CA1304198C - Brai d'impregnation a filtrabilite amelioree et son procede de fabrication - Google Patents

Brai d'impregnation a filtrabilite amelioree et son procede de fabrication

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CA1304198C CA000561878A CA561878A CA1304198C CA 1304198 C CA1304198 C CA 1304198C CA 000561878 A CA000561878 A CA 000561878A CA 561878 A CA561878 A CA 561878A CA 1304198 C CA1304198 C CA 1304198C
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    • C10C1/00Working-up tar
    • C10C1/19Working-up tar by thermal treatment not involving distillation

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Abstract

BRAI D'IMPREGNATION A FILTRABILITE AMELIOREE ET SON PROCEDE DE FABRICATION Ce brai d'imprégnation possédant un point de ramollissement KS compris entre 60.degree.C et 80.degree.C et une teneur en substances insolubles dans la quinoléine inférieure ou égale à 7% en poids, est caractérisé en ce que son indice de filtrabilité est supérieur ou égal à 4,5. Pour le préparer, on soumet un goudron ou un brai possédant un point de ramollissement KS au plus égal à 60.degree.C et une teneur en substances insolubles dans la quinoléine inférieure ou égalé à 7% en poids à un traitement thermique capable d'éliminer une partie substantielle de ses constituants de masse moléculaire inférieure à 1200.

Description

1~04198 B~U D' I~EGN,~OY A FIT,Tlj!~~ TE AlIEI,~ ET SO~ PRQcF~!E
FAB~ T 0~
La présente lnventlon concerne les brals, en partlculler les brais de ~oudrons de houllle, qul sont destinés h être utlllses comme a~ents d'lmprégnatlon de plèces de carbone ou de graphlte, dans le but d'au~menter leur denslte et leur réslstance m~c~nlque. Dans le présent mémolre descrlptlf, on déslgnera ces brals par l'expresslon ~brals d'lmprégnatlon".
Les brals sont~ d'une m~nlère générale, caractérlsés par dlfférentes données analytlques, dont la connalssance permet d'apprécler leur valeur d'usa$e pour l'appllcatlon cholsle. On donnera cl-après une déflnltlon des dlfférentes caractérlstlques des brals, qul seront évoqu~es icl :
- la teneur en substances lnsolubles dans la qulnoléine (IQ), et la teneur en substances lnsolubles dans le toluène ~IT), ces teneurs, exprlmées en '~ en poids, étant obtenues par les modes opératolres lndiqués dans ~o les normes respectlvement ISO 6791 et ISO 6376 ;
- le polnt de ra lllssement Kraemer-Sarnow (KS), exprlme en C, qui est determlné selon le procédé au mercure spécifl~ dans la norme DI~ 52025 ;
- la teneur en carbone flxe <exprl~ée en X en polds), qul traduit le rendement en coke ou le pouvolr en carbone du bral, cette teneur étant calculée selon la méthode décrlte dans la norme ISO 6998.
Un bral Jugb satlsfalsant pour constltuer un bral d'lmprégnatlon respecte générale~ent les spéclflcatlons sulvantes :
- un polnt de ramulllssement KS de l'ordre de 60 ~ 80'C ;
- une teneur en substances lnsolubles dans la qulnolélne ~énéralement lnférleure ou égale ~ 7~ en polds ; et - une teneur en carbone flxe ~u lns égale à 46%, par exemple comprlse entre 46 et 54'h en polds.

Toutefols, le crltere essentlel de succes d'un bral d'imprégnatlon est constitué par une ~utre mesure propre aux brals de ce type parce qu'elle tradult la qualité
d'lmprégnatlon du bral, ~ savolr, la vltesse de flltratlon <ou lndice de flltrnbllité~. Les lndlces de flltrablllté
ont lcl été détermlnés par la méthode sulvante :
Dans une cellule de flltratlon, ldentlque ~ celle décrlte par Clarke J.W., Rantell T.D., dans la revue ~Fuel~, 1980, ~Q, 35-41, on soumet ~ une flltratlon, sur un dlsque fritté métalllque, à une presslon constante de 5 x 105 Pa et a une température constante de 225-C, un échantlllon de 50 envlron du bral ~ analyser préalablement chauffé en étuve.
On enreglstre la courbe m = f ~t) <où m est la masse de br~l flltré exprlmée en ~rammes et t est le temps exprlmé en minutes~, et on calcule l'lndlce de flltrabillté I sulvant la formule :

I = m -m t2/ ~ - t /m ~vec ml = masse recuelllle au temps tl m2 = masse recuelllie au temps t2 Jusqu'~ present, l'homme du métler étalt persuadé
: que le traltement thermlque de maturatlon d'un bral d'lmprégn~tlon ét~lt sans lnfluence, volre meme désavantageux, pour la vltesse de flltratlon.
La Soclété déposnnte a malntenant découvert que, contralrement ~ ce pré~ugé, la flltrablllté d'un bral d'lmprégnatlon pouv~lt etre consldérablement amelloree par une m~turatlon modérée de c-lul-cl.
Par allleurs, l'analyse par chromatographle par perméatlon de gel ~CPG) de brals d'lmprégnatlon ayant et n'~yant pas été traltés thermlquement a permls ~ la Soclété
déposante de constater que l'amélloratlon de l'lndlce de filtrablllté d'un bral est corrélée, d'une part, ~ une éllmlnatlon des prodults de masse moléculalre lnférleure à

1200, et de preference comprlse entre 500 et 1100 et, d'autre part, ~ une augmentatlon de la fraction des partlcules lnsolubles dans la qulnolélne, présentant une tallle de l'ardre de 8-10 ~m, autrement dlt des particules représentatlves de 1~ mésoph~se. Tout se passe donc comme sl les molécules, dont on constate qu'elles dlsparalssent de la matrlce du bral, se retrouvalent en mésophase~
L'observatlon en mlcroscople électronlque des substances lnsolubles dans 1~ qulnolélne vlent conflrmer que les partlcules lnsolubles dans la qulnolelne qul sont de toute petlte tallle, vlennent, dans le cas des brals ayant été
traltés thermlquement, s'adsorber sur les partlcules de mésophase. Il en résulte que les phénomenes de colmatage, nulsant ~ l'obtentlon d'un bon lndlce de flltrablllté, qul étalent provoqués par ces partlcules de petlte tallle, se trouvent supprlmés.
La présente lnventlon ~ d'~bord pour ob~et un bral d'lmprégnation possédant un polnt de ra lllssement KS
comprls entre 60- et BO-C envlron, et une teneur en substances lnsolubles dans la qulnolelne lnférleure ou é~ale 7% en polds envlron en polds, caracterlsé en ce que son lndlce de flltrablllté est supérleur ou égal à 4,5. De préférence le bral d'lmpré~natlon selon l'lnventlon possède .:
une teneur en carbone flxe au molns égale à 46% en polds.
L'lnventlon a également pour ob~et un procédé de fabricatlon d'un bral d'lmprégn~tlon tel que déflnl cl-dessus, caractérlsé en ce qu'on soumet un goudron ou blen un brai mou, c'est-~-dlre un bral possédant un polnt de ramalllssement KS au plus égal à 60-C, et une teneur en ~ubstances lnsolubles dans 1~ qulnolelne au plus é~ale a ?'~
en polds, ~ un traltement thermlque capnble d'~llmlner une partle substantlelle de seæ constltuants de masse moléculalre lnférleure à 1200.
Conformément à un mode de réallsatlon préféré du procédé selon l'lnventlon, le traltement suslndlqu~ comprend un traltement thermique ~ une température comprlse entre :

, , ~304~98 350C et 430C et pendant une durée de l à 50 heures, suivi d'une distillation éclair. Pour des raisons evidentes de cinetique, la duree sera choisie d'autant plus longue que la température sera moins élevée. La température sera notamment comprise entre 400C et 420C et la durée de traitement se situera notamment entre 2 et 7 heures.
Dans les dessins qui illustrent l'invention, la f igure lA est une courbe obtenue par chromatographie par perméatlon de gel d'un brai d'impregnation;
la f igure lB est une courbe d'un autre brai;
la figure lC est une courbe obtenue en soustrayant de la courbe de la figure lA, celle de la figure lB;
la figure 2 est une courbe obtenue par integration des courbes des figures lA, lB et lC;
la figure 3 est une courbe montrant que l'indice de filtrabilite augmente avec le pourcentage des plus grosses particules; et la figure 4 represente l'aspect des particules des brais des exemples 1 et 5.

1304i98 4a La présente lnventlon sera malntenant illustrée comme suit :

A partir d'un même goudron de houllle, on pr~pare des brals d'imprégn~tion comme sult : le bral de 1'exemple 1 (comparatif~ est obtenu par dlctlllatlon dlrecte et sans traltement thermlque ; les brals des exemple~ 2 à 5 sont conformes ~ l! inventlon : lls sublssent un traltement thermlque a la température T (exprlm~e en C) et pendant l~
durée t texprlmée en heures> lndlqu~es dans le t~bleau ci-après, puls une dlstlllatlon eclalr. Dans le tableau cl-après, sont rapportées les caract~rlstlques des brals ainsl - obtenus, telles qu'elles sont d~flnles ci-dessus, alnsi que la valeur numérique <en unlté arbltralre) de la surface S
obtenue par lnt~ratlon de l~ courbe de la flgure lc comme preclsé cl-apres.

TABLEA~
E~e-ple T ('C) t (h) ~ _ C~ (~) ~ 5 1 722,3 48,4 3,0 0
2 400 3 702,4 48,7 7,0 6,1
3 410 3 ~6,5 2,4 47,4 7,4 9,9
4 420 4 ~9,5 4,5 51,3 13,7 10,7 420 7 ~71 5,~ ~ ~00 12,~

~, 1304iL98 On d~termine les masses molalres des brals par chromatographie ~ perméation de ~el dan~ le trlchloro-1,2,4 benzène ~ 135-C.
L'~talonnage e~t réallsé ~ l'alde de fractlons de brai qul ont été recuelllles par CPG préparative et dont les masses moléculaLres ont ét~ détermlnées par osmom~trie.
En soustrayant de la courbe CPG du brai de l'exemple 5 (Flgure la>, celle du brai de l'exemple 1 ~Figure lb~, on obtient la courbe, représentée sur la Fi~ure lc. L'exa~en de ces courbes i`alt apparaître que toute am~lioration de l'-lndice de flltrabillt~ d'un brai est en rapport dlrect avec une ~llminatlon de prodults de masses mnléculalres compr$ses entre 300 et 1200 environ.
On calcule alors la surface S obtenue par intégration du (ou des) plc~s~ de la courbe de la Figure Lc et des courbes correspondantes pour les br~is des exemples 2 4! entre les valeurs 300 et 1200 des masses mol~culairas ;
on porte ces surfaces en ordonnées, avec, en abscisses, de façon correspondante, les indices de filtrabilité I, ce qui permet de tracer l~ courbe de la Figure 2. On constate que l'amélior~tion de l'lndice de filtrabillté d'un brai est d'autant plus ~:rande que l'élimination des produits pr~cités est lmportante.
Enfin, on ~tudie la dlstribution granulom~trlque des partlcules :Lnsolubles dans la qulnolélne.
On porte, en ordonnées, les pourcenta~es des plus ~randes particu:Les <diam~tre comprls entre 8 et 10 ~m) pour chacun des brals analys~s, et, en absclsses, de façon correspnndante, les lndices de flltr~billté I, ce qul donne la courbe de la flgure 3. On peut ainsl constater que l'indlce de filtrabilité I au~m~nte pro~ressLvement avec le pourcenta~e de ces particules, lesquelles sont représen-t~tlves de l~ m~sophase.

. .

Parcllelement à cette etude, on observe, par mlcroscople électronlque ~ bal~yage, l'aspect de ces p~rtlcules~ On rem~rque, sur les représentatlons photo-graphlques obtenues concernant le~ brals des exemples 1 et 5 (Flgure 4), une varlatlon de la nature des substances lnsolubles dans la qulnolélne, lesquelles passent de partlcules de type "nolr de carbone~ de tallle de 1-2 ~m envlron (exemple 1) ~ des agglomerat~ mésophaslques de tallle de 8-10 ~m envlron, ~yant adsorbe les partlcules précedentes (exemple 5). Ces ~g~lomérats provlennent des phénomènes de polycondensatlon consécutlfs au traltement thermlques de l'lnventlon.

.

.

Claims (7)

1. Brai d'imprégnation possédant un point de ramollissement KS compris entre 60°C et 80°C et une teneur en substances insolubles dans la quinoléine inférieure ou égale à 7% en poids, caractérisé en ce que son indice de filtrabilité est supérieur ou égal à 4,5.
2. Brai d'imprégnation selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa teneur en carbone fixe, déterminée selon la norme ISO 6998, est au moins égale à 46% en poids.
3. Brai d'imprégnation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les substances insolubles dans la quinoléine comprennent une proportion substantielle de particules de mésophase de taille comprise entre 8 et 10 µm.
4. Procédé de fabrication d'un brai d'imprégnation selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'on soumet un goudron ou un brai possédant un point de ramollissement KS au plus égal à 60°C et une teneur en substances insolubles dans la quinoléine inférieure ou égale à 7% en poids, à un traitement thermique capable d'éliminer une partie substantielle de ses constituants de masse moléculaire inférieure à
1200.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est effectué à une température comprise entre 350°C et 430°C et pendant une durée de 1 à 50 heures.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit traitement est conduit à
une température comprise entre 400°C et 420°C.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit traitement est conduit pendant une durée de 2 à 7 heures.
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BR8801342A (pt) 1988-11-01
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