Procédé pour augmenter la teneur d'un brai en carbone libre Lors de la pyrolyse de la houille pour la produc tion de gaz et de coke, des vapeurs diverses sont re cueillies et condensées en goudron de houille. On pense qu'au moment où ces vapeurs se développent, elles consistent pour une grande partie en substances paraffiniques et en alcools aliphatiques,
mais que ces substances primitives sont rapidement transfor mées pendant leur passage à travers la zone chaude de carbonisation. La transformation de ces subs tances primitives est en grande partie un processus d'aromatisation, et la constitution générale du gou dron recueilli comprend un grand nombre d'homo logues des diverses séries aromatiques. Pendant ce procédé de transformation, il se forme des substances polynucléaires dans lesquelles le rapport du carbone à l'hydrogène est très élevé, ainsi que du carbone même.
Le degré final de l'aromatisation d'un goudron de houille brut peut être estimé par sa teneur en carbone libre , qui est ordinairement définie com me la fraction du goudron qui est insoluble dans le toluène.
En fait, cette fraction n'est pas du carbone pur, mais consiste en grande partie en substances polynucléaires dont il est parlé ci-dessus. Selon le genre du procédé de carbonisation employé, le degré d'aromatisation varie considérablement ;
par exem ple un goudron brut de cornue verticale, produit avec un degré minimum d'aromatisation, peut contenir 5 % de carbone libre, tandis que des goudrons de houille de fours à coke, qui ont été soumis à des températures beaucoup plus hautes que les goudrons de houille de cornues verticales, contiennent généra lement 10 à 15 a/o de carbone libre.
Dans la distillation de goudron de houille brut, le résidu, qui n'est pas volatil jusqu'à une tempéra ture comprise en général entre 300 et 350 C à 1a pression. atmosphérique, est désigné sous le nom de brai , et ce brai contient non seulement le car bone libre présent dans le goudron original, mais encore du carbone libre qui s'est formé pendant l'opération de distillation et dont la quantité varie avec la façon dont celle-ci est effectuée.
Un tel pro duit a généralement un point d'amollissement mesuré par la méthode K et S, non inférieur à 350 C. La teneur en carbone libre d'un brai ordinaire <I>de</I> gou- dron de houille peut être comprise entre 10 et 30,
%. Si un brai qui a normalement un point d'amollis- cement de 65 à 750 C K et S, est distillé de façon à avoir un point d'amollissement plus élevé, la teneur en carbone libre est alors augmentée de façon cor respondante,
de nouveau comme résultat d'une con- centration du carbone libre original et de la produc tion de carbone libre additionnel pendant l'op6ra- tion de distillation.
Le brai est utilisé pour divers buts, et selon l'em ploi il doit avoir un point d'amollissement, une te neur en carbone libre et une capacité de formation de coke se trouvant dans chaque cas à une certaine hauteur.
Ainsi, par exemple, certaines installations de briquetage de houille ne peuvent fonctionner de façon satisfaisante qu'à la condition d'être approvi sionnées avec un brai ayant une haute teneur en car bone libre avec une faible teneur en matières volati les. Le brai employé pour la formation d'électrodes de fours électriques et de charbons de piles électri ques doit avoir une teneur en carbone libre très éle- vée, et une teneur en matières volatiles extraordi nairement faible.
Le brai employé comme source de carbone dans des réductions chimiques doit avoir un point d'amollissement élevé et une haute teneur en carbone libre. D'autre part, un brai utilisé pour la fabrication de dalles de mastic colorées doit avoir une teneur en carbone libre de moins de 5 % pour pou- voir être pigmenté de façon adéquate.
Evidemment un brai unique ne peut remplir ces diverses conditions; du fait que l'on adopte de plus en plus la distillation continue du goudron et la car bonisation continue en cornues verticales, la pro duction de brais à haute teneur en carbone libre va en diminuant. Il peut arriver que, malgré les grandes quantités de brai produites dans les distilleries de goudron, un usager ne puisse avoir immédiatement à sa disposition un brai qui convienne au but qu'il se propose.
Comme on l'a dit ci-dessus, le brai de goudron de houille peut être résolu en deux fractions que l'on désigne généralement comme fractions soluble et in soluble dans le toluène, la fraction insoluble étant la teneur en carbone libre. Ces deux fractions peu vent être obtenues l'une par filtration ou centrifu- gation et séchage subséquent, et l'autre par évapo ration du solvant. Dans la pratique, le brai de gou dron de houille est agité avec un solvant, de préfé rence du solvant naphta, et la fraction insoluble est séparée et séchée. Après séchage, cette fraction in soluble prend la forme d'une poudre, désignée pou dre de brai dans cet exposé.
On entend donc par poudre de brai une poudre insoluble dans le to luène et dans le solvant naphta.
La présente invention a pour objet un procédé pour augmenter la teneur en carbone libre d'un brai de point d'amollissement mesuré par la méthode K et S non inférieur à 350 C. Ce procédé est caracté risé en ce que l'on mélange moins d'une partie en poids de poudre de brai avec une partie en poids de ce brai.
Le produit constitue lui-même un brai, la poudre se dissolvant ou se dispersant de façon homo gène, et en choisissant convenablement le brai origi nal et la poudre de brai, on est à même d'augmen ter la teneur en carbone libre et de produire un brai ayant les propriétés désirées, qui de fait peuvent dif férer de celles d'un brai normal soit tel qu'il est pro duit, soit modifié avec d'autres substances d'addition.
L'invention peut être utilisée toutes les fois que la teneur en carbone libre des brais dont on dispose est insuffisante. Comme exemple d'une telle utilisa tion, dans la production d'aluminium métallique par électrolyse d'une solution d'oxyde d'aluminium dans de la cryolite fondue, on emploie de grandes élec trodes de carbone, qui doivent avoir une grande den sité, une bonne conductibilité électrique, être exemp tes de fissures ou ruptures et thermiquement stables. Ces électrodes sont faites à partir d'un mélange de brai et de coke finement moulu, que l'on cuit.
Pen dant une opération d'électrolyse, le mélange est ajouté au sommet d'une électrode déjà existante et dont la partie inférieure est consumée de façon con tinue, et il est cuit<I>in situ</I> de façon à former une nouvelle couche transversale d'électrode. Le brai doit contenir une quantité minimum déterminée de cons tituants de liaison.
Ces conditions sont satisfaites lorsque le brai a une teneur en carbone libre d'au moins 30'0/0, et de préférence de 35 0/0 ou plus, et une valeur de formation de coke - moins - carbone libre non inférieure à 20 '%, en association avec un point d'amollissement pas assez élevé pour empêcher le mélange de s'étendre convenablement sur la sur face de l'électrode existante. Un tel brai peut être avantageusement préparé selon l'invention.
Pour la fabrication de ces électrodes, la poudre de brai peut être d'abord mélangée avec le coke finement pulvérisé, avant l'adjonction du brai nor mal ; la poudre de brai et le brai peuvent cepen- dant être mélangés premièrement, si on le désire.
Par exemple, un brai avait initialement les pro priétés indiquées à la table ci-dessous ; quand il eut été mélangé d'abord avec de la poudre de brai en quantités correspondant respectivement à 10 ()/() et à 20 % de son poids,
le produit a présenté les pro- priétés indiquées. Tandis que la teneur en carbone libre était augmentée de façon désirable par l'addi tion de la poudre, le point d'amollissement s'était dé favorablement élevé. On a pu réduire le point d'amol lissement sans modifier sensiblement la teneur en carbone libre en huilant le brai, de préférence avec de la créosote, comme on peut le voir aussi sur cette table.
EMI0002.0071
<I>TABLE</I>
<tb> Poudre <SEP> de <SEP> brai, <SEP> en <SEP> 0/0 <SEP> . <SEP> . <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 10
<tb> Créosote, <SEP> en <SEP> % <SEP> <B>......</B> <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 4
<tb> Point <SEP> d'amollissement
<tb> (K <SEP> et <SEP> S) <SEP> .......... <SEP> 70 <SEP> 76 <SEP> 82 <SEP> 70
<tb> Carbone <SEP> libre, <SEP> en <SEP> %- <SEP> . <SEP> . <SEP> 26 <SEP> 31 <SEP> 36 <SEP> 30
<tb> Pouvoir <SEP> cokéfiant* <SEP> en <SEP> 0/0
<tb> en <SEP> poids <SEP> du <SEP> brai <SEP> <B>....</B> <SEP> 52 <SEP> 54 <SEP> 57 <SEP> 53
<tb> Pouvoir <SEP> cokéfiant <SEP> moins
<tb> carbone <SEP> libre <SEP> en <SEP> % <SEP> . <SEP> . <SEP> 26 <SEP> 23 <SEP> 21 <SEP> 23
<tb> déterminé <SEP> par <SEP> la <SEP> méthode <SEP> de <SEP> Conradsen.
Comme autre exemple d'application du procédé selon l'invention, un brai de goudron de cornue ver ticale ayant une faible teneur en carbone libre et un point d'amollissement de 600 C (K et S) peut être rendu plus convenable pour la formation de bri quettes en lui ajoutant de la poudre de brai en une quantité de par exemple 30 % en poids du brai.
A titre d'exemple encore, pour produire un brai convenant à l'emploi pour les réductions chimi ques, de la poudre de brai en une quantité égale à 40 % en poids peut être ajoutée à un brai ayant un point d'amollissement de 1200 C pour produire un brai ayant un point d'amollissement de 140 C et une teneur <RTI
ID="0002.0101"> en carbone libre de 60,%.
Encore à titre d'exemple, la manière ordinaire pour fabriquer des électrodes de piles consiste à mélanger un brai mou à point d'amollissement de 400 C avec d'autres ingrédients, à extruder le mélange et à le cuire.
Pour augmenter la teneur en carbone du brai, on peut ajouter de la poudre de brai en une proportion de 30 % en poids pour former un brai ayant un point d'amollissement de 70o C, et le pro duit peut alors être huilé jusqu'à ce qu'il ait le même point d'amollissement que le brai usuel.
Process for increasing the free carbon content of a pitch During the pyrolysis of coal for the production of gas and coke, various vapors are collected and condensed into coal tar. It is believed that when these vapors develop, they consist largely of paraffinic substances and aliphatic alcohols,
but that these primitive substances are rapidly transformed during their passage through the hot carbonization zone. The transformation of these primitive substances is largely a process of aromatization, and the general constitution of the collected flavor includes a large number of homologs of the various aromatic series. During this transformation process, polynuclear substances are formed in which the ratio of carbon to hydrogen is very high, as well as carbon itself.
The final degree of flavoring of a crude coal tar can be estimated by its free carbon content, which is usually defined as the fraction of the tar which is insoluble in toluene.
In fact, this fraction is not pure carbon, but consists largely of the polynuclear substances discussed above. Depending on the kind of carbonization process employed, the degree of aromatization varies considerably;
for example, raw vertical retort tar, produced with a minimum degree of flavoring, may contain 5% free carbon, while hard coal tars from coke ovens, which have been subjected to much higher temperatures than Coal tars from vertical retorts generally contain 10 to 15% free carbon.
In the distillation of crude coal tar, the residue, which is not volatile up to a temperature generally between 300 and 350 ° C. at pressure. atmospheric, is referred to as pitch, and this pitch contains not only the free carbon present in the original tar, but also free carbon which was formed during the distillation process and the amount of which varies with the manner which this is done.
Such a product generally has a softening point, measured by the K and S method, of not less than 350 C. The free carbon content of an ordinary <I> coal tar </I> pitch can be between 10 and 30,
%. If a pitch which normally has a softening point of 65 to 750 C K and S is distilled so as to have a higher softening point, then the free carbon content is correspondingly increased,
again as a result of concentration of the original free carbon and production of additional free carbon during the distillation process.
Pitch is used for a variety of purposes, and depending on the use it must have a softening point, free carbon content and coke-forming capacity in each case at a certain height.
Thus, for example, some coal briquetting plants can only function satisfactorily if they are supplied with a pitch having a high content of free carbon with a low content of volatile matter. The pitch used for the formation of electrodes of electric furnaces and coals of electric batteries must have a very high free carbon content, and an extraordinarily low volatile content.
Pitch used as a carbon source in chemical reductions must have a high softening point and a high free carbon content. On the other hand, a pitch used for the manufacture of colored mastic tiles must have a free carbon content of less than 5% in order to be able to be adequately pigmented.
Obviously, a single pitch cannot meet these various conditions; With the increasing adoption of continuous tar distillation and continuous vertical retorting, the production of pitches with a high free carbon content is decreasing. It may happen that, despite the large quantities of pitch produced in tar distilleries, a user cannot immediately have at his disposal a pitch which is suitable for his intended purpose.
As stated above, coal tar pitch can be resolved into two fractions which are generally referred to as soluble and in soluble in toluene, the insoluble fraction being the free carbon content. These two fractions can be obtained, one by filtration or centrifugation and subsequent drying, and the other by evaporation of the solvent. In practice, the coal tar pitch is stirred with a solvent, preferably naphtha solvent, and the insoluble fraction is separated and dried. After drying, this in soluble fraction takes the form of a powder, referred to as pitch powder in this disclosure.
The term “pitch powder” therefore means a powder which is insoluble in toluene and in the solvent naphtha.
The present invention relates to a process for increasing the free carbon content of a pitch with a softening point measured by the K and S method of not less than 350 C. This process is characterized in that less is mixed. one part by weight of pitch powder with one part by weight of this pitch.
The product itself constitutes a pitch, the powder dissolving or dispersing homogeneously, and by suitably choosing the original pitch and the pitch powder, it is possible to increase the free carbon content and produce a pitch having the desired properties, which in fact may differ from those of normal pitch either as produced or modified with other additives.
The invention can be used whenever the free carbon content of the pitches available is insufficient. As an example of such use, in the production of metallic aluminum by electrolysis of a solution of aluminum oxide in molten cryolite, large carbon electrodes are employed, which must have high density. , good electrical conductivity, be free from cracks or breaks and thermally stable. These electrodes are made from a mixture of pitch and finely ground coke, which is cooked.
During an electrolysis operation, the mixture is added to the top of an already existing electrode, the lower part of which is continuously consumed, and it is cooked <I> in situ </I> so as to form a new transverse electrode layer. The pitch must contain a determined minimum quantity of binding constituents.
These conditions are met when the pitch has a free carbon content of at least 30.0 / 0, and preferably 35% or more, and a coke-minus-free carbon value of not less than 20. '%, in combination with a softening point not high enough to prevent the mixture from spreading properly over the surface of the existing electrode. Such a pitch can advantageously be prepared according to the invention.
For the manufacture of these electrodes, the pitch powder can be first mixed with the finely pulverized coke, before the addition of the normal pitch; the pitch powder and the pitch can, however, be mixed first, if desired.
For example, a pitch initially had the properties shown in the table below; when it had been first mixed with pitch powder in quantities corresponding respectively to 10 () / () and 20% of its weight,
the product exhibited the properties indicated. While the free carbon content was desirably increased by the addition of the powder, the softening point had favorably increased. The softening point could be reduced without significantly changing the free carbon content by oiling the pitch, preferably with creosote, as can also be seen on this table.
EMI0002.0071
<I> TABLE </I>
<tb> Powder <SEP> of <SEP> pitch, <SEP> in <SEP> 0/0 <SEP>. <SEP>. <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 10
<tb> Creosote, <SEP> in <SEP>% <SEP> <B> ...... </B> <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 4
<tb> Softening point <SEP>
<tb> (K <SEP> and <SEP> S) <SEP> .......... <SEP> 70 <SEP> 76 <SEP> 82 <SEP> 70
<tb> Carbon <SEP> free, <SEP> in <SEP>% - <SEP>. <SEP>. <SEP> 26 <SEP> 31 <SEP> 36 <SEP> 30
<tb> Coking power <SEP> * <SEP> in <SEP> 0/0
<tb> in <SEP> weight <SEP> of the <SEP> pitch <SEP> <B> .... </B> <SEP> 52 <SEP> 54 <SEP> 57 <SEP> 53
<tb> Coking power <SEP> <SEP> less
<tb> carbon <SEP> free <SEP> in <SEP>% <SEP>. <SEP>. <SEP> 26 <SEP> 23 <SEP> 21 <SEP> 23
<tb> determined <SEP> by <SEP> the <SEP> method <SEP> of <SEP> Conradsen.
As a further example of application of the process according to the invention, a vertical retort tar pitch having a low free carbon content and a softening point of 600 C (K and S) can be made more suitable for forming. briquets by adding pitch powder in an amount of for example 30% by weight of the pitch.
By way of further example, to produce a pitch suitable for use in chemical reductions, pitch powder in an amount equal to 40% by weight may be added to a pitch having a softening point of 1200. C to produce a pitch having a softening point of 140 C and a content <RTI
ID = "0002.0101"> in free carbon of 60,%.
Still by way of example, the ordinary way of making battery electrodes is to mix a soft 400 ° C soft pitch pitch with other ingredients, extrude the mixture and bake it.
To increase the carbon content of the pitch, pitch powder can be added in an amount of 30% by weight to form a pitch having a softening point of 70o C, and the product can then be oiled to. that it has the same softening point as the usual pitch.