FR2585717A1 - Procede d'obtention de produits liquides a partir de charbon et produits obtenus par ledit procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DE COMBUSTIBLES SYNTHETIQUES. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE CONSISTANT A HYDROGENER LE CHARBON EN PRESENCE D'UN AGENT DE MISE EN PATE, DANS UNE ATMOSPHERE D'HYDROGENE, A UNE TEMPERATURE ET UNE PRESSION ACCRUES ET UNE COURTE DUREE DE CONTACT ENTRE LES PRODUITS DEDEPART, ET EST CARARTERISE EN CE QUE L'HYDROGENATION DU CHARBON EST REALISEE JUSQU'AU MOMENT OU LA VITESSE DE CONVERSION DE LA MATIERE ORGANIQUE DU CHARBON BAISSE BRUSQUEMENT, EN LIMITANT LADITE CONVERSION A LA PARTIE DE LADITE MATIERE QUI EST LA PLUS FACILEMENT FLUIDIFIABLE ET LA PLUS RICHE EN HYDROGENE, APRES QUOI LE PROCESSUS D'HYDROGENATION EST INTERROMPU. COMME IL RESSORT DU DIAGRAMME ILLUSTRANT LA VARIATION DU TAUX DE CONVERSIONC DE LA MATIERE ORGANIQUE DU CHARBON EN FONCTION DU TEMPS DE CONTACT T POUR DIVERSES TEMPERATURES ET AVEC OU SANS UTILISATION DE CATALYSEUR, LA VITESSE DE FLUIDIFICATION DU CHARBON EST BIEN PLUS ELEVEE DANS LA PERIODE INITIALE, JUSQU'A UNE CONVERSION D'ENVIRON 50 A 60 SELON LES CONDITIONS DE DEROULEMENT DU PROCESSUS, PUIS ELLE COMMENCE A BAISSER TRES VITE. L'INVENTION PERMET NOTAMMENT D'ACCROITRE LE RENDEMENT DU PROCEDE ET D'AMELIORER LA QUALITE DES PRODUITS LIQUIDES OBTENUS.

Description

La présente invention concerne le domaine de la fabrication des combustibles synthétiques et a notamment pour objet un procédé d'obtention de produits liquides à partir de charbon par hydrogénation. Les analyses technico-économiques comparatives objectives de ces dernières années font apparaître que le rendement énergétique et les performances technico-économiques de l'hydrogénation direc-te du charbon avec obtention de produits liquides sont quelque peu meilleurs que ceux de la transformation indirecte du charbon, comprenant des stades intermédiaires de gazéification ou de pyrolyse, et constitue donc la voie la plus efficace pour l'accroissement des ressources en combustibles liquides.

L'histoire de l'élaboration des procédés pour l'obtention de produits liquides à partir de charbon compte plus de 70 ans. La description de diverses méthodes d'obtention de produits liquides a partir de charbon, élaborées dans la période du début du XXe e siècle aux années quatre-vingts, ainsi que leur analyse comparative, ont été publiées à plusieurs reprises dans un grand nombre d'aperçus, de monographies, par exemple dans "Substances chimiques tirées du charbon" par Ju. Falbe.

La méthode d'hydrogénation a été appliquée pour la première fois en vue de l'obtention de produits liquides à partir de charbon par F. Bergius en 1911-1915.

Les recherches effectuées jusqu'au milieu des années trente ont permis de déterminer les conditions et les échelons du processus d'hydrogénation des charbons, de sélectionner des catalyseurs capable d'accélérer l'hydro génation du charbon, d'éclairer les prescriptions auxquelles doit répondre la matière première et d'optimiser le processus d'obtention des produits liquides en vue de son industrialisation subséquente. La période 1936-1945 a été la période de maîtrise industrielle de l'hydrogénationdu charbon par la méthode J.G. Farbenindustrie. Dans la technique allemande, l'hydrogénation du charbon était réalisée en plusieurs échelons (stades).Au premier échelon, d'hydrogénation en phase liquide à une température jusqu'à 4800C et sous une pression d'hydrogène jusqu'à 70 MPa, une pâte de charbon finement broyée avec un catalyseur de fer était transformée en un mélange de produits gazeux, liquides légers et lourds, ainsi que solides. Les produits solides, contenant une petite quantité de charbon non transformé, les cendres et le catalyseur, étaient séparés par centrifugation.Après séparation, la fraction lourde était renvoyée à la préparation de la pâte et, de la sorte, le produit du ler échelon était une large fraction à fin d'ébullition à 3250C. Aux échelons suivants, cette fraction était d'abord raffinée, c'est-à-dire saturée d'hydrogène en présence de catalyseurs hétérogènes actifs à une température de 400 à 420OC, sous une pression de 30 MPa, pour l'obtention d'hydrocarbures, lesquels, au 3e échelon, étaient soumis, sous haute pression, à un craquage-hydrogénation avec circulation des fractions séparées à une température d'ébullition plus élevées que celle de l'essence.L'emploi d'un catalyseur de fer, dont la basse activité devait être compensée par une pression élevée, ainsi que l'obligation de réaliser le traitement en plusieurs échelons, prédéterminaient le bas rendement et l'inefficacité économique de ce processus (I.G. Farbenindustrie).

Le rendement par mètre cube de volume réactionnel de 3 l'échelon en phase liquide était de 0,224 m de produits liquides par heure, et le rendement énergétique du processus s'élevait à 43%.

De nombreux travaux de recherche, effectués dans le monde entier depuis 1945, et surtout de 1973 à nos jours, ont aboutit à la création de quelques dizaines de variantes diverses du processus d'hydrogénation du charbon, permettant d'améliorer quelque peu les performances du processus I.G. Une analyse comparative des plus efficaces d'entre elles a été publiée dans la revue de Vsesojuznoe khimicheskoe obschestvo imeni D.I. Mendeleeva (t. 27, nO 3, 1982; "Les combustibles synthétiques en tant que base d'avenir de matières premières de l'énergétique et de la chimie" par I.V. Kalevita, pp 282 à 289).

Les principales particularités daces processus, dits de seconde génération, sont:
- l'emploi de catalyseurs plus actifs que les catalyseurs de fer, ainsi que l'emploi d'un agent de mise en pâte riche en hydrogène et capable de transmettre l'hydrogène à la matière organique du charbon, grâce à quoi la pression a pu être abaissée de 70 MPa à 30 MPa dans les processus ouest-allemands, et à 14,0-18,5 MPa dans les processus américains;
- la sélection de conditions et l'introduction d'additifs prévenant les réactions d'épaississement, abaissant le pourcentage de gaz et de résidus lourds, la conversion de la matière organique atteignant 80 à 95 ó;
- la simplification du stade-de séparation des matières solides;
- la solution d'un grand nombre de difficultés de construction des équipements.

Grâce aux perfectionnements indiqués, le rendement en produits liquides par unité de volume réactionnel à l'échelon de l'hydrogénation en phase liquide a été porté de 0,224 à 0,40 m3/h, et le rendement énergétique, de 43 à 50-55.

Toutefois, malgré les améliorations obtenues, la technique d'obtention de produits liquides à partir de charbon par hydrogénation requiert des perfectionnements pour la création de fabrications compétitives, et avant tout au stade de l'hydrogénation en phase liquide.

L'inconvénient le plus sérieux des processus de seconde génération reste comme auparavant leur basse vitesse et, par conséquent, le bas rendement de l'hydrogénation en phase liquide. Aujourd'hui, l'accroissement du rendement du processus d'hydrogénation du charbon est un problème d'actualité, dont la solution a fait l'objet de nombreuses recherches effectuées dans ce domaine.

Pour apporter une solution à ce problème, on recourt à l'optimisation de la composition de l'agent de mise en pâte, à l'élévation de la température, à l'introduction de divers additifs dans la pâte,-etc., et, en conséquence, à la diminution du temps de contact avec conversion maximale de la matière organique du charbon, ce qui permet d'accroître le rendement du processus.

Néanmoins, quoique aboutissant à une intensification du processus, ceci entraîne inévitablement une altération de la qualité des produits liquides, car l'hydrogénation du charbon est réalisée jusqu'à une conversion poussée de sa matière organique, atteignant 85 à 95.

Ainsi, suivant le procédé de fluidification du charbon à temps de contact court réglable (brevet
USA nO 4 328 088, cl. 208-8, publié en 1982), l'hydrogénation du charbon s'effectue dans une atmosphère d'hydrogène à une température de 455 à 5000C, sous une pression de 10,5 à 28,0 MPa, avec circulation de l'agent de mise en pâte du charbon, qui est introduit dans une proportion de 1:1 à 1:4.en masse, la durée de contact étant au plus de 12 minutes.

Le rendement accru du procédé est obtenu, en l'occurrence, par diminution du temps de contact et augmentation de la température. La durée de séjour du mélange réactionnel dans le réacteur est réduite à 12 minutes ou moins,pour une élévation correspondante de la température, ce qui assure la conversion de la matière organique du charbon à plus de 91S ó. Un inconvénient de ce procédé consiste en ce que l'accroissement de la température (au-dessus de 450OC) augmente le dégagement de gaz et, en conséquence, la consommation d'hydrogène; la qualité des produits obtenus diminue et les produits sont solides à la température ordinaire, ce qui complique leur traitement ultérieur.

Dans le procédé décrit dans le brevet USA n 3 997 422, cl. 208-8, publié en 1976 et réalisé à une température de 400 à 5000C, sous une pression de 3,5 à 30 MPa, avec une durée d'hydrogénation de 0,6 à 15 min, malgré le court temps de contact, la conversion de la matière organique du charbon est poussée jusqu'à 85-95.

I1 va de soi que les produits obtenus se présentent sous la forme de matières se figeant à la température ordinaire, ne se prêtant pas à la continuation de l'hydrogénation (61, 210ó de coke Conradson) et envoyées de ce fait à la cokéfaction.

Dans les procédés américains élaborés ces dernières années par la firme Chevron - Chevron Coal Liquefaction
Process, sigle CCLP. The Chevron coal liquefaction process (CCLP), "par J.W. Rosental, A.J. Dahlberg, C.W.

Kuchlar, D.R. Cash, W. Freedman - (Fuel V. 61, N 10,1982)et par la firme Lummus - Integrated Two-Stage Liquefaction, sigle ITSL, (Chemical Economy and Engineering Review V.14, n 3+ 1982, pp. 15 à 20 "The Integrated Two-Stage Liquefaction Process (ITSL)" par H.D. Schindler, J.M. Chen,
M. Peluso, E.S. Moroni, J.D.Pottes), on recourt aussi à un temps de contact court et la conversion de la matière organique du charbon est poussée jusqu'à 90-92 dans le procédé CCLP et jusqu'à 92 ó dans le procédé ITSL.

On arrive ainsi à obtenir, par exemple par le procédé de la firme Lummus, des produits liquides contenant 54,8 d'asphaltènes et 31 ó de préasphaltènes. Ensuite les produits liquides sont ennoblis dans des conditions très rigoureuses: température 4150C, pression 18,5 MPa, vitesse volumique 0,35 h 1 seulement, ce qui annule pratiquement les avantages du temps de contact court appliqué au stade d'hydrogénation en phase liquide.

Outre les inconvénients indiqués plus haut, les procédés énumérés ne permettent pas d'optimiser les processus d'hydrogénisation en rendement et en qualité des produits obtenus et des charbons utilisés, ni de prédéterminer l'intensification des processus de fluidification de divers types de charbon.

Le but de l'invention était donc d'élaborer un procédé d'obtention de produits liquides à partir de charbon, permettant d'accroître le rendement du procédé et d'améliorer la qualité des produits liquides obtenus.

Ce problème est résolu grâce à un procédé d'obtention de produits liquides à partir de charbon, comprenant l'hydrogénation du charbon en présence d'un agent de mise en pâte, dans une atmosphère d'hydrogène, à une température et une pression accrues, avec un court temps de contact des composants de la réaction, procédé dans lequel, d'après l'invention, l'hydrogénation du charbon est réalisée jusqu'au moment ob la vitesse de conversion de la matière organique du charbon baisse brusquement, en limitant ladite conversion à sa partie qui est facilement fluidifiable et la plus riche en hydrogène, après quoi le processus est interrompu.

Le procédé faisant l'objet de l'invention peut être réalisé aussi bien sans catalyseur qu'en présence d'un catalyseur d'hydrogénation quelconque.

L'hydrogénation du charbon est réalisée à une température choisie entre 300 et 500 C et à une pression choisie entre 5 et 30 MPa, cette température et cette pression étant déterminées, dans les limites indiquées, par le type de charbon à traiter.

L'agent de mise en pâte utilisé est un solvant riche en hydrogène ou une fraction du charbon traité, recyclée après hydrogénation supplémentaire.

Le procédé conforme à l'invention permet d'accroître le rendement en produits liquides de 2 à 2,5 fois, d'augmenter la vitesse de traitement et d'améliorer la qualité des produits liquides comparativement aux procédés connus.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisatidn donnés à titre non limitatif, le dessin unique annexé montrant la variation du taux de conversion de la matière organique du charbon en fonction du temps de contact pour diverses températures et avec ou sans utilisation de catalyseur.

Comme indiqué plus haut, le procédé d'obtention de produits liquides à partir de charbon consiste à effectuer son hydrogénation en mélange avec un agent de mise en pâte dans une atmosphère d'hydrogène, à une température et une pression accrues et avec un court temps de contact.

D'après l'invention, l'hydrogénation du charbon est réalisée jusqu'au moment où la vitesse de conversion de la matière organique du charbon baisse brusquement, en limitant la conversion de la partie du charbon qui est la plus facilement liquéfiable et la plus riche en hydrogène. En d'autres termes, l'hydrogénation est réalisée de telle façon que la conversion de la matière organique du charbon ne se déroule pas jusqu'à la fin, c'est-à-dire qu'elle ne soit pas poussée. La fin (l'arrêt) de la conversion est déterminée d'après le moment où sa vitesse baisse brusquement. A ce moment, l'hydrogénation est interrompue. Ceci constitue la différence de principe entre le procédé faisant l'objet de l'invention et tous les procédés connus, lesquels prévoient une conversion poussée de la matière organique du charbon.

On sait que la matière organique du charbon (MOC) n'est pas homogène. D'après l'idée que l'on se fait actuellement sur la structure de la MOC, son unité structurale se compose de fragments annelés, en partie aromatisés, réunis entre eux par des liaisons en pont de divers types. Cette structure peut aussi comporter des anneaux hydro-aromatiques, ayant des hétéro-atomes et des substituants latéraux. De ce fait, la capacité réactionnelle de la MOC dans les conditions d'hydrogénation destructive présente des caractères différents.

En premier lieu, ce sont les liaisons en pont qui sont transformées par hydrogénolyse rapide en produits de fluidification de poids moléculaire relativement bas, enrichis en hydrogène, puis les fragments annelés sont hydrogénés à une vitesse relativement basse jusqu'à formation de structures hydro-aromatiques, suivie de leur destruction et de leur passage en solution. De la sorte, du point de vue de l'aptitude à la réaction, la matière organique du charbon peut être conventionnellement divisée en deux parties: une partie facilement fluidifiable', la plus riche en hydrogène, et une partie difficilement fluidifiable, la vitesse de conversion (fluidification) de la première partie facilement fluidifiable W1 étant bien plus élevée que celle de la partie difficilement fluidifiable W2.

Compte tenu de ce qui vient d' être dit, pour la majorité des charbons, surtout pour ceux qui sont faiblement métamorphisés, il convient d'effectuer la fluidification non pas de toute la matière organique du charbon (MOC), mais de sa partie la plus réactive, laquelle se transforme (se convertit) à une vitesse plus élevée, c'est-à-dire d'effectuer une conversion peu poussée de la MOC.

Les auteurs de l'invention ont, les premiers, découvert que la réalisation d'une conversion de la MOC ne concernant que sa partie facilement fluidifiable, la plus riche en hydrogène, avec un court temps de contact, donne un effet favorable inattendu, à savoir, une forte intensification du processus de fluidification du charbon, en augmentant notablement sa vitesse et son rendement et en améliorant nettement la qualité du produit liquide.

Selon l'invention, la durée d'exécution de l'hydrogénation est déterminée d'après la vitesse de conversion de la matière organique du charbon, laquelle est élevée dans la période initiale et correspond à la vitesse W1, puis baisse brusquement. Au moment où la vitesse de conversion baisse brusquement, on arrête le processus d'hydrogénation. Ce moment peut être déterminé pour chaque type de charbon à l'aide de courbes cinétiques de la vitesse de conversion de la MOC en fonction du temps de contact. A titre d'illustration, le diagramme ci-joint représente les courbes de fluidification du lignite du bassin Kansko-Achinsky à une pression de 12 MPa.

Sur le diaphramme, le temps t de contact (en minutes) est porté en abscisses, et la conversion C de la matière organique du charbon (en pourcentages) est portée en ordonnées. La courbe 1 correspond à une température de 4300C avec utilisation d'un catalyseur à 0,3 Ó Fe2+, la courbe 2, à la même température, mais sans catalyseur; les courbes 3 et 4 sont analogues aux deux premières, la température étant de 4100C, et la courbe 6 correspond à une température de 390 C, sans catalyseur. Toutes ces courbes ont été obtenues en utilisant la tétraline en tant qu'agent de mise en pâte. La courbe 5 a été obtenue en utilisant, pour la mise en pâte,du charbon traité avec 0,3 m Fe+2, à une température de 4000C.

Le diagramme fait apparaître que la vitesse de fluidification du charbon est bien plus élevée dans la période initiale, jusqu'à une conversion d'environ 50 à 60 , ó selon les conditions de déroulement du processus, puis elle commence à baisser très vite.

La conversion de la MOC atteint 50 à 60 en un temps de contact de 10 min, alors que durant les 170 min suivantes elle ne dépasse pas 25 à 30 0. D'après les courbes cinétiques dont une partie est représentée par le diagramme, les autres étant obtenues par des essais analogues, on peut calculer les vitesses W1 et
W2 de conversion, par approximation en droites des portions de courbes avant et après la baisse de la vitesse. Les résultats des calculs des vitesses W1 de fluidification du charbon dans la période initiale de O à 50-60 % et des vitesses W2 de fluidification dans la période finale, au-dessus de 50-60 ó de la conversion, ainsi que de leurs rapports, pour différents paramètres du processus d'hydrogénation de divers charbons de Kansk-Achinsk,sont donnés dans le Tableau 1 ci-dessous.Les caractéristiques des charbons sont données dans le Tableau 2.

TABLEAU 1
Paramètres cinétiques du processus d'hydrogénation
des charbons du bassin Kansko-Achinsky
(P = 12 MPa; charbon/tétraline = 1/2)
Tempérautre, Catalyseur, Vitesse de Rapport
C 0 3 % Fe 2+ fluidifi- des vitesses
cation
par rapport W1 W2 W1/W2
à la MOC
Charbon du gisement Berezovsky
430 FeS04 6,8 0,12 57
430 - 6,4 0,14 46
410 FeS04 6,0 0,15 40
410 - 5,0 0,21 24
400X FeS04 4,6 0,20 23
390 FeS04 4;0 0,18 22
390 - 5,3 0,13 41
Charbon du gisement Irsha-Borodinsky
410 - 4,7 0,17 28
390 - 3,6 0,20 17 390XX 4 4,2 0,23 18
XAgent de mise en pâte constitué par un recyclage de charbon pré-hydrogéné: charbon/agent = 1/1.

XxPression 21,5 MPa.

TABLEAU 2
Caractéristiques des charbons,
Gisement Ad vdaf Sd Ndaf cdaf H daf (û+5)daf
t
Berezovsky 6,21 49,17 0,57 0,72 71,74 5,09 22,45
Irsha-Borodinsky 6,14 46,97 0,63 0,88 73,11 5,34 20,92
Compte tenu de ce qui a été dit plus haut, le but visé est atteint parle procédé décrit de fluidification du charbon, consistant en ce que l'hydrogénation du charbon en mélange avec l'agent de mise en pâte dans une atmosphère d'hydrogène à une température et une pression accrues est réalisée pendant un court laps de temps, suffisant pour arriver au moment de la baisse brusque de la vitesse de conversion de la matière organique du charbon, puis l'hydrogénation est interrompue, de façon à limiter ladite conversion à la partie facilement fluidifiable et la plus riche en hydrogène de la MOC.

Le procédé faisant l'objet de l'invention peut être réalisé aussi bien sans catalyseur qu'en présence de catalyseurs d'hydrogénation du charbon, par exemple Fe, Mo,
Co, Mo, Al-Co-Mo, etc.

Le procédé peut être réalisé à une température de 300 à 5000C et une pression de 5 à 30 MPa, selon la nature du charbon à traiter. L'agent de mise en pâte peut être un agent quelconque employé à cet effet dans l'hydrogénation du charbon, par exemple la tétraline ou un recyclage de charbon hydrogéné additionnellement.

Ainsi, pour les charbons faiblement métamorphisés, notamment les lignites, les paramètres du processus devant être considérés comme étant les plus avantageux sont les suivants.

Le processus est réalisé sans recours à un catalyseur, ou bien en employant des catalyseurs de fer à bon marché en mélange avec l'agent de mise en pâte, dans une atmosphère d'hydrogène, à une température de 390 à 4300C, une pression de 12,0 à 21,5 MPa, avec un temps de contact ne dépassant pas 10 min et un rapport en masse charbon/agent de mise en pâte de 1/1 à 1/2. L'agent de mise en pâte peut être la tétraline ou un recyclage de charbon hydrogéné additionnellement. Le temps de contact indiqué des composants de la réaction correspond à la durée de conversion de la partie de la MOC facilement fluidifiable, la plus riche en hydrogène.

Les intervalles choisis pour les paramètres du processus de fluidification des charbons faiblement métamorphisés, notamment des lignites, sont déterminés par le fait que, dans des conditions moins dures, à une température inférieure à 39û C et une pression inférieure à 12 MPa, la vitesse de fluidification de la partie douée d'une bonne réactivité de la MOC est basse et le rapport des vitesses W1/W2 est faible, tandis que dans des conditions dures, à une température supérieure à 430C et une pression supérieure à 21,5 MPa, avec un temps de contact supérieur à 10 min, le dégagement de gaz augmente, la consommation d'hydrogène s'accroît, la qualité des produits obtenus baisse par suite de la conversion poussée ainsi que des processus secondaires se déroulant intensément: polymérisation et polycondensation des produits de fluidification du charbon
De la sorte, le procédé prévoyant la conversion de seulement la partie de la MOC qui est douée de la meilleure réactivité, c'est-à-dire une conversion non poussée, permet d'accroître la vitesse de fluidification et, par conséquent, le rendement du processus de 2 à 2,5 fois comparativement aux procédés connus.

Les produits obtenus par le procédé de l'invention, avec conversion incomplète de la MOC et avec un court temps de contact ( 4 10 min) sont de meilleure qualité que ceux obtenus à partir des mêmes charbons avec des paramètres identiques, mais avec un temps de contact plus long, c'est-à-dire dans le cas d'une conversion plus poussée de la MOC.

Les produits de fluidification sont caractérisés par une basse teneur en azote (0,2 à 0,30o) et en souffre (0,05 à 0,08) et en asphaltènes (4 à 6 non), une composition allégée en fractions, un rapport C/H plus bas.

Dans la réalisation pratique de tout processus d'hydrogénation du charbon, plus de la moitié de la matière première est dépensée pour fournir l'énergie nécessaire au processus et pour produire l'hydrogène.

Dans le procédé faisant l'objet de l'invention, le résidu obtenu peut être gazéifié pour couvrir les besoins en hydrogène et partiellement brûlé pour fournir l'énergie nécessaire.

Le procédé faisant l'objet de l'invention, fondé sur l'hydrogénation de la partie la plus apte à réagir de la MOC, est applicable pratiquement à tout type de charbon, la température et la pression pouvant être variées dans une plage étendue, de 300 à 5000C pour la température et de 5 à 30 MPa pour la pression, selon le type de charbon choisi. Le processus peut être réalisé aussi bien en présence d'un catalyseur d'hydrogénation que sans catalyseur.

Les avantages indiqués montrent que le procédé
faisant l'objet de l'invention diffère favorablement des procédés connus et peut présenter un grand intérêt commercial.

Pour une meilleure compréhension de l'invention, on donne ci-après plusieurs exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé d'obtention de produits liquides à partir de charbon, conforme à l'invention.

Les matières premières utilisées étaient des charbons des gisements Berezovsky et Irsha-Borodinsky du bassin Kansko-Ashinsky. Les caractéristiques des charbons sont données dans le Tableau 2 ci-dessus.

Le charbon a été broyé jusqu'à une grosseur de particules d'environ 0,1 mm et séché à une température de 105 C pendant 3 heures jusqu'à une humidité inférieure à 3m. L'agent de mise en pâte utilisé était la tétraline ou un charbon recyclé, hydrogéné additionnellement. Le catalyseur employé dans certains essais était FeS04 à raison de 0,3 % Fe par rapport à la MOC.

Caractéristiques des agents de mise en pâte: la tétraline contenait 86% de matière de baser 14% de mélange de décaline cis et trans, et de la naphtalène; le recyclage de charbon avait la composition élémentaire suivante : C 90,15 ;H 9,04 %; S 0,05 % ; N 0,07%; la teneur en asphaltènes était de 3,44 %; composition en fractions: 80 % à 180-400 C et 20% au-dessus de 4000.

Exemple 1.

Dans un bécher spécial en acier d'un volume de 1,0 2 on a placé 50 g de charbon partiellement séché (Wa = 2,8%) du gisement Berezovsky et 50 g de tétraline, puis on a brassé jusqu'à formation d'une pâte. On a réchauffé jusqu'à 430 C un autoclave d'un volume de 1,0 l , sous une surpression ou pression relative d-'hydrogène de 0,5 MPa. Ensuite, sous l'effet d'une pression d'hydrogène, on a transféré la pâte du bécher dans l'autoclave et on a refoulé de l'hydrogène jusqu'à une pression de travail de 12 MPa. Le mélange réactionnel a été brassé par rotation de l'autoclave, à 43O0C, pendant 10 min. Ceci fait, le mélange réactionnel a été trempé par refroidissement de l'autoclave à l'eau.Les produits de fluidification ont été séparés du résidu par filtration.

Le résidu retenu par le filtre a été traité au benzène pour l'extraction et, après débenzolage, l'extrait a été ajouté au filtrat. Le degré de conversion par rapport à la MOC a été de 60,0, ó, la consommation d'hydrogène,de 2,7. Le rendement en produits tirés du charbon s'est élevé à: 4,35 g (8,47 %) de dioxyde de carbone; 4,76 g (9,26 D) d'eau; 4,85 g (9,45 o) d'hydrocarbures gazeux en C1 à C4; 15,53 g (30,24 %) de produits de fluidification (solubles dans le benzène), dont 11,63 g (22,64 %) de coupe en Cg à 390 C ne contenant pas d'asphaltènes; 3,90 g (7,60 %) d'huile lourde à asphaltènes à température d'ébullition 390 C; 21,86 g (42,58 %) de résidu (MOC n'ayant pas réagi et cendres).

Les produits de fluidification avaient la composition élémentaire suivante : C 90,05 %; H 8,90 % ; S 0,05 %;
N 0,06 %; rapport C/H = 10,12; teneur en asphaltènes 3,06%.

Le rendement total volumo-temporel en produits (selubles dans le benzène), calculé pour un mètre cube de volume réactionnel, s'est élevé à 0,9 m3/m3.h, le rendement en coupe en C5 à 390 C, ne contenant pas d'asphaltènes, s'est élevé à 0,68 m3/m3. h (alors que le rendement des processus connus en produit d'hydrogénation liquide, contenant des fractions lourdes et des asphaltènes, c'est-à-dire de qualité bien plus basse, 33 ne dépasse pas 0,40 m3/m3. h).

Dans les autres exemples (n 2 à 20) de mise en oeuvre du procédé, le traitement a été effectué d'une manière analogue.

Les résultats des exemples de réalisation avec variation de la température de la pression et du catalyseur, sont donnés dans les tableaus 3 à 6.

Les caractéristiques des charbons des gisements
Berezovsky et Irsha-Borodinsky ont été données plus haut, dans le Tableau 2.

Tableau 3
Caractéristiques des produits d'hydrogénation du charbon Berezovsky (3900 C, 12 MPa, sans catalyseur)

<tb> Ex- <SEP> Temps <SEP> Conver- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> produit <SEP> d'hydrogénation
<tb> em- <SEP> de <SEP> sion
<tb> ple <SEP> | <SEP> con- <SEP> de <SEP> la <SEP> Composition <SEP> élémentaire, <SEP> C/H <SEP> Teneur
<tb> n <SEP> tact, <SEP> MOC, <SEP> % <SEP> en <SEP> as
<tb> <SEP> min <SEP> % <SEP> phaltè
<tb> <SEP> C <SEP> H <SEP> S <SEP> N <SEP> nes, <SEP> %
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7. <SEP> 8 <SEP> 9
<tb> <SEP> 2 <SEP> 5 <SEP> 43,6 <SEP> 89,71 <SEP> 8,89 <SEP> 0,05 <SEP> 0,54 <SEP> 10,09 <SEP> 3,35
<tb> <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> 53,1 <SEP> 90,79 <SEP> 8,92 <SEP> 0,08 <SEP> 0,18 <SEP> 10,17 <SEP> 3,86
<tb> <SEP> 4 <SEP> | <SEP> 30 <SEP> 59,0 <SEP> 90,00 <SEP> 8,90 <SEP> 0,08 <SEP> 0,57 <SEP> 10,11 <SEP> 4,51
<tb> <SEP> 5 <SEP> 90 <SEP> 66,6 <SEP> 90,07 <SEP> 8,63 <SEP> 0,09 <SEP> 0,65 <SEP> 10,43 <SEP> 6,30
<tb> <SEP> 6 <SEP> 180 <SEP> 75,6 <SEP> 89,94 <SEP> 8,65 <SEP> 0,09 <SEP> 0,65 <SEP> 10,39 <SEP> 6,18
<tb>
Tableau 3 (suite)

<tb> <SEP> Ex- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> résidu
<tb> <SEP> em- <SEP> solide
<tb> ple
<tb> <SEP> n <SEP> Composition <SEP> élémentaire, <SEP> %
<tb> <SEP> Ad <SEP> % <SEP> Sd <SEP> Ndaf <SEP> Ndaf <SEP> Cdaf <SEP> Hdaf <SEP> (@@S)daf <SEP> <SEP> C/H
<tb> <SEP> t
<tb> <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16
<tb> <SEP> 2 <SEP> 10,51 <SEP> 0,69 <SEP> 0,87 <SEP> 78,39 <SEP> 5,22 <SEP> 15,52 <SEP> 15,02
<tb> <SEP> 3 <SEP> 13,37 <SEP> 0,81 <SEP> 0,97 <SEP> 79,34 <SEP> 5,10 <SEP> 14,59 <SEP> 15,56
<tb> <SEP> 4 <SEP> 14,04 <SEP> 0,96 <SEP> 0,91 <SEP> 80,00 <SEP> 5,08 <SEP> 14,01 <SEP> 15,75
<tb> <SEP> 5 <SEP> 16,54 <SEP> 1,11 <SEP> 0,92 <SEP> 80,65 <SEP> 5,16 <SEP> 13,27 <SEP> 15,63
<tb> <SEP> 6 <SEP> 21,33 <SEP> 1,49 <SEP> 1,08 <SEP> 81,64 <SEP> 5,26 <SEP> 12,02 <SEP> 15,52
<tb>
Tableau 4
Caractéristiques des produits d'hydrogénation
du charbon Berezovsky
(410 C, 12 MPa, sans catalyseur)

Ex- <SEP> Temps <SEP> Conver- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> produit <SEP> d'hydrogénation <SEP>
<tb> em- <SEP> de <SEP> sion <SEP> Composition <SEP> élémentaire,% <SEP> Tene
<tb> ple <SEP> con- <SEP> de <SEP> la <SEP> 20 <SEP> ur <SEP> en
<tb> @@ <SEP> @@ <SEP> @@
<tb> n <SEP> tact, <SEP> MOC,
<tb> min <SEP> % <SEP> as
<tb> <SEP> #4 <SEP> C <SEP> H <SEP> S <SEP> N <SEP> C/H
<tb> <SEP> g/cm3 <SEP> phal
<tb> <SEP> tènss,
<tb> <SEP> %
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10
<tb> <SEP> 7 <SEP> 10 <SEP> 48,5 <SEP> 0,979 <SEP> 90,38 <SEP> 8,88 <SEP> 0,05 <SEP> 0,21 <SEP> 0,18 <SEP> 5,34
<tb> <SEP> 8 <SEP> 30 <SEP> 58,5 <SEP> 0,987 <SEP> 90,09 <SEP> 8,60 <SEP> 0,05 <SEP> 0,16 <SEP> 0,48 <SEP> 6,31
<tb> <SEP> 9 <SEP> 90 <SEP> 72,4 <SEP> 0,989 <SEP> 90,32 <SEP> 8,38 <SEP> 0,06 <SEP> 0,21 <SEP> 10,78 <SEP> 6,70
<tb> 10 <SEP> 180 <SEP> 85,7 <SEP> 0,991 <SEP> 90,38 <SEP> 8,37 <SEP> 0,08 <SEP> 0,24 <SEP> 10,80 <SEP> 6,83
<tb>
Tableau 4 (suite)

<tb> <SEP> Ex- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> résidu <SEP> solide
<tb> em- <SEP> Ad, <SEP> Vdaf
<tb> <SEP> Composition <SEP> élémentaire, <SEP> %- <SEP> C/H
<tb> <SEP> ple <SEP> % <SEP> %
<tb> <SEP> n <SEP> Std <SEP> Ndaf <SEP> Cdaf <SEP> Hdaf <SEP> (O+S)daf
<tb> <SEP> 1 <SEP> Il <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 18
<tb> <SEP> 7 <SEP> 11,40 <SEP> 37,93 <SEP> 0,85 <SEP> 1,03 <SEP> 79,22 <SEP> 4,62 <SEP> 15,13 <SEP> 17,15
<tb> <SEP> 8 <SEP> 13,77 <SEP> 37,82 <SEP> 1,00 <SEP> 1,03 <SEP> 79,14 <SEP> 4,71 <SEP> 15,12 <SEP> 16,80
<tb> 9 <SEP> 19,34 <SEP> 40,64 <SEP> 1,19 <SEP> 1,08 <SEP> 80,46 <SEP> 4,67 <SEP> 13,79 <SEP> 17,23
<tb> 10 <SEP> 31,64 <SEP> - <SEP> 3,04 <SEP> 1,32 <SEP> 80,21 <SEP> 4,99 <SEP> 13,48 <SEP> 16,07
<tb>
Tableau 5
Caractéristiques des produits d'hydrogénation du charbon Irsha-Borodinsky (3900C, 21,5 MPa,
sans catalyseur)

<tb> <SEP> Temps <SEP> Con- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> produit <SEP> d'hydrogénstion
<tb> Ex- <SEP> de <SEP> ver
<tb> 20 <SEP> Composition <SEP> élémentaire,% <SEP> Teneur
<tb> cm- <SEP> con- <SEP> sion <SEP> C/H
<tb> en <SEP> asple <SEP> tact, <SEP> de <SEP> la <SEP> 4 <SEP> phaltè- <SEP>
<tb> n <SEP> min <SEP> MOC,% <SEP> g/cm <SEP> C <SEP> H <SEP> S <SEP> N <SEP> nes, <SEP> %
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10
<tb> 11 <SEP> 10 <SEP> 42,7 <SEP> 0,973 <SEP> 90,14 <SEP> 9,15 <SEP> 0,07 <SEP> 0,08 <SEP> 9,85 <SEP> 2,73
<tb> 12 <SEP> 30 <SEP> 58,8 <SEP> 0,973 <SEP> 89,54 <SEP> 8,91 <SEP> 0,10 <SEP> 0,09 <SEP> 0,05 <SEP> 2,76
<tb> 13 <SEP> 60 <SEP> 63,5 <SEP> 0,976 <SEP> 89,08 <SEP> 9,00 <SEP> 0,10 <SEP> 0,08 <SEP> 9,90 <SEP> 3,86
<tb> 14 <SEP> 90 <SEP> 69,3 <SEP> 0,979 <SEP> 89,80 <SEP> 8,59 <SEP> 0,09 <SEP> 0,07 <SEP> 0,45 <SEP> 4,86
<tb> 15 <SEP> 180 <SEP> 82,7 <SEP> 0,985 <SEP> 90,16 <SEP> 9,03 <SEP> 0,07 <SEP> 0,12 <SEP> 9,98 <SEP> 5,52
<tb>
Tableau 5 (suite)

<tb> <SEP> Ex- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> résidu <SEP> solide
<tb> <SEP> em <SEP> A@ <SEP> <SEP> V@@ <SEP> <SEP> Composition <SEP> élémentaire, <SEP> %
<tb> <SEP> ple <SEP> % <SEP> % <SEP> C/H
<tb> <SEP> n <SEP> Std <SEP> Ndaf <SEP> Cdaf <SEP> Hdaf <SEP> (O+S)daf
<tb> <SEP> 1 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 18
<tb> il <SEP> 1D,24 <SEP> 38,03 <SEP> 0,14 <SEP> | <SEP> 1,34 <SEP> 79,71 <SEP> 4,89 <SEP> 14,06 <SEP> 16,30
<tb> 12 <SEP> 13,71 <SEP> 36,08 <SEP> 0,26 <SEP> 1,13 <SEP> 80,81 <SEP> 4,74 <SEP> 13,32 <SEP> 17,05
<tb> 13 <SEP> 15,20 <SEP> 36,55 <SEP> 0,23 <SEP> 1,26 <SEP> 80,98 <SEP> 5,17 <SEP> 12,59 <SEP> 15,66
<tb> 14 <SEP> 17,59 <SEP> 35,87 <SEP> 0,27 <SEP> 1,28 <SEP> 81,14 <SEP> 4,81 <SEP> 12,77 <SEP> 16,87
<tb> 15 <SEP> 17,49 <SEP> | <SEP> 33,78 <SEP> 0,29 <SEP> | <SEP> 1,39 <SEP> 82,14 <SEP> 4,65 <SEP> 11,82 <SEP> 17,66
<tb>
Caractéristiques des produits d'hydrogénation
du charbon Berezovsky (430 C, 12 MPa, cataly
seur à 0,35 Fe2+ par rapport à la MOC)

<tb> Temps <SEP> Con- <SEP> Composition <SEP> du <SEP> produit <SEP> d'hydrogénation
<tb> <SEP> de <SEP> veremcon- <SEP> sion <SEP> 20 <SEP> Composition <SEP> élémentaire,% <SEP> C/H <SEP> Teneur
<tb> ple
<tb> tact, <SEP> de <SEP> #4 <SEP> en <SEP> asn
<tb> <SEP> min <SEP> la <SEP> C <SEP> H <SEP> S <SEP> N <SEP> phaltèg/cm3
<tb> <SEP> MOC,% <SEP> nes,%
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10
<tb> 16 <SEP> 10 <SEP> 67,8 <SEP> 0,985 <SEP> 90,14 <SEP> 8,81 <SEP> 0,06 <SEP> 0,06 <SEP> 10,28 <SEP> 3,75
<tb> 17 <SEP> 30 <SEP> 6,7 <SEP> 0,985 <SEP> 90,60 <SEP> 8,53 <SEP> 0,09 <SEP> 0,07 <SEP> 10,57 <SEP> 4,36
<tb> 18 <SEP> 60 <SEP> 5,9 <SEP> 0,989 <SEP> 90,12 <SEP> 8,30 <SEP> 0,16 <SEP> 0,09 <SEP> 10,86 <SEP> 4,08
<tb> 19 <SEP> 90 <SEP> 5,4 <SEP> 0,985 <SEP> 90,22 <SEP> 8,30 <SEP> 0,08 <SEP> 0,09 <SEP> 10,87 <SEP> 4,41
<tb> 20 <SEP> 180 <SEP> <SEP> 88,9 <SEP> 0,993 <SEP> 88,86 <SEP> 8,35 <SEP> 0,15 <SEP> 0,09 <SEP> 10,64 <SEP> 4,51
<tb>
Tableau 6 (suite)

<tb> <SEP> Composition <SEP> du <SEP> résidu <SEP> solide
<tb> Ex
<tb> em- <SEP> Ad <SEP> Vdaf <SEP> Composition <SEP> éIémentaire, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Ple <SEP> % <SEP> %
<tb> n <SEP> Std <SEP> Ndaf <SEP> Cdaf <SEP> Hdaf <SEP> (O+S)daf <SEP> C/H
<tb> <SEP> 1 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 18
<tb> 16 <SEP> 17,05 <SEP> 36,70 <SEP> 3,73 <SEP> 1,34 <SEP> 82,75 <SEP> 5,03 <SEP> 12,39 <SEP> 16,16
<tb> 17 <SEP> 22,16 <SEP> 37,17 <SEP> 2,76 <SEP> 1,24 <SEP> 82,38 <SEP> 4,54 <SEP> 12,92 <SEP> 17,93
<tb> 18 <SEP> 31,87 <SEP> 39,68 <SEP> 5,44 <SEP> 1,23 <SEP> 84,12 <SEP> 4,47 <SEP> 14,90 <SEP> 17,78
<tb> 19 <SEP> 31,14 <SEP> 39,46 <SEP> 5,18 <SEP> 1,36 <SEP> 84,59 <SEP> 4,43 <SEP> 14,31 <SEP> 18,08
<tb> 20 <SEP> 37,35 <SEP> - <SEP> 5,11 <SEP> 1,32 <SEP> 83,51 <SEP> 4,03 <SEP> 12,73 <SEP> 20,35
<tb>

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'obtention de produits liquides à partir de charbon par hydrogénation de ce dernier en présence d'un agent de mise en pâte, dans une atmosphère d'hydrogène, à une température et une pression accrues et une courte durée de contact entre les produits de départ, caractérisé en ce que l'hydrogénation du charbon est réalisée jusqu'au moment où la vitesse de conversion de la matière organique du charbon baisse brusquement, en limitant ladite conversion à la partie de ladite matière qui est la plus facilement fluidifiable et la plus riche en hydrogène, après quoi le processus d'hydrogenation est interrompu.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrogénation est réalisée en présence d'un catalyseur d'hydrogénation du charbon.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'hydrogénation est réalisée à une température de 300 à 5000C et sous une pression de 5 à 30 MPa, choisies selon le type de charbon à traiter.

4. Produits liquides obtenus à partir de charbon par hydrogénation de ce dernier, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3.