Brevet FR2556360A1 — publié le 19850614

- 1 - La présente invention concerne la liquéfaction du charbon et, plus particulièrement, des perfectionnements apportés à un procédé en deux étapes pour la liquéfaction du charbon. On a liquéfié le charbon en une seule étape de li- quéfaction comprenant un serpentin de préchauffage o s'ef- fectue essentiellement la liquéfaction du charbon, suivi d'un dissolveur o le solvant de liquéfaction et les liqui- des dérivés du charbon subissent une autre hydrogénation. Il a récemment été proposé un procédé de liquefac- tion dit à deux étapes, dans lequel la première étape réac- tionnelle est une liquéfaction thermique à courte durée de contact, suivie de la récupération d'un liquide essentiel- lement exempt de cendres dont la qualité est améliorée par hydrogénation dans une seconde étape de liquéfaction. La présente invention a pour but un perfectionne- ment d'un procédé de liquéfaction en deux étapes de ce ty- pe. La présente invention a pour objet un perfectionne- ment d'un procédé de liquéfaction en deux étapes, dans le- quel le solvant de liquéfaction envoyé vers la première étape contient un matériau hydroqgéné récupéré à partir de la liquéfaction de la seconde étape. La demanderesse a dé- couvert que l'emploi du résidu hydrogéné (matériau bouil- lant à 454 C) provenant de la seconde étape dans la formu- lation du solvant de liquéfaction de la première étape amé- liore la conversion globale du charbon et améliore égale- ment le fonctionnement de la seconde étape. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé en deux étapes pour la liquéfaction du charbon consistant à: mettre en contact du charbon avec le solvant de liquéfaction dans la zone de liquéfaction du charbon d'une première étape pour produire un premier effluent; dé- cendrer le premier effluent pour produire un liquide sensi- blement exempt de cendres comprenant un matériau de point d'ébullition supérieur à 4540C (Eb> 454 C); hydrogéner -2- le liquide sensiblement exempt de cendres du premier ef- fluent dans une seconde étape pour produire un second ef- fluent comprenant un matériau de -point d'ébullition infé- rieur à 454 C (Eb 454 C; récu- pérer comme produit dans le second effluent le matériau à Eb 454 C; récupérer dans le second effluent le matériau à Eb>454 C; et employer directement le matériau à Eb>454 C récupéré sans hydrogénation supplémentaire comme partie du solvant de liquéfaction utilisé dans la zone de liquéfac- tion du charbon. La présente invention a, en outre, pour objet un procédé pour la liquéfaction du charbon en deux étapes con- sistant à: mettre en contact le charbon- avec un solvant de liquéfaction dans une première étape pour produire un pre- mier effluent; décendrer le premier effluent pour produire un liquide de charbon sensiblement exempt de cendres; ré- cupérer dans le liquide de charbon exempt de cendres une partie du matériau à Eb>454 C et un mélange comprenant du matériau à Eb>454 C et une autre partie du matériau à Eb 454oC et une autre partie du matériau à Eb comme solvant de liquéfaction pour la première étape. Selon un mode de réalisation préféré, la liquéfac- tion de la première étape est une liquéfaction thermique à contact court qui a lieu à une température de sortie de l'ordre de 427 à 454 C et, en particulier, de 438 C à 463 C, sous une pression de l'ordre de 34,5 à 186 bar et lorsque des quantités plus élevées d'hydrogène sont néces- saires, la pression peut être de 124 à 186 bar, et pen- dant des durées de contact réactionnel (aux températures supérieures à 316 C) de l'ordre de 2 à 15 minutes. Le sol- -3- vant de liquéfaction du charbon employé dans la première étape est fourni en quantité telle que le rapport entre le solvant et le charbon soit de l'ordre de 1,2:1 à 3:1, en poids. On comprendra qu'il est possible d'employer des quantités supérieures mais, en général, de telles quantités supérieures ne se justifient pas d'un point de vue économi- que. En outre, l'hydrogène, lorsqu'on l'emploie, peut être ajouté à la première étape en quantité de 1133 à 4248 ma dans les conditions normales par tonne de charbon. On peut cependant employer des quantités supéri- eures ou inférieures. Après le traitement destiné à éliminer les matières insolubles, le liquide à Eb>454 C, qui est essentiellement exempt de matières insolubles, est mis en contact avec l'hydrogène dans une seconde étape pour apporter une améli- oration supplémentaire de la qualité du matériau. Selon la présente invention, on utilise dans la formulation du solvant de liquéfaction de la première étape le matériau hydrogéné à Eb >4540C récupéré dans l'effluent de la seconde étape et on utilise généralement tout le ma- tériau à Eb>454 C récupéré dans l'effluent de la seconde étape pour formuler le solvant de la première étape; c'est- à-dire que l'on n'emploie pas d'apport net de produit à Eb> 454 C. De plus, le matériau à Eb première étape. Le matériau à Eb tériau qui bout entre343 C et 454 C) fournit le matériau hydrogéné supplémentaire à utiliser pour constituer le sol- vant de liquéfaction pour la première étape. En outre, le matériau à Eb à Eb> 454 C pour fournir ainsi un mélange pompable à utili- ser comme solvant de liquéfaction pour la première étape. Le solvant de liquéfaction du charbon de la première éta- pe contient généralement au moins 10%, et plus généralement au moins 20%, en poids de matériau à Eb>454 C récupéré dans l'effluent cde la seconde étape. Dans la plupart des cas, un matériau à'Eb> 454 C de ce type est présent en quantité - 4 - ne dépassant pas 50% en poids du solvant de liquéfaction de la première étape. En général, le reste du solvant'de li- quéfaction est constitué de matériau à Eb point d'ébullition initial d'au moins 2600C. Le matériau à Eb 454 C présent dans le solvant de liquéfaction de la première étape provient à la fois des effluents de la première étape et des effluents de la se- conde étape, la quantité de matériau à Eb 454 C provenant de la seconde étape et de la quantité de matériau à Eb Le matériau à Eb 454 C récupéré dans la seconde étape con- tient des constituents hydrogénés et améliore encore, par conséquent, la qualité du solvant. Le solvant de liquéfaction de la première étape est ainsi constitué par tout le matériau à Eb>4540C récupéré dans la seconde étape ainsi que par le matériau à Eb de 260 C à. 4540C le tout étant interne au procédé, c'est-à-di- re issu du charbon. Le matériau à Eb>454 C utilisé dans le solvant de liquéfaction de la première étape est constitué par toute la gamme de matériaux ayant-un point d'ébullition supérieur au point d'ébullition nominal de 454 C, dérivés du charbon et présents dans l'effluent de la seconde étape. Selon un mode de réalisation préféré, l'effluent de la première étape est décendré au moyen d'un promoteur li- quide possédant un facteur de caractérisation d'au moins 9,75, une temperature de distillation à 5 pour cent en vo- lume d'au moins 121 C environ et une température de distil- lation à 95 pour cent en volume d'au moins 177 C environ ne dépassant pas 399 Cenviron, comme le décrit le brevet U.S. n 3.856.675. Tel qu'il est décrit dans ce brevet, un li- quide promoteur préféré est une fraction de kérosène ayant des températures de distillation à 5% et à 95% en volume de 218 C et de 260 C, respectivement-. Le liquide essentiellement exempt de matières inso- lubles (pas plus de 0,5% de cendres) récupéré lors du dé- cendrage est ensuite traité dans une zone de récupération pour récupérer le liquide promoteur, si on a employé un liquide promoteur de ce type pour le décendrage, les cons- tituents ayant un point d'ébullition inférieur à 454 C, que l'on utilise généralement dans la formulation du solvant de liquéfaction, ainsi que des matériaux à point d'ébullition plus élevé, à savoir le matériau à Eb> 454 C,-étant em- ployés comme charge pour la liquéfaction de la seconde éta- pe. Le matériau à Eb>454 C employé comme charge dans la seconde étape est en mélange avec du matériau à Eb dans la seconde étape. Dans la liquéfaction de la seconde étape, le maté- riau à Eb>454 C est mis en contact avec l'hydrogène à des températures d'au moins 343 C et, en général, de l'ordre de 360 C à 454 C, et sous des pressions de l'ordre de 138 à 207 bar, avec des durées de contact de l'ordre de 1 à 5 heures. Dans la seconde étape, ce contact est effectué en présence d'un catalyseur d'hydrogénation d'un type connu de l'homme de la technique. Il s'agit, par exemple, d'un oxy- de ou d'un sulfure d'un métal du groupe VI et du groupe VIII, comme un catalyseur au cobalt-molybdène ou au nickel- molybdène sur un support convenable comme l'alumine ou la silice-alumine. Une hydrogénation de ce type convertit une partie du matériau à Eb> 454 en des distillats (matériau à Eb dans le résidu à Eb>454 C. Le résidu à Eb>4540C est em- ployé pour produire le solvant de liquéfaction pour la pre- mière étape. Selon un mode de réalisation préféré, une liquéfac- tion de seconde étape de ce type est réalisée dans un lit expansé à courant ascendant, des lits expansés de ce type étant connus dans la technique. L'effluent provenant de la liquéfaction du second étage est ensuite soumis à une étape de détente pour récu- pérer les composants à Eb point d'ébullition supérieur à 454 C, comme un gaz détendu. -6- Le produit non détendu contient la totalité du ma- tériau à Eb;454 C, ainsi que le matériau à Eb général 343-454 C). Le matériau à Eb lange pompable et fournit également un matériau à Eb première étape. L'invention va être décrite plus en détail à l'aide d'un de ses modes de réalisation illustré sur le dessin an- nexé, dans lequel: Le dessin est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation de l'invention. Si l'on se reporte maintenant au dessin, on intro- duit dans la zone de liquéfaction de la première étape, dont l'ensemble est désigné schématiquement par 13, du charbon broyé pulvérisé, en général bitumineux, sous-bitu- mineux ou de lignite, de préférence du charbon bitumineux, par la conduite 10, de l'hydrogène par la conduite 11 et un solvant de liquéfaction du charbon par la conduite 12, ob- tenu comme il est indiqué ci-dessous, pour effectuer une liquéfaction thermique à contact court du charbon. La li- quéfaction thermique s'effectue en l'absence de catalyseur. La liquéfaction de la première étape est réalisée dans les conditions décrites ci-dessus. Un premier produit-de liquéfaction du charbon de la première étape est évacué de la zone 13 par la conduite 14 et introduit dans une zone de détente, dont l'ensemble est désigné schématiquement par 15 afin d'en séparer par déten- te les matériaux de point d'ébullition atteignant environ 260 à 316 C. Ces matériaux détendus sont retirés de la zone de détente 15 par la conduite 16. La zone de détente 15 est mise en oeuvre principalement pour employer les matériaux de détente dont le point d'ébullition va jusqu'au point fi- nal du liquide promoteur dans l'opération de décendrage qui suit. Le reste du produit de liquéfaction du charbon, dans la conduite 17, est introduit dans une zone de décen- drage, dont l'ensemble est désigné schématiquement par 18, -7- du produit de liquéfaction du charbon de la première étape. Telle qu'elle est particulièrement décrite, l'opération de décendrage dans la zone. 18 est réalisée en utilisant un li- quide promoteur pour promouvoir et augmenter la séparation de matière insoluble, ce liquide promoteur étant alimenté par la conduite 19. En particulier,- la séparation, dans la zone de décendrage 18, est réalisée dans un ou plusieurs sédimenteurs, le liquide promoteur et le mode opératoire général de réalisation d'un décendrage de ce type étant dé- crits, par exemple, dans le brevet U.S. no 3.856.675. La surverse essentiellement exempte de cendres est évacuée de la zone de décendrage 18 par la conduite 22 pour être introduite dans une zone de récupération, dont l'en- semble est désigné schématiquement par 23. Une surverse contenant une matière insoluble est évacuée de la zone de décendrage 18 par la conduite 20 et introduite dans la zone de détente, dont l'ensemble est dé- signé schématiquement par 24, pour en séparer par détente les matériaux de point d'ébullition inférieur à 454"C. Le décendrage, dans la zone 24, est accompli d'une manière telle que l'on récupère, dans la zone de détente 24, par la conduite 25, une matière insoluble coulable contenant un liquide à Eb>454 C. Les constituants détendus sont éva- cués de la zone de détente 24 par la conduite 26 pour être introduits dans la colonne de distillation de la zone de récupération 23. Le matériau à Eb>454 C, dans la conduite 25, peut être utilisé comme charge dans un procédé d'oxydation par- tielle pour produire de l'hydrogène. La zone de récupération 23 peut consister en une détente atmosphérique et une colonne de distillation, la détente atmosphérique étant mise en oeuvre pour séparer par détente le matériau à Eb 454OC dans le liquide décendré, le matériau non détendu étant distillé pour récupérer le liquide promoteur par la condui- te 41 (par exemple du matériau à une tempéra- -8 ture de 218 C à 260 C), le reste (de 260 C à454 C) étant récupéré par la conduite 43 pour être utilisé dans la for- mulation du solvant de liquéfaction de la première étape dans la zone de solvant de liquéfaction de la première étape 32. On peut ajouter un appoint de liquide promoteur par la conduite 42. Le matériau récupéré par détente atmosphé- rique dans la zone de récupération 23 par la conduite 51 contient le matériau à Eb>454 C présent dans la surverse exempte de cendres récupérée dans la zone de décendrage 18, ainsi qu'une partie-du matériau à Eb 454 C) de manière à fournir une charge pompable à introdui- re dans la zone de liquéfaction d'une seconde étape, dont l'ensemble est désigné schématiquement par 52, en même temps que de l'hydrogène par la conduite 53. La zone de liquéfaction de la seconde étape 52 est mise en oeuvre à des températures et sous des pressions telles que décrites ci-dessus, en utilisant de préférence un catalyseur de li- quéfaction du charbon du type décrit ci-dessus, pour améli- orer la qualité d'une partie du matériau à Eb>454 C par transformation en des constituants à point d'ébullition plus bas. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape de seconde liquéfaction se trouve sous forme d'un lit expansé à courant ascendant. L'effluent provenant de la liquéfaction de la se- conde étape, par la conduite 55, est introduit dans une zo- ne de détente, dont l'ensemble est désigné schématiquement par 56, pour récupérer, à titre de produit détendu, par la conduite 57, le matériau à Eb Eb> 454 C, que l'on peut traiter davantage de manière sem- blable aux distillats de pétrole. La partie non détendue de l'effluent récupérée par la conduite 58 contient la totalité du matériau à Eb> 454 C présent dans l'effluent de la seconde étape, ainsi qu'un matériau non détendu à Eb matériau à Eb>454 C de manière à fournir un mélange pompa- ble. De plus, le matériau à Eb tuants à Eb solvant de liquéfaction. Bien que l'invention ait été décrite à l'aide d'-un mode de réalisation particulier, on comprendra que l'inven- tion ne soit pas limitée à un tel mode de réalisation. Ainsi, par exemple, le décendrage peut être réalisé d'une manière autre que celle décrite en particulier; à savoir, d'une manière autre qu'au moyen d'un lit expansé à courant ascendant. L'invention va être décrite plus en détail à l'aide de l'exemple suivant: EXEMPLE La suite illustre la liquéfaction en deux étapes selon l'invention: Première étape Température, C 449 Pression, bar 138 H2, g 36,2 Seconde étape Température, C 399 Pression, bar 186 H2, g 725 On charge dans la conduite 10 16,3 kg de charbon en même temps que, dans la conduite 12, 29 kg de solvant de liquéfaction, formulé tel qu'il est décrit ci-après. La première étape produit 1,8 kg de produit à Eb de matériau à Eb >454 C. La charge de la seconde étape (conduite 51) est constituée de 14,3 kg de matériau à Eb compris entre - 10 - 343 C et 454 C et 17,5 kg de matériau à Eb> 454 C. On récupère 9,4 kg de produit à Eb (conduite 57) dans la-seconde étape. Le solvant de liquéfaction (conduite 12) est formu- lé à partir de 5,8 kg de matériau à Eb compris entre 260 C et 454 C provenant de la première étape (conduite 43); et à partir d'un mélange de 13,5 kg de matériauà Eb compris entre 343 C et 454 C et 9,7 kg de matériau à Eb >454 C en provenance de la seconde étape (conduite 58). Les modes de réalisation spécifiques de l'invention sont particulièrement avantageux en ce sens que l'emploi du matériau hydrogéné à Eb>454 C provenant de la seconde éta- pe améliore la qualité du solvant de liquéfaction, ce qui réduit les besoins en hydrogène de la première étape. En outre, en employant le matériau à Eb>454 C provenant de la seconde étape dans le solvant de liquéfaction de lapremi- ère étape, il n'est pas nécessaire de disposer de matériau à Eb>454 C dans la seconde étape, ni de prévoir une purge de réfractaires dans la seconde étape. En outre, on note une augmentation de rendement en matériau à Eb la première étape. - il - Revendications 1. Procédé en deux étapes pour la liquéfaction du charbon consistant à: mettre en contact du charbon avec le solvant de liquéfaction dans la zone de liquéfaction du charbon d'une première étape pour produire un premier ef- fluent; décendrer le premier effluent pour produire un li- quide sensiblement exempt de cendres comprenant un matériau à Eb> 454 C; hydrogéner le liquide sensiblement exempt de cendres du premier effluent dans une seconde étape pour produire un second effluent comprenant un matériau à Eb 4540c; récupérer comme produit dans le second effluent le matériau à Eb dans le second effluent le matériau à Eb>454 C; et em- ployer directement le matériau à Eb>454oC récupéré sans hydrogénation supplémentaire comme partie du solvant de li- quéfaction utilisé dans la zone de liquéfaction du charbon. 2. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que sensiblement la totalité du matériau à Eb>4540c provenant du second effluent est employé dans le solvant de liquéfaction. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide sensiblement exempt de cendres com- prend le matériau à Eb 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant de liquéfaction comprend en outre le matériau à Eb second effluents. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant de liquéfaction contient au moins 20% en poids de matériau à Eb>454 C provenant du second ef- fluent. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à Eb >454 C provenant du second ef- fluent est présent dans le solvant de liquéfaction en quan- tité ne dépassant pas 50% en poids. 7. Procédé pour la liquéfaction du charbon en deux - 12- étapes consistant à: mettre en contact le charbon avec un solvant de liquéfaction dans une première étape pour pro- duire un premier effluent; décendrer le premier effluent pour produire un liquide de charbon sensiblement exempt de cendres; récupérer dans le liquide de charbon exempt de cendres une partie du matériau à Eb comprenant du matériau à Eb>454 C et une autre partie du- matériau à Eb de étape pour produire un second effluent; récupérer comme produit dans le second effluent une partie du matériau à Eb 454''C et une autre partie du matériau à Eb supplémentaire comme solvant de liquéfaction pour la pre- mière étape. 8. Procédé selon la revendication 1 ou 7, caracté- risé en ce que la première étape est une opération de li- quéfaction thermique à une température de 454 C à 468 C d'une durée de contact réactionnel de 2 à 15 minutes. 9. Procédé selon la revendication 1 ou 7, caracté- risé en ce que la première étape est une liquéfaction ther- mique et que l'hydrogénation de la seconde étape est effec- tuée dans un lit expansé de catalyseur d'hydrogénation.