Brevet FR2511024A1 — publié le 19830211

La présente invention se rapporte à la liquéfaction du charbon, et elle concerne plus particulièrement des perfectionnements à un procédé en deux étapes pour la liquéfaction du charbon. Du charbon a été liquéfié dans un étage unique de liquéfaction constitué d'un serpentin de préchauffage dans lequel la liquéfaction est effectuée de manière sensiblement complète, suivi d'un dissolveur, dans lequel tant le solvant de liquéfaction que les liquides dérivés du charbon sont encore hydrogénés. Récemment, il a été proposé un procédé de liquéfaction dit en deux étapes, dans lequel la première étape de réaction est une liquéfaction thermique à courte durée de contact, suivie du recueil d'un liquide sensiblement exempt de cendre, dont la qualité est ensuite améliorée dans une deuxième étape de liquéfaction. La présente invention concerne un perfectionnement à un tel procédé en deux étapes. Selon la présente invention, il est prévu un perfec- tionnement à un procédé de liquéfaction en deux étapes, selon lequel le solvant de liquéfaction pour la première étape comprend un courant pompable de matière insoluble (cendre, charbon non dissous, etc), qui comprend du liquide 4540 C 4, provenant de la liquéfaction de la première étape, et du liquide 4540 C+ provenant de la liquéfaction de la deuxième étape Ainsi, le solvant de liquéfaction pour la première étape comprend une matière lourde (qui comprend des substances insolubles) provenant de la première étape, et une matière lourde provenant de la deuxième étape. Plus particulièrement, la liquéfaction de la première étape est une liquéfaction thermique à courte durée de contact qui est conduite à une température de sortie de l'ordre de 443 à 4680 C, à une pression de l'ordre de 124 à 186 bars et avec des temps de contact de réaction (à des températures de plus de 316 WC) de l'ordre de 3 à 15 minutes Le solvant de liquéfaction du charbon utilisé dans -2- la première étape est présent en quantité telle que le rapport du solvant au charbon soit de l'ordre de 1,2:1 à 3:1, en poids Il y a lieu de comprendre que de plus grandes quantités pourraient être utilisées, mais que, en général, de telles plus grandes quantités ne sont pas économiquement justifiées De plus, de l'hydrogène est généralement ajouté dans la première étape à raison de 113 à 425 m 3 (TPN) par tonne de charbon. Après traitement pour élimination de la matière inso- lubie, le liquide 4540 C+ qui est sensiblement exempt de matière insoluble est liquéfié dans une deuxième étape pour amélioration supplémentaire de la matière. Selon la présente invention, le courant pompable de matière insoluble (cendre, charbon non dissous, etc), qui comprend du liquide 4540 C+ (généralement au moins 45 % et très généralement une proportion d'environ 45 à 55 % du courant est du liquide 4540 C+, le resta étant de la matière insoluble), qui est recueilli après l'élimination de la cendre, est utilisé dans la préparation du solvant de liquéfaction pour la première étape. Selon la présente invention, le solvant de-liquéfaction qui est utilisé dans la première étape du procédé est constitué de 15 à 50 %, et très généralement de 20 à 40 %, de liquide 4540 C+, de 5 à 20 %, très généralement de 5 à 10 %, de matière insoluble, le complément étant du liquide 4540 C ayant un point initial d'ébullition d'au moins 260 WC, le liquide 4540 C étant présent dans le solvant à raison d'au moins 45 % et très généralement à raison d'au moins 50 %, toutes ces proportions étant en poids De plus, une proportion d'au moins 10 % et de jusqu'à 40 % du solvant de liquéfaction est dérivée du courant pompable de matière insoluble-o-tenupar l'opération d'élimination ( de cendre de la première étape et une proportion d'au moins % du solvant de liquéfaction est dérivée de la deuxième étape La portion dérivée de la deuxième étape peut être -3- le liquide 4540 C+ seulement ou à la fois le liquide 4540 C+ et le liquide 4540 C; dans la plupart des cas, le liquide dérivé de la deuxième étape est principalement le liquide 454 OC+ Ainsi, le solvant de liquéfaction est constitué d'un liquide bouillant au-dessus de 260 'C, le solvant de liquéfaction comprenant de la matière 4540 C+ (la plage complète de matière, à l'exclusion des subs- tances insolubles, dérivée du charbon) provenant tant de la première étape que de la deuxième. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, l'effluent de la première étape est dépouillé de cendre par utilisation d'un promoteur liquide ayant un facteur de caractérisation d'au moins 9,75, un point 5 % distillé (en volume) d'au moins environ 1210 C et un point 95 % distillé (en volume) d'au moins environ 1770 C et de pas plus d'environ 3990 C, comme décrit dans le brevet des E.U A No 3 856 675 Comme décrit dans ce brevet, un liquide promoteur préféré est une faction de kérosène ayant des points 5 % distillé et 95 % distillé de 218 'C et 2600 C, respectivement. Le liquide sensiblement exempt de matière-insoluble (pas plus de 0,5 % de cendre) obtenu par l'opération d'élimination de cendre est ensuite traité dans une zone de récupération pour récupération du promoteur liquide, si ce promoteur liquide est utilisé dans l'opération d'élimination de cendre, les constituants bouillant au- dessous de 4540 C, qui sont utilisés dans la préparation du solvant de liquéfaction, avec des matières bouillant à des températures plus élevées, c'est-à-dire la matière 4540 C+, étant utilisés comme charge pour la liquéfaction de la deuxième étape Un courant pompable de matière insoluble, qui comprend du liquide 4540 C+, est recueilli aussi dans l'opération d'élimination de cendre, et on en utilise une partie dans la préparation du solvant. 11024 -4- Dans la liquéfaction de la deuxième étape, la matière 4540 C+ est mise en contact avec de l'hydrogène et avec 1 e solvant de liquéfaction de la deuxième étape à des températures de l'ordre de 3990 C à 4540 C et à des pressions de l'ordre de 137 à 206 bars, avec des temps de contact de l'ordre de 1 à 5 heures Dans la deuxième étape, cette mise en contact est effectuée en présence d'un cata- lyseur de liquéfaction de charbon d'un type connu dans la technique, par exemple, un oxyde ou sulfure d'un métal du groupe VI ou du groupe VIII, comme un catalyseur cobalt- molybdène ou nickel-molybdène, déposé sur un support approprié comme d'alumine ou de silice-alumine. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre préféré du procédé, la liquéfaction de la deuxième étape est effectuée dans un lit en ébullition à courant ascendant, de tels lits en ébullition étant connus dans la technique. L'effluent de la liquéfaction de la deuxième étape est soumis ensuite à une vaporisation par détente pour recueil des constituants assez légers, c'est-à-dire des constituants bouillant au-dessous d'environ 4540 C, le produit restant étant utilisé pour fournir un solvant de liquéfaction pour la deuxième étape, une partie du solvant de liquéfaction nécessaire pour la première étape, et du produit de liquéfaction net. Au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, la figure unique est un schéma de principe simplifié d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. Dans le mode de mise en oeuvre représenté sur la figure, du charbon broyé pulvérisé, généralement du charbon bitumineux ou subbitumineux ou du lignite, de préférence du charbon bitumineux, dans la canalisation 10, eel'hydrogène dans la canalisation il et un solvant de liquéfaction de charbon, dans la canalisation 12, obtenu comme décrit ci-après, sont introduits dans la zone de liquéfaction de la première étape, désignée schématiquement s 11024 -5- dans son ensemble par la référence 13, pour une liqué- faction thermique à courte durée de contact du charbon. La liquéfaction thermique est effectuée en l'absence de catalyseur La liquéfaction de la première étape est effectuée dans les conditions décrites ci-dessus. Un produit de liquéfaction de charbon de première étape est évacué de la zone 13 par la canalisation 14 et introduit dans une zone de vaporisation par détente, désignée schématiquement par la référence 15, pour vapo- risation des matières bouillant jusqu'à environ 260 à 3160 C Ces matières vaporisées sont évacuées de la zone par la canalisation 16 On fait fonctionner la zone 15 principalement en vue de vaporiser les matières bouillant jusqu'au point final du liquide promoteur à utiliser dans l'opération ultérieure d'élimination de cendre. Le reste du produit de liquéfaction du charbon, dans la canalisation 17, est introduit dans une zone d'élimi- nation de cendre, désignée schématiquement dans son ensemble par la référence 18, pour séparer la cendre et les autres matières insolubles du produit de liquéfaction de charbon de la première étape Comme décrit particuliè- rement, on opère dans la zone 18 en utilisant un liquide promoteur pour provoquer et améliorer la séparation de la matière insoluble, ce liquide promoteur étant amené par la canalisation 19 En particulier, la séparation dans la zone 18 d'élimination de cendre est effectuée dans un ou plusieurs décanteurs, le liquide promoteur et le mode opératoire général pour effectuer cette élimination de cendre étant décrits, par exemple, dans le brevet des E U A No 3 856 675. Le débord sensiblement exempt de cendre est évacué de la zone 18 d'élimination de cendre par la canalisation 22 pour introduction dans une zone de recueil, désignée schématiquement dans son ensemble par la référence 23. -6- Un soutirat contenant de la matière insoluble est évacué de la zone 18 d'élimination des cendres par la canalisation 20 et introduit dans une zone de détente, représentée schématiquement et désignée dans son ensemble par la référence 24, pour vaporiser les matières bouillant au- dessous de 454 WC La vaporisation par détente dans la zone 24 est effectuée de manière que l'on recueille à partir de la zone de détente 24, par la canalisation 25, un liquide 4540 C+ contenant de la matière insoluble fluide. Les constituants vaporisés sont évacués de la zone de détente 24 par la canalisation 26 pour introduction dans la zone de recueil 23. Une partie de la matière 4540 C+ conduite par la cana- lisation 31 est introduite dans une zone de stockage du solvant de la première étape, représentée schématiquement et désignée dans son ensemble par la référence 32, pour préparation du solvant de liquéfaction de la première étape, comme décrit ci-après. La portion restante de la matière dans la canalisation 33 peut être utilisée comme charge de départ pour un procédé d'oxydation partielle pour la production d'hydrogène. La zone de recueil 23 peut comprendre une ou deux colonnes de distillation ou plus, qui sont prévues et que l'on fait fonctionner de manière à récupérer le liquide promoteur par la canalisation 41 pour introduction ulté- rieure par la canalisation 19 dans la zone d'élimination des centres, après addition d'un complément de liquide promoteur, suivant le besoin, par la canalisation 42. De plus, on recueille par la canalisation 43 un courant qui bout dans l'intervalle d'environ 316 à environ 482 WC pour utilisation dans la préparation du solvant de liquéfaction de la première étape dans la zone 32 de stockage du solvant de liquéfaction de la première étape. La matière 4540 C+ est recueillie à partir de la zone -7- de recueil 23 par la canalisation 51 pour introduction dans une zone de liquéfaction de deuxième étape, repré- sentée schématiquement et désignée dans son ensemble par la référence 52, en même temps que de l'hydrogène amené par la canalisation 53 et du solvant de liquéfaction de la deuxième étape amené par la canalisation 54 On fait fonctionner la zone de liquéfaction 52 de la deuxième étape à des températures et pressions telles que décrites ci-dessus, de préférence avec utilisation d'un catalyseur de liquéfaction de charbon du type décrit ci-dessus. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, le deuxième étage de liquéfaction est sous la forme d'un lit en ébullition à courant ascendant. L'effluent de la liquéfaction de la deuxième étape est conduit par la canalisation 55 dans une zone de détente, représentée schématiquement et désignée dans son ensemble par la référence 56, pour vaporisation des matières bouillant au-dessous d'environ 4540 C, ces matières bouillant à des températures peu élevées étant recueillies par la canalisation 57 Eventuellement, une partie de la matière présente dans la canalisation 57 peut être utilisée dans la canalisation 62 pour préparation du solvant de liquéfaction. Le produit 4540 C+ recueilli à partir de la zone de détente 56 par la canalisation 58 est utilisé pour fournir le solvant de liquéfaction de la deuxième étape par la canalisation 54, et pour la préparation du solvant de liquéfaction de la première étape par la canalisation 59. La portion restante est recueillie par la canalisation 61 comme produit net. Le solvant de liquéfaction de la première étape est ainsi préparé dans la zone 32 en combinant de la matière bouillant dans l'intervalle de 316 à 4820 C, arrivant par la canalisation 43, du liquide 4540 C+, qui comprend des substances insolubles, arrivant par la canalisation 31, et -8 - et de la matière 4540 C+ provenant de la liquéfaction de la deuxième étape et arrivant par la canalisation 59. Eventuellement, une partie de la matière assez légère recueillie après la deuxième étape peut être utilisée dans la préparation du solvant de la première étape. Il est évident que l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre particulier décrit, et qu'on peut y apporter toutes variantes Ainsi, par exemple, l'élimi- nation des cendres peut être effectuée autrement que comme décrit en particulier De même, la liquéfaction de la deuxième étape peut être effectuée autrement que comme décrit en particulier, c'est-à-dire autrement que par utilisation d'un lit en ébullition à courant ascendant. La présente invention est avantageuse en ce que de la matière 454 C+ dérivée du charbon est utilisée pour fournir une partie du solvant de liquéfaction, et une partie de cette matière 4540 C+ est fournie par le courant pompable de substances insolubles obtenu dans l'opération d'élimi- nation des cendres, ce qui réduit la quantité de matière nécessaire en provenance de la deuxième étape pour la préparation du solvant de liquéfaction de la première étape. -9- REVENDICATIONS 1 Procédé pour la liquéfaction de charbon en deux étapes, en mettant en contact du charbon, un solvant de liquéfaction de première étape et de l'hydrogène dans une zone de liquéfaction thermique de première étape pour produire un premier effluent en recueillant à partir du premier effluent un liquide sensiblement exempt de cendre et un courant pompable de liquide 4540 C+ comprenant de la matière insoluble; en mettant en contact la quasi-totalité du liquide exempt de cendre avec de l'hydrogène dans une liquéfaction de deuxième étape pour améliorer la qualité du liquide sensiblement exempt de cendre et produire un effluent liquide de deuxième étape, et en recueillant un liquide 4540 C+ à partir du deuxième effluent liquide, caractérisé en ce que le solvant de liquéfaction pour la première étape comprend une partie du courant pompable de liquide 4540 C+ comprenant de la matière insoluble qui est recueilli à partir du premier effluent, et une partie du liquide 4540 C+ qui est recueilli à partir de l'effluent liquide de la deuxième étape, ce solvant de liquéfaction étant constitué de 15 à 50 % de liquide 4540 C-F, de 5 à % de matière insoluble et d'au moins 45 % de liquide 4540 C ayant un point initial d'ébullition d'au moins 2600 C, une proportion d'au moins 10 % du solvant de liquéfaction étant obtenue à partir du courant pompable et une proportion d'au moins 25 % du solvant de liquéfaction de la première étape étant obtenue à partir de l'effluent liquide de la deuxième étape. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant pompable est constitué de 45 à 55 % de liquide 4540 C+ et d'une quantité complémentaire de matière insoluble. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant de liquéfaction pour la première étape est -10 o- constitué de 20 % à 40 % de liquide 4540 C+. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le solvant de liquéfaction pour la première étape est constitué de 5 % à 10 % de matière insoluble. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le solvant de liquéfaction de la première étape comprend au moins 45 % de liquide 4540 C+. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion d'au moins 25 % provenant de l'effluent liquide de la deuxième étape est constituée à la fois de liquide 4540 C et de liquide 4540 C+. 7 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion du solvant de liquéfaction de la première étape dérivée du courant pompable de matière insoluble n'est pas supérieure à 40 %. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liquéfaction thermique de la première étape est effectuée à une température de sortie comprise entre 443 et 4600 C, à une pression comprise entre 124 et 186 bars et en l'absence de catalyseur. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la liquéfaction de la deuxième étape est effectuée dans un lit en ébullition à courant ascendant.