Brevet FR2514777A1 — publié le 19830422

La présente invention se rapporte à un procédé pour liquéfier le charbon en présence de lignine. L'invention concerne un procédé pour liquéfier le charbon, procédé qui se caractérise en ce que lton mélange le charbon soumis à liquéfaction avec de la lignine en quantité allant de 0,01 à 1% du poids du charbon, on introduit le mélange de charbon et de lignine dans un dissolveur dans lequel on le soumet à une température élevée allant de 316 à 538"C et à une pression élevée allant de 345-à 20684 kPa pendant une durée allant d'une demi-minute à 180 minutes, et on sépare les fractions hydrocarbonées légères d'un mélange de cendres, de charbon non dissous, de charbon débarrassé des cendres et d'extraits de charbon. Au cours de ces deux dernières décennies} on a constaté un renouveau d'intérêt pour le charbon en tant que source de pétrole synthétique. Par suite, dans la même période, les techniques de liquéfaction du charbon ont subi une évolution importante. Toutefois, pratiquement toutes les techniques concernant la liquéfaction du charbon visent à des opérations de liquéfaction se déroulant dans des conditions optimales d'un point de vue d'ingénierie. La recherche des conditions optimales de la liquéfaction du charbon et d'autres transformations chimiques du charbon n'a pas fait l'objet d'études aussi approfondies du point de vue chimique. Pour accélérer la liquéfaction du charbon dans les conditions de l'opération, on ajoute de la lignine. L'utilisation de la lignine dans ces conditions est avantageuse car il s'agit d'un produit très peu coûteux et dont on dispose en grande quantité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après en référence à la figure du dessin annexé qui représente schématiquement un cycle opératoire complet dans un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention. En référence à cette figure, le charbon peut Entre envoyé dans un préchauffeur 3, éventuellement en mélange avec un solvant donneur d'hydrogène. Du préchauffeur- 3, le charbon est transporté au dissolveur 4. La lignine utilise conformément à l'invention peut etre ajoutée au charbon dans le mélangeur 1, dans le préchauffeur 3 et/ou dans le dissolveur 4. De préférence, pendant, la lignine est introduite dans l'installation et ajoutée au charbon en dernière limite au stade préchauffage, c'est-à-dire dans le préchauffeur 3. Après solubilisation, le charbon traité est envoyé au séparateur 6, en passant éventuellement dans un refroidisseur 5. Dans le séparateur 6, les hydrocarbures légers produits au cours de la liquéfaction distillent et sont recueillis dans le récepteur d'égouttage 7. Le mélange de cendres, de charbon non dissous, de charbon débarrassé des cendres et d'extraits de charbon quittant le séparateur peut Xetre traité selon des techniques connues. Ainsi par exemple, une partie de l'extrait de charbon du mélange soumis à détente peut être recyclée au mélangeur 1 en tant que solvant donneur d'hYdrogène. Le dissolveur 4 peut faire partie d'un circuit de gaz, recevant des gaz de recyclage du récepteur d'égouttage 7 et/ou constituant un dispositif qui permet d'introduire de l'hydrogène de complément dans le dissolveur 4. En outre, le dissolveur peut faire partie du circuit de recyclage par lequel on peut ajouter un catalyseur. Le type de charbon introduit dans le mélangeur 1 ne cons- titue pas un facteur critique. De préference, il s'agit d'un charbon bitumineux ou subbitumineux. L'utilisation d'un solvant donneur d'hydrogène est faculta-' tive. L'expression "solvant donneur d'hydrogène" appliquée à la liquéfaction du charbon, désigne couramment le phénanthrène, le dihydrophénanthrène les tétralines, les hydropyrènes ou leurs mélanges. Chacun de ces solvants donneurs d'hydrogène est lui-mAme un produit de la liquéfaction du charbon. Chacun d'eux est contenu dans l'extrait de charbon séparé des cendres, du charbon débarrassé des cendres et du charbon non dissous, séparés dans le séparateur 6. Par conséquent, l'extrait de charbon peut constituer le solvant donneur d'hydrogène. Conformément à l'invention, une partie de l'extrait de charbon quittant le separateur 6 peut etre recyclée en tant que solvant donneur d'hydrogène au mélangeur 1. Les proportions relatives en poids entre le solvant donneur d'hydrogène even tue-l et le charbon peuvent aller de 0,5 à 5. La lignine utilisée conformément à l'invention peut être introduite dans un point quelconque du système jusqu'à et y compris le dissolveur 4. Mais elle est de préférence ajoutée au charbon en dernière limite au stade préchauffage, dans le préchauffeur 3. La lignine est utilisée en quantité allant de 0,01 à 1% du poids du charbon. La lignine constitue le produit organique polymère d'origine naturelle occupant la deuxième place en matière d'abondance. Les motifs constituants de la lignine sont l'alcool coniférylique et l'alcool synapylique qui contiennent respectivement un et deux groupes méthoxy substitués sur le noyau phénolique (éther arylique) comme décrit par H. Nimz, Angew. Chem. Inter. Ed. volume 13/n 5 (1974). Par conséquent, la lignine peut être considérée comme une source de motifs répétés de radical phénolique et constitue un réactif peu coûteux qui, par sa décomposition, est une source de composés, d'oligomères ou de polymères contenant des groupes hydroxy phénoliques et/ou une source d'éthersqui, par traitement à la chialeur, donne ces composés, oligomères ou polymères contenant le groupe hydroxy phénolique en question. La liquéfaction du charbon peut être considérée simplement comme faisant intervenir la rupture à la chaleur de chaînons créant les produits primaires dont l'intérêt est le plus grand. On pense que la décomposition de la lignine au stade dissolution accélère la liquéfaction du charbon en fournissant des radicaux libres, ou encore en exerçant une fonction de donneur d'hydrogène ou encore par simple solvatation. La seule publication connue se rapprochant de l'invention consiste en l'utilisation de phénols pour accélérer la décomposition' de l'éther di-2-naphtylique à 4500C, publication de T. Yao et Y. Kamiya dans Bull. Chem. Soc. Japan, 52 (29), 492 (1979). Par conséquent, on pense en outre que la décomposition de la lignine accélère la décomposition à la chaleur des composants du charbon qui contiennent des groupes éther. La lignine se décompose au cours de la liquéfaction en accélérant la liquéfaction du charbon, c'est-à-dire en conduisant à une liquéfaction plus profonde du charbon. Au stade dissolution ou solubilisation, la température qui règne dans le dissolveur 4 peut aller de 316 à 538"C. La pression qui règne dans le dissolveur peut aller de 345 à 20684 kPa. La durée de passage dans le dissolveur peut aller d'une demi-minute à 180 minutes. L'hydrogène utilisé facultativement mais de préférence au stade liquéfaction peut avoir un débit représentant de 3 000 à 30 000 litres normaux par hectolitre au-delà de la quantité consomnie. Si on le désire on peut introduire dans le dissolveur un catalyseur quelconque connu de liquéfaction, par exemple du moiybdate de cobalt quoique, lorsque la liquéfaction est une liquéfaction directe à la chaleur entreprise avec de courtes durées de passage dans le dissolveur, on n'utilise pas de catalyseur. Comme on peut le constater à l'examen des données ci-dessus,- les conditions règnant dans le dissolveur 4 sont des conditions de liquéfaction allant de conditions modérées à des conditions extrêmes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la liquéfaction du charbon caractérisé en ce que l'on mélange le charbon soumis à la liquéfaction avec de la lignine en quantité de 0,01 à 1% du poids du charbon, on introduit le mélange de charbon et de lignine dans un dissolveur dans lequel le mélange est soumis à température élevée allant de 316 à 5380C et à pression élevée allant de 345- à 20684 kPa pendant une durée allant d'une demi-minute à 180 minutes et on sépare les fractions hydrocarbonées légères d'un mélange de cendres, de charbon non dissous, de charbon débarrassé des cendres et d'extraits de charbon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé an ce que le mélange est soumis à température et pression élevdesen présence d'hydrogène. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange contient une source de phénanthrène, de dihydrophénanthrène, de tétralines, d'hydropyrènes ou de leurs mélanges. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange contient un extrait de charbon obtenu par recyclage d'une partie au moins du produit de la liquéfaction du charbon. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé -en ce que le mélange consiste essentiellement en charbon et lignine et est exempt de catalyseur de liquéfaction. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on ajoute un catalyseur de liquéfaction au mélange dans le dissolveur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérise en ce que le catalyseur est le molybdate de cobalt. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fractions hydrocarbonées légères sont recyclée au dissolveur.