Brevet FR2472004A1 — publié le 19810626

La présente invention concerne un procédé pour isoler du noir de carbone à partir d'une suspension aqueuse par mélabge de cette dernière avec des hydrocarbures à bas point d'ébullition et détente du mélange dans un récipient à basse pression, le mélange se séparant alors en une phase gazeuse consistant en les vapeurs d'hydrocarbures formées à la détente, qui entraînent le noir de carbone, et une phase aqueuse liquide. On sait que l'on peut hydrofuger du noir de carbone en suspension dans l'eau, tel qu'obtenu par exemple dans des opérations de gazéification des huiles sous pression, par mélange avec des hydrocarbures, ce qui provoque une séparation du noir de carbone et de l'eau. Le but recherché dans cette opération consiste en général à renvoyer le noir de carbone séparé vers le réacteur de gazéification et à recycler l'eau débarrassée du noir de carbone dans l'opération dans laquelle il y a formation d'une suspension aqueuse de noir de carbone. Dans de tels cas, il est recommandé d'hydrofuger directement au moyen d'huiles hydrocarbonées lourdes, par exemple des huiles de chauffage lourdes ou des résidus de trai- tement des pétroles sous vide (demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne publiée sous n0 DOS 23821.358). Du fait que la séparation par mélange avec des huiles lourdes, même à tempé- rature élevée, est relativement lente, il s'est avéré avantageux d'hydrofuger au moyen d'hydrocarbures à bas point d'ébullition et de mélanger ensuite dans un deuxième stade opératoire la suspension de noir de carbone et d'hydrocarbures avec de l'huile lourde. Après séparation des hydrocarbures légers par distillation, on peut recycler la suspension à l'installation de gazéification (brevets de la République Fédérale d'Allemagne n0 1.216.259, n0 2.346.742 et n0 2.557.684). Toutefois, si l'on veut récupérer le noir de carbone isolé, et selon la technique antérieure, on sépare la suspension de noir de carbone dans des hydrocarbures liquides d'avec l'eau débar- rassée du noir de carbone et on élimine l'hydrocarbure par vapori- sation ou encore par des moyens mécaniques. Le noir de carbone isolé de cette manière contient encore des grandes quantités d'humidité, par exemple jusqu'à 15% (demande de brevet de la Répu- blique Fédérale d'Allemagne publiée sous n0 DOS 2.216.155) et même beaucoup plus selon la technique d'isolement, et par exemple de à 70% (demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne publiée sous n' DOS 2.510.876). Si l'on recherche un noir de carbone anhydre, il faut procéder à un séchage pénible et coûteux, en général à des températures de 350 à 600C. Récemment, on a décrit un procédé permettant, à partir de suspensions aqueuses de noir de carbone, d'obtenir directement ce dernier à une teneur en humidité d'environ 2% en poids seulement. On parvient à ce résultat en traitant la suspension par des hydro- carbures à bas point d'ébullition sous pression puis en détendant le mélange, ce qui provoque une séparation en hydrocarbures vapo- risés, eau pratiquement débarrassée de noir de carbone, et noir de carbone (brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 2.546.072). On a maintenant constaté qu'on obtenait un noir de carbone sec et non collant à des teneurs en humidité encore plus faibles que par le procédé décrit ci-dessus, à partir d'une suspension aqueuse et à l'aide d'hydrocarbures lorsqu'on mélangait la suspension aqueuse contenant le noir de carbone avec des hydro- carbures à bas point d'ébullition, qu'on détendait le mélange à une température de 20 à 180C et une pression de 2 à 30 bars dans un récipient placé sous une pression plus basse et qu'on évacuait séparément du récipient de détente la phase gazeuse formée à la détente, consistant en les hydrocarbures vaporisés et transportant le noir de carbone, et la phase aqueuse résiduelle liquide, prati- quement débarrassée du noir de carbone. Pour le mélange de la suspension aqueuse de noir de carbone, on utilise avantageusement un circuit avec pompe de mélange, mais on peut également utiliser d'autres appareils de mélange, par exemple des récipients équipés de dispositifs d'agitation. Les hydrocarbures à bas point d'ébullition qu'on doit mélanger con- tiennent avantageusement de 3 à 10 et de préférence de 4 à 8 atomes de carbone. On citera par exemple le butane, le pentane, l'hexane, le benzène, ainsi que des fractions d'essence minérale aux inter- valles d'ébullition correspondants. Selon les hydrocarbures choisis, le mélange est effectué à une température de 20 à 180C et sous une pression de 2 à 30 bars. Lorsqu'on utilise du pentane ou de l'hexane, il est effectué par exemple à une pression de 4 à 8 bars et une température de 60 à 100'C. Le mélange de noir de carbone, d'eau et d'hydrocarbure est détendu dans un récipient placé à une pression inférieure à celle de l'appareil de mélange. La détente doit être effectuée dans des conditions telles, par exemple à l'aide d'une pompe, qu'il n'y ait pas de démixtion du système hydrocarbure-eau-noir de carbone. Cette démixtion doit se produire seulement derrière le dispositif de détente. En général, on détend à pression normale mais, naturellement, le récipient de détente peut être placé sous une pression supérieure ou inférieure, pour autant qu'il existe une chute de pression suffisante entre ce récipient et l'appareil de mélange. On maintient le récipient de détente à une température suffisante pour que l'hydrocarbure mis en oeuvre vaporise mais non l'eau. En général, cette tempéra- ture est de 80 à 120C. Le noir de carbone est évacué du récipient de détente avec les vapeurs d'hydrocarbures.Dans un mode de réali- sation préféré, ce récipient de détente contient une colonne de descente qui dépasse suffisamment la phase aqueuse vers le haut pour que les hydrocarbures vaporisés soient évacués avec le noir de carbone par la colonne de descente sans qu'une partie de la phase aqueuse puisse y pénétrer. Naturellement, on peut aussi évacuer les vapeurs d'hydrocarbureset le noir de carbone du réci- pient de détente par d'autres moyens. La phase aqueuse restant dans le récipient, qui est pratiquement exempte de noir de carbone, est avantageusement évacuée de la région inférieure du récipient. Elle peut être recyclée par exemple dans l'appareil de préparation de la suspension de noir de carbone ou encore comme eau de refroi- dissement dans une installation de gazéification des huiles. A partir du mélange des vapeurs d'hydrocarbureset de noir de carbone, on sépare ce dernier de manière connue en soi. Ainsi, la colonne de descente peut déboucher dans un cyclone dans lequel il y a séparation du noir de carbone. Il peut être avanta- geux de soumettre à une nouvelle épuration les vapeurs d'hydrocar- buressortant du cyclone, par exemple par passage dans un deuxième cyclone et/ou par envoi à un lavage. Ce lavage peut être effectué par exemple à l'aide d'huiles hydrocarbonées lourdes chaudes qui 2472004. peuvent servir ensuite de matières premières pour la gazéification. On peut utiliser, à la place des cyclones, d'autres appareils usuels de séparation, par exemple des filtres, ou encore des combinaisons de cyclones et de filtres. Le noir de carbone est séparé à chaud, par exemple entre 80 et 1200C. Les vapeurs d'hydro- carbures débarrassées du noir de carbone peuvent être recyclées, par exemple, après condensation, dans l'appareil de mélange. Le noir de carbone évacué du récipient de détente avec les vapeurs d'hydrocarburescontient en général d'environ 0,5 à 1,5% en poids d'humidité. On peut encore diminuer cette teneur en envoyant le noir de carbone, après séparation des vapeurs d'hydro- carbures, dans une installation de séchage. On peut ainsi abaisser encore la teneur en humidité de manière connue en soi, par exemple par chauffage ou par traitement au moyen de gaz inertes chauds, et un avantage particulier du procédé selon l'invention réside en ce que ce séchage peut être effectué à des températures relativement basses, par exemple de 200 à 3000C. Le noir de carbone obtenu est anhydre, non collant et remarquablement stable à la conservation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente schématiquement un appareillage pour sa mise en oeuvre. En référence à cette figure, l'appareil de mélange 2, maintenu à haute température, est chargé par un conduit 1 d'une suspension aqueuse de noir de carbone sous haute pression et par un conduit 8 d'une fraction d'essence minérale volatile sous la même pression. Le mélange est envoyé par l'intermédiaire du dispo- sitif de détente 3 dans le récipient de détente 4 chauffé et sous pression normale. Dans ce récipient, il y a séparation en une phase aqueuse liquide qu'on évacue par le conduit 6 et une phase gazeuse consistant en les vapeurs d'essence entratnant le noir de carbone et qui s'écoule par la colonne de descente 5 et le conduit 7 dans le cyclone 8 maintenu à une température à peu près égale à celle du récipient 4. Le noir de carbone séparé dans le cyclone 8 est envoyé par le conduit 9 dans le séchoir 10 dans lequel on introduit de l'azote par le conduit 24. Le noir de carbone séché, 247O00 ' anhydre, est envoyé par le conduit 11 dans le réservoir de stockage 12. Les vapeurs d'essence minérale débarrassées du noir de carbone dans le cyclone 8 passent par le conduit 13 dans le laveur 14 maintenu à haute température et dans lequel elles sont lavées par de l'huile lourde introduite par le conduit 15; ce lavage élimine les dernières traces de noir de carbone des vapeurs d'essence, L'agent de lavage usé est évacué de l'installation par le conduit 16. Les vapeurs d'essence sont envoyées par le conduit 17 dans le condenseur 18 et, après condensation, passent par le conduit 19 dans le récipient 20 équipé de la colonne 21 dans laquelle la fraction d'essence condensée, maintenue au reflux, est séparée de l'azote introduit. L'azote passe par l'intermédiaire du réfrigérant 22 et du conduit 24 & l'utilisation en tant que gaz inerte pour le chauffage (non représenté) du séchoir 10 et éventuel- lement également dans le réservoir de stockage 11, S'il n'est pas nécessaire à cet endroit, il est évacué de l'installation par le conduit 23. La fraction d'essence quitte le récipient 20 par le conduit 26, elle est ramenée par la pompe 27 à la pression néces- saire et passe ensuite par le conduit 28 à l'appareil de mélange 2. L'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE On mélange 50 m /h d'une suspension aqueuse de noir de carbone contenant 0,8% en poids de ce dernier, à 80C et 6 bars, avec 3 t/h d'une fraction d'essence volatile et on détend ensuite dans un récipient maintenu à 1000C environ et à pression normale. Le noir de carbone quittant le récipient de détente avec les vapeurs d'essence contient 0,7% en poids d'eau. L'eau évacuée du récipient est pratiquement débarrassée du noir de carbone. La séparation du noir de carbone et des vapeurs d'essence est èffec- tuée dans un cyclone à 110'C environ. Le noir de carbone est ensuite séché à 2750C environ. Il est alors pratiquement anhydre. 2472004! R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé pour isoler le noir de carbone d'une suspension aqueuse à l'aide d'hydrocarbures, caractérisé en ce qu'on mélange la suspension aqueuse contenant le noir de carbone avec des hydrocarbures à bas point d'ébullition, on détend le mélange à une température de 20 à 180'C et sous une pression de 2 à 30 bars dans un récipient placé sous une pression plus basse et on évacue séparément du récipient de détente la phase gazeuse formée à la détente, transportant le noir de carbone et consistant en les hydrocarbures vaporisés, et la phase aqueuse liquide résiduelle pratiquement débarrassée du noir de carbone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient de détente est sous pression normale. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les hydrocarbures sont des hydrocarbures en C 4-C8. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange noir de carbone/vapeurs d'hydro- carbures détendu est évacué du récipient de détente par un conduit présentant la forme d'une colonne de descente. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la colonne de descente débouche dans un système faisant fonction de cyclone. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la phase aqueuse pratiquement exempte de noir de carbone est évacuée de la région inférieure du récipient de détente. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les hydrocarbures vaporisés, pratiquement débarrassés du noir de carbone, sont lavés avant condensation au moyen d'une huile lourde. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on lave l'hydrocarbure gazeux débarrassé du noir de carbone par la matière première chaude d'une gazéifi- cation d'huile sous pression. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour mélanger la suspension aqueuse de noir de carbone avec les hydrocarbures à bas point d'ébullition, on utilise un circuit avec pompe de mélange. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la détente du système noir de carbone-eau- hydrocarbure est effectuée dans des conditions telles que, avant la détente, il n'y ait pas de séparation du système en ses composants.