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"Procédé pour la conversion des produits de la distillation du charbon en hydrocarbures valorisables".
La présente invention s'applique à la conversion des produits de la distillation du charbon,particulièrement des acides du goudron, en hydrocarbures valorisables essentielle-* . ment exempts d'acidesde @ goudron. Sous l'appellation "pro- duite de la distillation du charbon", l'inventeur range les produits de la distillation du charbon à haute et à basse tem- pérature ou des fractions de ceux-ci, les sous-produits de la fabrication du gaz de gazogène, telsque le goudron da gazogène-, les sous-produits de la distillation et de la gazéification de
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lignites, et les produits de la distillation du mélange de goudron de charbon ou de ses fractions avec le poussier de charbon ou de schiste, avec ou sans addition d'huile,
ainsi que d'une façon générale toutes les matières carbonées ou à base, d'hydrocarbures dérivant en totalité ou par fractions , du traitement à chaud des charbons de toutes qualités,de la tourbe à l'anthracite, et susceptibles quand on les traite dans cet état ou en mélange avec d'autres matières carbonées appro- priées, de donner,par le présent procédé, des hydrocarbures val ori sab le s, La présence des acidesdu goudron,du naphtalène, de 11 en- thracène et d'autres produits de la distillation du charbon, dans le combustible moteur et dans lesmatières susceptibles de fournir du combustible moteur est un inconvénient bien reconnu pour l'emploi industriel de cesproduits.
L'objectif principal de la présente invention est de soumettre ces matières à un trai -bernant qui non seulement supprima la nocivité de ces produits nuisibles,mais qui les convertit en éléments réellement valori-. sables du produit final..
Conformément à la présente invention, on soumet les pro- duits de la distillation du charbon dont question plus haut, soit seuls,soit en mélange avec de l'huile,particulièrement avec de l'huile minérale, en faisant intervenir ou non de la vapeur, de l'hydrogène ou d'autres gaz, à un contact intime avec des matières catalytiques dans des conditions opératoires telles, particulièrement en ce qui concerne la température et la durée de contact,que les acides du goudron et les hydrocarbures su- périeurs aromatiques, tels que le naphtalènel'anthracène,etc., soient convertis en benzol ou en homologues du benzol et autres hydrocarbures valorisables.
Le benzol et ses homologues (toluol, etc.) sont des produitsindustriels de valeur bien connusse benzol,par exemple,ajouté au combustible moteur,constitua un
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excellent anti-détonant. Par conséquent, un procède qui permet
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de trafi6fmer le phénol,le naphtol,le naphtalène,l'anthraaéne et produite analogues en benzol et homologues de ce dernier et en autres hydrocarbures valorisables constitue un excellent progrèstechnique.
Des recherches et des expériences approfondies faites sur échelle réduite et aussi industriellement avec une grande quantité de matièrespremières et d'agents catalyseurs et sur toute une vaste gamme de températures,de pressions et de vites- ses d'écoulement ont permis de conclure dans le sens suivant:
bien que les rendements et l'intensité de la conversion varient, évidemment, suivant les conditions,la conversion âes acides du goudron et des hydrocarbures aromatiques supérieurs''en ben- zol ou en homologues du benzol et autres hydrocarbures valori- sables est assurée en soumettant la matière première, avec ou sans addition d'huile minérale et avec ou sans le secours de la vapeur,de) l'hydrogène ou d'un autre gaz, à une action de contact à large surface et dans un état de finesse plus ou moins moléculaire ou à l'état vaporisé en présence d'une ma- tière catalytique appropriée,dans une gamme de températures c onvenab les.
Les quatre facteurs principaux qui déterminent la nature, la vitesse et l'efficacité de la réaction sont la finesse et la régularité de la distribution de la matière soumise à la réaction, sur la matière catalytique, la nature de la matière catalytique elle-même et la vitesse d'écoulement de la matière première sur la matière catalytique. Il vu. de soi que la vi- tesse d'écoulement et la température sont en étroite corréla- tion, étant donné que la température possible sera d'autant plus élevée que la vitesse est plus considérable. D'une façon géné- rale,la température oscille entre 300 et 60000. mais l'inven teur ne se limite pas à ces températures.
Il préfère faire intervenir les températures auxquelles la conversion se par-
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fait avec. le minimum de formation de produits carbonés et/ou da produits gazeux.
Des recherches faites au sujet de la matière catalytique qui convient à cette fin révèlent une grande quantité de métaux, de métalloïdes et d'alliages et des corps plus ou moins non..' métalliques .mais d'une façon générale, on peut diviser ces corpsen deux classes: à savoir les métaux et lesalliages des métaux qui se recouvrent d'une couche de carbone aux tempéra- tures pratiquées pour la réaction et donnent de grandes quanti- tés de produits de réaction gazeux. A cette classe appartien- nent le fer,le nickel,l'acier et lesalliages de ces métaux ou leurs mélanges et complexes@.
En-suite les métaux, les mé- talloides et les alliages des métaux et métalloïdes et les corps non métalliques plus ou moins chimiquement inertes (géné- ralement,mais pas nécessairement d'origine non organisa) qui ne se recouvrent pas d'une couche de carbone et ne donnent pas de produits de réaction gazeux ou tout au moins beaucoup moins de produits de réaction gazeux que ceux de la première classe.
Dans cette seconde catégorie de catalyseurs rentrent les métaux et les métalloïdes tels que le cuivre,le cobalt,le man- ganèse, le chrome,le molybdène,l'étain,l'aluminium,les métaux alcalins,lesmétaux alcalino-terreux, le silicium, la b ore et les alliages,mélanges ou complexes de ceux-ci et les corps non métalliques,tels que la pàerre ponce, la brique réfractaire, le gel de silice, la porcelaine ,la silice et les oxydes carbo- nates et autres sels des métaux et des métalloïdes dont il vient d'être question ou leurs oxydes difficilement fusibles.
Il va de soi que les catalyseurs qui appartiennent à la' seconde catégorie sont préférables à ceux de la première,et, en réalité, quand on se sert des catalyseurs de la première ales- se,il est nécessaire,ou tout au moins désirable,de prendre des précautions pour assurer.l'élimination,constante ou inter- mittente, des dépote de carbone,*
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Quand on fait usage de vapeur, d'hydrogène ou d'autres gaz en mélange avec la matière de réaction principale,la tempéra- ture de la réaction peut généralement être un peu inférieure à celle que l'on observe quand on opère en l'absence de ce gaz ou de cette vapeur.
Comme l'hydrogène est l'un des produits gazeux de la réaction, il est entendu que l'on peut,dans cer- tains cas,mélanger les produits gazeux, ou certains des produits gazeux de la première réaction à des charges fraîches de matiè- re première ou à de la matière qui a déjà servi ou que l'on fait rentrer dans le processus.
On peut tellement bien régler la conversion catalytique qu'il est possible de transformer des matières premières con- sistant presqu'entièrement en acides du goudron et en hydro- carbures aromatiques supérieurs, telles que par exemple les huiles de créosote,entièrement ou presque entièrement en ben- zol et en homologues du benzol et en sous-produits gazeux.
Cependant,l'un desusages principaux du benzol est son comme emploi anti-détonant peur le combustible moteur. Une applica- tion industrielle importante de la présente invention est,par conséquent,la production de ce benzol en mélange avec des hy- drocarbures légers et conséquemment un mode de fabrication im- portant est de traiter lesproduits de la distillation du char- bon en mélange avec une huile,de préférence avec une huile mi- nérale de qualité ou degré déterminé,de manière à obtenir un produit composite d'huile combustible légère et d'anti-détonant en une seule et même fois.
Quand on emploie de l'huile en mélange avec les acides du goudron et autres produits de la distillation du charbon, il est avantageux de choisir un degré ou une qualité d'huile mi- nérala qui possède' essentiellement la même ganme de distilla- tion que celle des acides du goudron ou .autres produits de la distillation du charbon ou au moins une gamme de distillation dont le point final soit égal au p oint final desacides du
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goudron ou. autres produits de la distillation du charbon ou dépasse celui-ci.
On comprendra l'importance que présente ce desideratum si 1' on réfléchit que comme souvent une huile com- bustible lourde à large gamme de distillation est employée avec un distillat du charbon bas ou haut, à point final peu élevé,il y a alors tendance pour le distillat de charbon à. bas point d'ébullition ou pour sa fraction à se convertir souvent en gaz; inversément,quand on emploie un Kérosène ou une huile de gaz légère avec un produit de la distillation du charbon à grande gamme de distillation et à point final élevé,le kéro- sène ou leshuiles de gaz légèresdistillent avec lesproduits de distillation qui ont le même point d'ébullition; on court alors le danger de craquer les produits de distillation élevés en gaz à faible valeur commerciale.
Il rentre toutefois dans le cadre de l'invention d'employer une huile à gamme de distil- lation autre que celle mentionnée ci-dessus; la seule chose essentielle à prendre en considération est que le produit fi- nal ne renferme pas des acides du goudron ou autres éléments indésirables des produits de la distillation du charbon,mais qu'au contraire ceproduitss aient été , en fait,complè tement convertis en benzol et en homologues du benzol ou autres hydro- carbures valorisables,pouvant convenir comme combustible mo- teur ou comme matière première pour la préparation de combus- tible moteur.
C'est ainsi par exemple qu'une fraction de la distillationdu charbon dont la gamme de distillation va par exemple de 250 à 270 C peut être mélangée à une huile à gamme de distillation plus élevée, allant par exemple de 270 à 350 C et traitée conformément à la présente invention,pour donner un produit essentiellement exempt d'acides du goudron ou autres éléments indésirable s, Sauf si la quantité d'huile minérale employée avec lesproduitsde la distillation du goudron de charbon est considérable, la conversion des acides, du goudron, etc., en benzol ou en homologuas du benzol est susceptible
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d'être incomplète;
il en résulte une diminution de la valeur du produit composite et d'une façon générale,l'inventeur a constité que la quantité d'huile minérale doit être au moins égale,en poids, à la quantité d'acides du goudron ou autres produits de la distillation du charbon.
Les exemples qui suivent montrent la façon de mettre l'invention en pratique et lerésultats obtenus.
EXEMPLE I.
On ajoute à 1.000 parties de produits de la distillation du charbon,débarrassés s du brai,du soufre,etc., une quantité égale en poids d@uile minérale à gamme de distillat ion et à point final égaux ou approximativement égaux, à ceux du distil- lat de goudron.
On mélange ces matières à fond et on leur fait subir un chauffage préliminaire en lefaisant passer dans une @ enveloppe chauffée ou dans une cornue animée d'un mouvement de rotation ou encore dans un serpentin long et relativement étroit garni ou non de cuivre ou autre catalyseur approprie; on conduit lesvapeursproduites,en présence ou non de vapeur d'eau,dans une chambre de catalyse,chauffée,par exemple, à la température de 450 à 500 0 et où se trouvent de :préférence des catalyseurs sur lesquelsne se précipite pas le carbone et qui ne provoquent pas la formation d'un fort pourcentage de gaz.
Il doit être entendu que la quantité et la répartition du ca- talyseur suffisent pour assurer un contact de surface de gran- deur suffisante pour que les acides du goudron et autres élé- ments indésirables soient convertis en benzol et en homologuas du benzol et autreshydrocarbures valorisables. Quand l'opéra- tion est menée convenablement,plus de 90% de la matière pre- mière passent, dont 24% distillent jusqu'à 200 0 ,tandis que le restant distille à des températures qui s'échelonnent jusqu'au point final du distillat.
Quand on fait usage d'une cornue chauffée comme mentionné ci-dessus, il est nécessaire de ohauffer la chambre de catalyse dans un foyer séparé à la tem-
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pérature requise, tandis que quand, on se sert d'un serpentin comme moyen de chauffage préliminaire, on peut chauffer ce serpentin extérieurement à la température voulue pour que la vapeur ou les produits de la distillation du charbon eux-mêmes, ou l'huile minérale, s' il est fait usage d'huile minérale,ou le mélange de ces matière s,quand on les fait passer dans le dit serpentin et ensuite dans la chambre de catalyse,élèvent et maintiennent la température dans cette dernière à la valeur requise. La vapeur employée dans ce cas sert également à véhi- culer les matières à traiter et à abaisser la température de la réaction ,comme déjà exposé.
EXEMPLE II.
On mélange 1.000 parties d'huile de créosote débarrassée des composés sulfurés, arsénieux et autres à un poids égal d'huile minérale possédant à peu près la même gamme de distil- lation que l'huile de créosote,mais un point final plus élevé; on injecte ce mélange avec de la vapeur dans le serpentin préci- té et de la, dans la chambre de catalyse chauffée. La températu- re est d'environ 500 0 à la sortie et la pression est exacte- ment suffisante pour soutenir et contrôler l'opérât ion.
Dans ce cas,plus de 98% du mélange en réaction passent à la distilla- tion; de ces 98%, environ 35 passent en-dessous de 200 C et le restant distille à des températures qui s'échelonnent jusqu'au point final de l'huile de créosote ou de l'huile minérale.on peut effectuer l'opération qui précède sans le secours de la vapeur; ce dernier donna toutefois de meilleurs résultats.
On peut contrôler les conditions opératoires, particulière- ment en appliquant une pression életée ainsi qu'une température convenables, de façon qu'un craquage (cracking) ordinaire se produise avant le traitement catalytique ou simultanément avec celui-ci; de mgme,la matière à traiter, même si elle n'est pas oraquée avant de pénétrer dans la chambre de catalyse, est !le préférence chauffée à une température! convenable avant de pé-
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nétrer dans la dite chambrer par Exemple en passant tout d'ab @@ dans un serpentin chauffé puis en étant ensuite évacuée dans la ohambre de catalyse qui,
conformément à la présente inven- tion contient une quantité de matière catalytique suffisante et disposée de manière que la totalité de la matière à traiter se trouva largement en contact de surfacependant un temps suffisant pour que la conversion désirable se fasse.
Dans tous les cas, on aspire ou on refoule la matière à traiter, mélangée ou non à de la vapeur,de l'hydrogène ou autre gaz,dans l'appa- rail, à une vitesse suffisante pour qu'il n'y ait pas d'action destructive qui serait provoquée par un contact de durée exa- gérée,avec la matière catalytique. @
L'opération peut se faire à ia pression ordinaire ou à des pressions moins élevées que la pression atmosphérique ou à des pressions élevées,mais dans le dernier cas,les pressions sont beaucoup moins considérables que celles qui se pratiquent dans l'hydrogénation.
Dans sa forme là plus simple,l'appareil employé pour réali- ser le traitement conforme à l'invention,comporte un serpentin de chauffage, une colonne ou une autre ohambre de réaction ana- logue remplie de matière catalytique à grande surface de con- tact et les condenseurs ou "serubbers" ou épurateursusuels.
Les produits condensés peuvent se trouver,quand ils sont trài- tés convenablement à l'état de benzol sensiblement pur, ou de combustible moteur mélangé d'anti-détonant; ils peuvent aussi exiger une distillation ou un oracking subséquent ou un autre traitement de tout type connu, en vue d'être raffinés ou de mo- matières difier leur constitution,d'aprèsla nature des/premières trai- trées et les conditions exactes du traitement.
Si l'on a consta- té que la conversion des acides du goudron et autres produits est incomplète, on peut évidemment faire rentrer la totalité ou une partie des produits, dans l'appareil, en mélange ou non à de la matière fraîche et avec le secours ou non de la vapeur
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et/ou de l'hydrogène, ce dernier provenant par exemple,des gaz qui sortent de l'épurateur.
-'J'inventeur désire faire remarquer qu'il ne revendique pas en soi un procédé spécial ou un appareil déterminé de craquage, mais seulement la oraquage quand il s'effeptue avant.:pendant ou après la conversion catalytique dont il a été question,de façon que le produit final soit sensiblement exempt d'acides s du gou- dron ou autres produits indésirables de la distillation du charbon.
REVENDICATIONS 1.-Traitement thermique catalytique desproduits de la distillation du charbon,consistant à, soumettre ces produits, avec ou sans addition d'huiles et avec ou sans le secours de vapeur d'eau, d'hydrogène ou autres gaz, à l'état de finesse plus ou moins moléculaire ou à l'état de vapeur, à l'action d'une gamme de températures et d'une matière catalytique, comme exposé précédemment,avec une exposition de surfaces de contact suffisamment large pour que les produitsde la distillation soient essentiellement débarrassésd'acides du goudron ou autre:
produits indésirables de la distillation du charbon et à reti- rer lesproduits de la zone de conversion, directement après que la conversion s'est faite et avant que se soit produite une destruction appréciable du produit par suite de sa prolongation de contact excessive avec la matière catalytique, 2.-Traitement catalytique à chaud conforme à la revendi, Cation 1,dans lequel la matière à traiter est un produit de la distillation d'un mélange de goudron de charbon ou de ses fractions avec du poussier de charbon ou de schiste,avec ou sans addition d'huile.