Brevet FR2536409A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne la surveillance, dite ci-après "monitorage", de l'extraction du charbon à l'aide de solvants, et, plus particulièrement, elle concerne le monitorage de l'état de solvants donneurs d'hydrogène que l'on utilise dans l'extraction du charbon. La Demanderesse a trouvé que, dans l'extraction du charbon, ce qui comprend les charbons bitumineux et les lignites, à l'aide de solvants liquides, l'on obtient les rendements les plus élevés en de la substance extraite du charbon lorsque l'on utilise des solvants donneurs d'hydro- gène Un tel solvant est une huile aromatique partiellement hydrogénée, à point élevé d'ébullition, qui transfère de l'hydrogène d'elle-même à des radicaux hydrocarbonés formés - par clivage thermique de molécules de la substance du charbon, ce qui stabilise les fragments résultants et leur évite une recombinaison ou une polymérisation Au cours du processus d'extraction, le solvant lui-même acquiert une nature plus aromatique, il devient moins efficace comme solvant et exige une réactivation ou une "recharge" par hydrogénation Cepen- dant, il s'est avéré difficile de' surveiller la quantité d'hydrogène transférable présente dans des solvants utilisés dans des installations d'extraction continue du charbon et le fait que de tels solvants utilisés dans le procédé des extractions ne sont pas 'des composés simples mais des mélanges complexes d'un grand nombre de composés ne constitue pas la dernière des raisons expliquant cette difficulté Les méthodes qui ont été proposées pour caractériser les solvants utilisés dans l'extraction, comme des méthodes de chromatographie d'adsorption, de spectroscopie de résonance magnétique nuclé- aire, de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse demandent beaucoup de temps, ce qui les rend impro- pres pour la commande des processus, mais, en outre, elles peuvent induire en erreur ou bien leur interprétation peut laisser ouvert le choix entre divers termes d'alternatives. La présente invention vise donc à proposer un procédé pour surveiller l'état des solvants donneurs d'hydrogène, procédé qui est suffisamment rapide pour pouvoir servir à la commande de processus et qui est également applicable à l'extraction des lignites aussi bien que des charbons bitumineux. La présente invention propose un procédé de sur- veillance ou monitorage de l'état d'un solvant donneur d'hydrogène dans un procédé d'extraction de charbon à l'aide d'un solvant, procédé qui comprend l'échantillonnage du sol- vant, la dilution de ce solvant à l'aide d'une quantité prédé- terminée d'un diluant liquide aromatique compatible avec le solvant, la réalisation, dans des conditions normalisées, d'une extraction d'essai du charbon à l'aide du solvant dilué, et la détermination du rendement de l'extraction Le rendement de l'extraction s'exprime commodément en termes du rendement total en liquide et gaz sur une base sans matière minérale sèche (SMMS) On peut facilement déterminer le rendement en liquide en utilisant une méthode connue fondée sur l'inso- lubilité dans la quinoléine (voir par exemple "Fuel", 1978, 57, 147), et l'on peut déterminer le rendement en gaz en collectant et analysant le gaz dégagé au cours d'une digestion Des essais ont montré qu'il existe une relation sensiblement linéaire entre le rendement, tel qu'il est déterminé dans le procédé de l'invention, et la quantité réelle de donneurs d'hydrogène présents Il est ainsi possible et, de l'avis de la Demanderesse, utile, d'effectuer un cer- tain nombre d'essais d'étalonnage à l'aide du charbon et du solvant particuliers et de créer un "indice de pouvoir dissol- vant du solvant" pour l'appréciation des solvants à utiliser dans le procédé d'extraction Donc, le procédé de l'invention permet de surveiller la quantité d'hydrogène transférable, ou la position du solvant sur une échelle ou courbe représen- tative de "l'indice du pouvoir dissolvant du solvant" La dilution du solvant dans l'essai permet de prédire une diminu- tion future du rendement et permet de prendre des contre- mesures avant que l'on ne constate une perte importante du rendement du solvant non dilué Le procédé de l'invention n'exige qu'un équipement relativement simple, du type bombe, et il peut être mis en oeuvre en un petit nombre d'heures dans des conditions favorables. L'invention propose également un procédé pour commander et réguler un procédé d'extraction de charbon à l'aide d'un solvant liquide, procédé de régulation qui com- prend la surveillance de l'état d'un solvant donneur d'hydrogène servant dans le procédé d'extraction selon l'in- vention, et l'application de mesures correctrices, lorsque cela est nécessaire, pour restaurer l'état du solvant et le faire revenir à une gamme prédéterminée acceptable de teneur en hydrogène transférable Dans des installations intégrées d'extraction de charbon à l'aide d'un solvant en utilisant un solvant liquide donneur d'hydrogène, on doit prévoir la régénération du solvant utilisé pour l'extraction, et un simple recyclage d'une coupe ou fraction prélevée sur le produit direct ne suffit pas La coupe de solvant peut être hydrogénée, ou bien, comme cela est plus probable, la coupe ou fraction appropriée peut être prélevée après l'hydrogénation ou l'hydrocraquage de la totalité du produit liquide Il est possible qu'un sol- vant de recyclage, hydrogéné, contienne plus d'hydrogène transférable que ce n'est nécessaire pour obtenir le rendement maximal; le procédé de, l'invention permet aussi de surveiller cet état (contrairement à n'importe quel essai simple fondé sur un rendement d'extraction) et il permet d'optimiser la quantité ou le taux de recyclage du produit hydrogéné. Le diluant aromatique que l'on utilise dans la présente invention est de préférence un aromatique polynuclé- aire, qui peut être substitué par des groupes alkyleset il peut s'agir d'un composé simple ou d'un mélange normalisé de composés Le diluant préféré est le naphtalène, bien qu'on puisse utiliser des composés-comme de l'anthracène ou du phénanthrène et leurs mélanges ou n'importe quel composé qui ne réagit pas dans le processus d'extraction. Les conditions normalisées pour l'extraction d'essai ne doivent pas nécessairement constituer la réplique exacte de cellesexistant dans le procédé principal d'extrac- tion, mais elles sont de préférence semblables aux conditions nominales du procédé d'extraction principal Il peut en effet se produire que les conditions du procédé d'extraction princi- pal soient difficiles à reproduire dans un appareillage d'essai ou bien que le procédé principal soit mis en oeuvre dans des conditions non constantes. L'invention sera maintenant décrite-par un exem- ple, présenté à titre illustratif et nullement limitatif. EXEMPLE Le charbon soumis à extraction dans une installa- tion pilote continue est un lignite broyé de manière que 80 % des fragments aient moins de 75 flm et il a été séché sous vide jusqu'à une teneur en humidité inférieure à 5 % On uti- lise comme solvant une huile d'anthracène hydrogénée, qui a été rigoureusement caractérisée-par spectroscopie de réso- nance magnétique nucléaire, et l'on effectue des extractions d'étalonnage, en utilisant une suspension à 40 % de charbon dans du solvant, ce solvant étant mélangé à du naphtalène en des concentrations de O à 100 % On effectue les extrac- tions d'essai en introduisant des quantités, pesées avec pré- cision, de charbon, de solvant et de naphtalène dans un réacteur constitué par une bombe comportant un dispositif d'agitation, que l'on immerge dans un bain de sable fluidisé à 430 Au bout de 67 minutes, on retire le réacteur du bain de sable et on le refroidit à l'eau On collecte le gaz dégagé et l'on en mesure le volume On enlève de manière poussée le produit liquide de la bombe, on le pèse et l'on mesure par une méthode normalisée les matières insolubles dans la quinoléine On détermine et calcule sur une base sans matière minérale sèche les rendements totaux. Il a été au préalable établi que l'échantillon d'huile d'anthracène hydrogénée présente une concentration en hydrogène transférable de 2,1 % Même en l'absence d'hydro- gène transférable, c'est-à-dire lorsque l'on utilise comme solvant du naphtalène à 100 %, il y a extraction d'environ % du charbon Pour obtenir le maximum de 95 % constituant le rendement maximal d'extraction pouvant être obtenu, il faut un minimum de 1,4 % d'hydrogène transférable On prépare une courbe d'étalonnage, donnant une valeur de "l'indice de pouvoir dissolvant du solvant" de O pour un rendement d'extraction de 45 %, équivalant à O % d'hydrogène transfé- rable, et un indice de pouvoir dissolvant du solvant de 20 pour un rendement d'extraction de 95 %, correspondant à 1,4 % d'hydrogène transférable Cette courbe est reproduite sur la figure unique d'accompagnement. Pour apprécier les solvants à utiliser pour une exraction, on dilue les solvants en leur ajoutant leur propre poids de naphtalène Donc, l'indice de pouvoir dissolvant de l'huile d'anthracène hydrogénée est de 15, et les solvants ayant des concentrations supérieures aussi bien qu'inférieures en hydrogène transférable trouvent place sur l'échelle des indices de pouvoir dissolvant de solvants L'échelle prédit avec précision que des solvants ayant un indice de pouvoir -dissolvant égal ou supérieur 10 sont capables d'obtenir d'excellents rendements d'extraction du lignite, et que des solvants dont l'indice de pouvoir dissolvant est inférieur à 10 manifestent des rendements qui vont en diminuant. La sensibilité de l 'essai de détermination de l'indice du pouvoir dissolvant d'un solvant dépend de la précision de la mesure de la quantité (ou du rendement en) des matières insolubles dans la'quinoléine, mais l'on peut s'attendre à ce que des essais effectués en double donnent pour la quantité des matières insolubles dans la quinoléine des valeurs se situant à + 1 % l'une de l'autre Pour un lignite à forte teneur en matière minérale, cela équivaut à + 3 % sur la mesure du rendement de l'extraction et à + 1,5 % pour la valeur de l'indice de pouvoir dissolvant d'un solvant. On répète l'exemple ci-dessus en utilisant, au lieu de lignite, un charbon bitumineux britannique à forte teneur en des matières volatiles On utilise une courbe dif- férente d'étalonnage de l'indice du pouvoir dissolvant d'un solvant, mais l'on peut ainsi réaliser, et l'on a en fait réalisé, des prédictions précises du pouvoir d'extraction caractérisant des solvants d'essai. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit pour la surveillance de l'état d'un solvant donneur d'hydrogène, que l'on utilise dans un procédé d'extraction du charbon à l'aide d'un solvant. REVENDICATIONS 1 Procédé pour surveiller l'état d'un solvant donneur d'hydrogène dans un procédé d'extraction du charbon à l'aide d'un solvant, procédé caractérisé en ce qu'on échan- tillonne le solvant, on dilue ce solvant échantillonné en lui ajoutant une quantité prédéterminée d'un diluant liquide aromatique compatible avec lui, on effectue dans des condi- tions normalisées, en utilisant du solvant ainsi dilué, une extraction d'essai du charbon et l'on détermine le rendement de l'extraction. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue des extractions préliminaires d'essai pour étalonnage, en utilisant le charbon et le solvant présen- tant des quantités différentes d'hydrogène transférable et en opérant dans les conditions normalisées, et l'on compare le rendement obtenu au cours de l'extraction d'essai avec les rendements obtenus au cours des essais d'étalonnage. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que le diluant liquide aromatique est choisi parmi du naphtalène, de l'-anthracène, du phénanthrène et de leurs mélanges - 4 Procédé pour réguler l'extraction du charbon à l'aide d'un solvant liquide donneur d'hydrogène, procédé caractérisé en ce qu'on surveille l'état du solvant par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, et l'on applique lorsque cela est nécessaire des mesures cor- rectrices afin de faire revenir le solvant à une teneur en hydrogène transférable se situant dans un intervalle prédé- terminé acceptable.