présente invention sans risque de séparation. D'autres objectifs, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description de la réalisation prgférge. La présente invention concerne un procédé de préparation à partir de charbon d'un combustible liquide brûlant sans résidu a faible teneur en soufre, On fait subir au charbon un procédé de pyrolyse a température faible ou moyenne, procédé qui est bien connu dans les milieux industriels, de fanon que quatre composants soient produits: (1) une fraction d'huile liquide; (2) un produit de carbonisation; (3) une fraction d'eau; et (4) un sous-produit gazeux. La fraction d'huile liquide contient des hydrocarbures paraffiniques, des aromatiques, des polyaromatiques et des oxycomposés normaux tels que les phénols, les crsols, les acides organiques et semblables. La composition est variable selon le procédé, étant donne que les températures élevées ont tendance a produire le craquage des composants à point d'4bullition élev. L'huile liquide constitue un combustible excellent si certaines mesures tell-es que la dénitrification et la dzsulfuration par les méthodes connues sont prises.Les composés oxygnés de la fraction d'huile augmentent beaucoup la stabilité de la suspension du combustible résultant de la présente invention et sont donc des composants très souhaitables. Le produit de carbonisation provenant du procédé de pyrolyse renferme ordinairement la plupart du soufre inorganique du charbon, a savoir dans la cendre. Dans la présente invention, la cendre est dliminse par des méthodes classiques de micronisation du produit de carbonisation suivies de la séparation de la cendre et du soufre du produit de carbonisation par des méthodes connues telles que la flcttation, la séparation par gravité ou la transformation chimique. Le restant du produit de carbonisation est constitué principalement de carbone et il ne reste que de très faibles quantités de soufre.Moyennant ces techniques, il est possible de maintenir la teneur en cendre à des niveaux comparables à ceux des fuels-oils, et la teneur en soufre en dedans des limites imposées par le règlement sur l'environnement. Le produit de carbonisation résultant est donc utile dans la composition de la présente invention. Un sous-produit du procédé de pyrolyse est la fraction d'eau liquide, la quantité de la fraction d'eau liquide étant en grande partie fonction de la teneur en eau du charbon. Cette fraction d'eau liquide est habituellement contaminée de composants volatils qui se dissolvent jusqu'à certain point dans la phase aqueuse. Par conséquent, l'élimination de cetteeau demande normalement des procédés de nettoyage qui augmentent le cout des opérations classiques Toutefois, il a été déterminé que cette fraction d'eau liquide est utile dans la présente invention. Le procédé de pyrolyse produit également un sous-produit gazeux qui possède d'ordinaire une teneur élevée en hydrocarbures de poids moléculaire plus élevé, donnant ainsi un gaz à kilocalories élevées qui sert d'excellent combustible. Une partie du soufre or gantue dans le charbon accompagne ordinairement le gaz sous forme de sulfure d'hydrpgène, de dioxyde ds soufre, de sulfure de carbonyle, de mercaptans et d'autres composés semblables que l'on peut extraire par des méthodes connues. La présente invention est orientée vers le mélange des produits formés par un procédé de pyrolyse du charbon, à savoir un mélange de la fraction d'huile liquide désulfurée, du produit de carbonisation micronisé dont la cendre et le soufre ont en grande partie été éliminés, st de l'eau qui peut être la fraction d'eau produite au cours d'une telle pyrolyse du charbon. Le mélange résultant est bien mélangé avec ou sans agent stabilisateur et forme une suspension stable que l'on peut transporter au moyen detuyauteries ou en vrac et stocker, et qui donne un combustible brû- lant sans résidu dont la valeur de kilocalories est de 6107 à 7772 kcal/kg, selon la composition. quant le produit de carbonisation résultant du procédé de pyrolyse est micronisé et la cendre est éliminée par une méthode bien connue telle que mais pas limitée à la gravitation. la flottation ou des méthodes chimiques, le produit de carbonisation résultant est principalement composé de carbone. En outre, quand le produit de carbonisation est micronisé dans un tamis comportant moins de 80 mailles par cm linéaire environ, le poids du produit de carbonisation micronisé et suspendu par rapport au poids total de la suspension de combustible liquide de la présente invention peut être varié de O à au moins 50 %.Avantageusement, la teneur élevée en carbone augmente le rendement de kcal/kg tout en réduisant au minimum le dégagement d'oxydes de sulfure, et la présence d'eau dans le combustible résultat diminue la viscosité de celuici pour le rendre mieux adapté au pompage. par exemple à travers les pipe-lines. En outre, l'addition d'eau au mélange produit de carbonisation/huile réduit de façon dramatique la formation de suies dans les foyers de chaudière et permet aussi des mélanges d'air/combustible plus pauvres. L'eau et l'émulsion favorisent l'explosion des gouttelettes de combustible. produisant ainsi un mélange plus intime de combustible et d'air pendant la combustion. L'eau réagit aussi avec le carbone et les hydrocarbures pour former de l'oxyde de carbone et de lthydrogène facilement combustibles. Les nouveaux procédés de pyrolyse à faible et moyenne température sont industriellement économiques et possèdent des caractéristiques qui aumgentent au maximum soit les gaz soit les liquides provenant du charbon, donnant un produit de carbonisation à grande surface et à faibles quantités de matières volatiles. Les proportions relatives des composants du combustible composé sont facilement modifiées dans des limites très variables. A titre d'exemple, il est facile de réduire la teneur en eau à environ i % à 2 % en poids du combustible composé total sans sacrifier la qualité de la suspension, et cette teneur peut être aussi élevée qu'environ 25 % en poids sans avoir d'effet sur les caractéristiques de flamme à condition que les réglages appropriés du brûleur soient faits.En outre, la teneur en produit de carbonisation peut constituer n'importe quelle proportion du combustible, même en excès de 50 % en poids, tout en reconnaissant que la stabilité et la viscosité sont influencées par une teneur en produit de carbonisation plus élevée. Le produit de carbonisation en provenance du procédé de pyrolyse forme une suspension stable beaucoup plus facilement que ne le fait le charbon, étant donné que le produit de carbonisation pyrclytique a une surface élevée à cause des micropores formées pondant le procédé de pyrolyse. Par conséquent, il n'est pas ordi nairement nécessaire d'ajouter de stabilisateurs au combtustible. Toutefois si l'on veut augmenter encore davantage la stabilité du combustible, une telle stabilité accrue peut entre obtenue moyennant l'addition de stabilisateurs de suspension organiques ou inorgani quels, comme ceux qui sont versés dans l'art se rendront compte. En tant que réalisation préférée de la présente invention on fait subir au charbon n'importe quel procédé de pyrolyse clas sique à faible ou moyenne température > ce qui produit une fraction d'huile liquide, un produit de carbonisation, une fraction d'eau et un sous-produit gazeux. Le produit de carbonisation résultant, la fraction d'huile liquide et la fraction d'eau sont donc les composants du combus tible final. On peut mélanger les composants dans n'importe quel ordre et dans n'importe quelle proportion pourvu que la combustion du combustible puisse se produire, mais suivant une réalisation préférée, on se sert de (A) 5 parties en poids du produit de car bonisation micronisé relativement libre de cendre et on le mélange à 1,5 parties en poids de la fraction d'eau et (B) 3 parties en poids de la fraction d'huile intimement mélangée à 0.5 parties en poids de l'eau et on mélange ensuite A et B en versant le mélange A dans un réservoir brassé contenant le mélange B, ou en se servant d'un mélangeur en continu pour le procédé.Selon la fraction d'hui le et la viscosité préférée du mélange, la relation entre A et B peut etre modifiée pour satisfaire les exigences de l'emploi défi nitif. A titre d'exampla, s'il faut modifier la viscosité, on peut ajouter du fuel-cil régulier et dans ce cas il est préférable de diviser le mélange A et de mélanger une partie de celui-ci au mé lange B et l'autre partie à ce qui serait autrement le mélange B mais dans lequel du fuel-oil remplace la fraction d'huile pyroly tique. Les parties respectives sont ensuite mélangées. Toutefois, il est egalsment possible de mélanger la fuel-oil à la fraction d'huile pyrolytique et de constituer le combustible composé tel que décrit ci-dessus. Si la fraction d'huile en provenance du procédé de pyrolyse est lourde et contient des quantités considérables de goudron, une réalisation préférée est de séparer le goudron lourd par distilla tion. En prenant à titre d'exemple environ 3710C comme point de fractionnement, le goudron lourd fractionné est ordinairement solide à température ambiante mais liquide à la température de l'eau bouillante. Ce goudron est intimement mélangé à de l'eau chaude (bouillante ou presque bouillante) pour faire une suspension huile dans l'eau stable à température ambiante. La suspension froide (température ambiante) est utilisée pour la formulation des mélanges A et B ci-dessus, sauf que les pourcentages des composants sont ajustés pour tenir compte de la teneur en goudron de l'eau pour que la composition finale soit celle voulue, c'est-àdire la proportion du mélange de A et de B. Le combustible résultant peut être préchauffé et brûlé comme fuel-oil nO 5 ou nO 6. Bien réglée, ce qui entre facilement dans les compétences de l'art, la combustion sera sans fumée à faible excès d'airs cequi réduira au minimum la formation d'oxydes de nitrogène dans le gaz de carneau. La fraction d'huile liquide est, le cas échéant, désulfurée par des méthodes connues, telles que son traitement à l'hydrogène à températures élevées. Le produit de carbonisation en provenance du procédé de pyrolyse est micronisé, de préférence dans un tamis comportant moins d'environ 80 mailles par cm linéaire, et la cen dre et le soufre accompagnant sont éliminées par des méthodes connues telles que mais pas limitées à la gravitation, la flottation ou des méthodes chimiques. Quand on emploie la flottation, il faut que la dimension des particules de produit de carbonisation soit égale ou inférieure à la dimension des inclusions de cendre dans le charbon.Une méthode de flottation telle que décrite dans le brevet américain nO 3 794 250 où la dimension granulométrque est de moins de 0,158 cm est complètement inacceptable pour la plupart des charbons, car on a trouvé qu'il faut que celle-ci corresponde à un tamis de moins de 80 mailles par cm linéaire et que des quantités importantes de la matière passent par un tamis de 128 mailles pour pouvoir séparer la cendre sans une perte trop importante de carbone. Pour la plupart des qualités de charbon, il est possible de réduire la teneur en cendre du produit de carboni-sation à environ 0,5 % en poids ou moins. La fraction d'eau, qui est probablement contaminée de plusieurs composés volatils, ne subit aucun procédé de nettoyage. On peut s'en servir comme composant du combustible final sans traitement ultérieur. REVENDICATIONS. 1. Procédé de préparation à partir de charbon d'un combustible liquide > comportant les étapes suivantes : (al on fait subir au charbon une pyrolyse à température fable ou moyenne de façon à former une fraction d1huils > un produit de carbonisation et une fraction d'eau et, (b) la formation d'une suspension stable en mélangeant la fraction d'huile et le produit de carbonisation en provenance de l'étape ta) avec do l'eau. 2. Procédé de la revendication 1 dans lequel la fraction d'huile est désulfurée. 3. Procédé de l'unequelconque des revendications 1 et 2 dans lequel l'eau de l'étape Cb) est la fraction d'eau de l'étape Ca). 4. Procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la quantité de cendre et de soufre dans le produit de carbonisation est réduits moyennant la micronisation du produit de carbonisation, ladite micronisation étant suivie de l'élimination d'uns partie considérable de la cendre et du soufre. 5. Procédé de la revendication 4 dans lequel le produit de carbonisation est micronisé à une dimension correspondant à un tamis de moins d'environ 80 mailles par cm linéaire. 6. Procédé de la revendication 5 dans lequel la teneur en cendre apres élimination est d'environ 0,5 % cu moins de cendre en poids. 7. Procédé de l'une quelconque des revendications 5, 8 et 7, dans lequel (i) la fraction d'huile est mélangée à l'eau en proportion d'environ 3 à environ 0,5 parties en poids, respectivement, Cii) le produit de carbonisation micronisé est mélangé à l'eau en proportion d'environ 5 à environ 1.5 parties en poids, respectivement, et Ciii) les mélanges des étapes Ci) et Cii] sont combinés. 8. Procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel du fuel-oil est mélangé au combustible liquide. 9. Procédé de préparation d'un combustible liquide sensiblement tel que décrit ici. 10. Procédé produit par le procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 9.