FR2467177A1 - Procede de fabrication de charbons actifs a surface specifique elevee a partir de brai de petrole - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication de charbons actifs ayant des surfaces spécifiques supérieures ou égales à 600 m**2 /g à partir d'un brai de pétrole. Le procédé selon l'invention consiste à soumettre un brai de pétrole ayant une teneur en résines bêta comprise entre 1 et 32% en poids et une teneur en maltènes comprise entre 35 et 55% en poids, après conditionnement, à un traitement d'infusibilisation, puis à une carbonisation suivie d'une activation. Les charbons actifs ainsi obtenus peuvent être utilisés pour toutes les applications connues des charbons actifs telles que le traitement de l'eau, la décoloration des solutions, la récupération et la purification des solvants, la purification et la séparation de mélanges gazeux, la fabrication de pneus, les catalyseurs, etc.
Description
La présente invention est relative à la fabrication de charbons actifs à partir de produits dérivés de l'industrie pétrolière.
Presque tous les matériaux carbonés d'origine animale, végétale et minérale peuvent être convertis en charbons actifs par un traitement approprié. Parmi les matériaux d'origine végétale et minérale utilisés comme matières premières pour la fabrication de charbons actifs, on peut citer la tourbe, la lignite, les charbons durs et mous, les goudrons, les brais, l'asphalte, les résidus pétroliers et le noir de carbone.
En fonction du produit final que l'on cherche à obtenir ou de l'application que l'on envisage, il existe deux classes de procédés d'obtention de charbons actifs appelées respectivement activation par voie chimique et activation par "les gaz".
Dans le premier groupe, les molécules subissent une dégradation ou une déshydratation durant la carbonisation ou la calcination sous l'action de composés inorganiques présents dans la matière première à l'état naturel ou ajoutés à cette dernière.
Dans le second groupe, la matière carbonée subit une oxydation sélective avec de l'air à basse température, ou à la vapeur d'eau ou au gaz carbonique à haute température. En général, cette étape d'oxydation est précédée d'une étape de carbonisation de la matière première.
Des procédés de préparation de charbons actifs à partir de dérivés pétroliers sont décrits dans différents brevets.
Le brevet américain 2.932.619 décrit un procédé consistant à désasphalter un résidu pétrolier avec du n-pentane et à soumettre les asphaltènes obtenus à un traitement thermique sous atmosphère contenant de l'oxygène, puis à activer le produit ainsi obtenu à une température comprise entre 5400 et 9800C en présence de vapeur d'eau. Les charbons actifs ainsi prépares ont une surface spécifique supérieure à 500 m2/g.
Le brevet anglais 1.444.732 décrit un procédé consistant à soumettre un residu pétrolier de distillation à un craquage thermique, puis à un soufflage en présence d'air ou d'oxygène.
Le produit obtenu est ensuite soit directement activé à une température comprise entre 500 et 12000C, soit soumis à une extraction par solvant (toluène) avant activation de la fraction insoluble ainsi obtenue. Les charbons actifs préparés selon le brevet et illustrés par les exemples ont des surfaces spécifiques inférieures à 561 m2/g.
Les brevets français 2.231.621, 2.249.034 et 2.250.705 décrivent un procédé de production de sphères de carbone actif consistant à fondre et à mélanger un brai pétrolier avec au moins un hydrocarbure aromatique et à disperser le mélange ainsi obtenu. L'hydrocarbure aromatique est éliminé du brai par extraction par solvant. Le brai poreux ainsi obtenu est oxydé puis calciné.
La demande de brevet japonais 75.146.594 décrit un procédé selon lequel des bitumes ou asphaltes soufflés sont broyés et mis sous forme de granulés. Ceux-ci rendus infusibles par un traitement thermique sont soumis à une carbonisation suivie d'une activation.
La demande de brevet japonais 7417395 décrit un procédé de fabrication de charbons actifs à partir de résidus pétroliers de distillation ou de craquage et d'extraits. La matière première est soumise à une carbonisation ou une oxydation avec de l'oxygène dans un lit fluide à une température proche du point de ramollissement. Le produit oxydé est ensuite transformé en charbon actif par activation.
En général, avec les procédés connus utilisant comme matière première des résidus pétroliers, il est difficile d'obtenir des charbons actifs ayant des surfaces spécifiques élevées (donc de forte capacité d'adsorption) avec de très bons rendements.
La demanderesse a découvert maintenant, un procédé permettant de préparer avec de bons rendements des charbons actifs ayant une surface spécifique supérieure ou égale à 600 m/g (méthode BET) en mettant en oeuvre une matière première appropriée à base de brais de pétrole.
Un objet de la présente demande est donc un procédé de préparation de charbons actifs à partir d'un brai de pétrole.
Un autre objet de la présente demande est constitué par les charbons actifs résultant de ce traitement. Ce sont essentiellement des charbons actifs sous forme de poudre, de gra nulés, de mousse, etc...
Les autres objets de la présente demande résulteront de la description qui suit, ainsi que des exemples l'illustrant.
Le procédé de préparation de charbons actifs selon la présente invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on soumet un brai de pétrole ayant une teneur en résines p comprise entre 1 et 32% en poids et une teneur en maltènes comprise entre 35 et 55% en poids à un traitement d'infusibilisation, puis à une carbonisation suivie d'une activation.
Les brais de pétrole utilisés dans le procédé tel que défini ci-dessus ont une teneur en résines a + ssinférieure à 35% en poids.
Le point de ramollissement des brais, mis en oeuvre selon l'invention, déterminé selon la méthode NFT 68008, est compris de préférence entre 140 et 2200C et en particulier entre 1500 et 2000C.
La teneur en carbone Conradson, déterminée selon la méthode NFT 60116, est comprise entre 40 et 60% en poids.
Ces brais peuvent etre préparés suivant des procédés connus tels que notamment les procédés décrits dans les demandes de brevet français déposées par la demanderesse nO 7340152, nO 7529794 et nO 7223793.
Selon le procédé décrit dans la demande de brevet fran çais nO 7340152, un résidu de craquage à la vapeur de coupes pétrolières, et en particulier de naphta, est distillé jusqu'à ce que le brai atteigne un point de ramollissement compris entre 55 et 900C; le brai obtenu est soumis à un mflrissement jusqu a ce qu'il atteigne un point de ramollissement compris entre 85 et 1100C, la température du mûrissement étant comprise de préférence entre 350 et 450 C. Le produit résultant contient toutefois un certain nombre de matières volatiles qu'il convient d'éliminer en vue de faciliter les opérations de traitement thermique nécessaires à la préparation de charbons actifs.
Les procédés de fabrication de brai de pétrole selon les demandes de brevet français nO 7223793 (procédé en un stade) et nO 7529794 (procédé n deux stades) consiste à soumettre en premier lieu une matière première pétrolière (résidus de distillation, bitumes, extraits, résidus de viscoréduction, résidus de craquage thermique ou catalytique) au procédé de soufflage-craquage consistant principalement à souffler avec de l'oxygène ou de l'air à la pression atmosphérique ladite matière pétrolière à une température égale ou supérieure à 2800C, en injectant en même temps que le gaz de soufflage, un gaz inerte ou de la vapeur d'eau puis, dans le cas du procédé en deux stades, à soumettre le produit obtenu à une opération de strippage-craquage consistant en un traitement thermique effectué sous pression atmosphérique à une température élevée comprise de préférence entre 2800 et 5000C en présence d'un gaz inerte. Le brai obtenu selon ce procédé a un point de ramollissement supérieur à 1000C.
Les brais sont constitués en majorité de dérivés aromatiques polycondensés, ayant des masses moléculaires très variables; leur taux d'aromaticité est supérieur à 96%. Ils contiennent différentes résines, qui peuvent être définies par extraction avec divers solvants de la manière suivante
- des résines rX qui sont des produits insolubles dans la
quinoléine ou dans une coupe anthracénique
- des résines ss qui sont des produits insolubles dans le
toluène ou le benzène mais solubles dans la quinoléine ou
l'huile anthracénique
- des asphaltènes qui sont des matières insolubles dans le
n-hexane ou le n-heptane mais solubles dans le toluène et
le benzène
- des maltènes qui sont solubles dans le n-heptane ou le
n-hexane.
- des résines rX qui sont des produits insolubles dans la
quinoléine ou dans une coupe anthracénique
- des résines ss qui sont des produits insolubles dans le
toluène ou le benzène mais solubles dans la quinoléine ou
l'huile anthracénique
- des asphaltènes qui sont des matières insolubles dans le
n-hexane ou le n-heptane mais solubles dans le toluène et
le benzène
- des maltènes qui sont solubles dans le n-heptane ou le
n-hexane.
Le comportement de ces différentes résines lors de la carbonisation est très variable. Le taux de polycondensation augmente en passant des maltènes aux résines bk . Il en résulte que le taux de carbone obtenu après traitement à haute température augmente également en passant des maltènes aux résines(.
Une quantité de résines ss trop élevée provoque une séparation des phases conduisant à une matière première hétérogène peu recommandée pour la préparation de charbons actifs.
Les maltènes sont les constituants les plus volatils du brai. Leur départ sous l'effet de la température ou sous l'effet d'un solvant favorise l'apparition de micropores. Ceci explique la nécessité d'une teneur minimum en maltènes dans le brai de départ.
Les brais d'origine pétrolière et en particulier ceux préparés par les procédés décrits dans les demandes de brevet français nO 73.40152, 72.23793 et 75.29794 de la demanderesse doivent donc être traités de façon à contenir comme indiqué plus haut, un pourcentage de maltènes compris entre 35 et 55% en poids et une teneur en résines g inférieure à 32% en poids. Ces brais sont essentiellement modifiés par des traitements thermiques complémentaires, permettant d'augmenter leur point de ramollissement tout en évitant une condensation plus importante des résines. Ces traitements thermiques permettent de concentrer des résines ss dans le milieu et d'éliminer une partie des produits légers tels que les maltènes qui, en trop grande quantité, sont particulièrement gênants lors des traitements thermiques ultérieurs.
Ces traitements doivent toutefois être conduits de façon à ne pas éliminer la totalité des maltènes afin d'éviter la formation d'une substance macromoléculaire conduisant à une faible surface spécifique. La teneur en maltènes doit, de ce fait, être comprise entre 35 et 55% en poids.
Les traitements thermiques permettant d'obtenir un brai ayant les qualités requises telles que celles indiquées ci-dessus peuvent être divers.
I1 est possible de poursuivre le mûrissement thermique mentionné dans la demande de brevet français nO 73.40152 de la demanderesse jusqu a obtention d'un brai ayant un point de ramollissement et des teneurs en résines, maltènes et asphaltènes indiqués ci-dessus.
On peut procéder par strippage à l'aide d'un gaz inerte tel que l'azote, l'argon à des températures inférieures à 3500C et de préférence à une température inférieure à 3000C, ceci dans le but d'éviter la formation supplémentaire de produits condensés.
Un autre traitement thermique consiste à opérer directement par distillation sous vide à une pression inférieure à 5-10 mm de mercure et à des températures toujours inférieures à 3500C.
Il est possible d'effectuer plusieurs traitements thermiques parmi ceux précédemment cités.
Il est également possible d'ajouter au brai de départ des produits carbonés dérivés du pétrole ou de la houille de façon telle que les mélanges obtenus possèdent les caractéristiques indiquées ci-dessus. On peut également soumettre les mélanges à un ou plusieurs traitements thermiques tels que ceux décrits ci-dessus.
Les brais obtenus par les divers traitements décrits ci-dessus conviennent particulièrement pour la préparation de charbons actifs de surface spécifique égale ou supérieure à 600 m2/g
Ces brais sont transformés en charbon actifs par une série d'opérations connues en elles-mêmes pour la production de charbons actifs : la première est un conditionnement du brai et est suivie des étapes d'infusibilisation, de carbonisation et d'activation.
Ces brais sont transformés en charbon actifs par une série d'opérations connues en elles-mêmes pour la production de charbons actifs : la première est un conditionnement du brai et est suivie des étapes d'infusibilisation, de carbonisation et d'activation.
Le brai est, en général, conditionné sous forme de granules soit par dispersion dans un liquide, soit par broyage.
Cette étape est nécessaire pour contrôler la granulométrie finale du charbon actif. La dispersion dans l'eau est souvent utilisée; elle consiste à recueillir dans un volume d'eau agitée des gouttelettes de brai en fusion.
Le brai peut également être transformé en mousse de brai ou mousse de carbone selon les procédés décrits dans les demandes de brevet français 77.37747 et 77.37748 au nom de la demanderesse. Ces procédés consistent à soumettre des brais à une expansion par un agent porogène, dans un moule à une pression suffisante pour qu a la température de décomposition de l'agent porogène, la pression extérieure au-dessus du brai fondu soit supérieure à la pression qui existerait au sein du liquide à ladite température, et à abaisser si nécessaire après décomposition dudit agent porogène la température jus qu'à ce que le brai soit suffisamment rigide en ajustant la pression de telle façon que le produit expansé remplisse le moule contenant ledit brai. La mousse de brai obtenue est oxydée, puis carbonisée.
L'étape d'infusibilisation du brai s'effectue selon les techniques classiques : traitement thermique, traitement par solvant ou addition de composés chimiques.
L'infusibilisation par voie thermique s'effectue par les moyens classiques de chauffage et peut être mise en oeuvre soit dans un dispositif en lit fixe, soit dans un dispositif en lit fluide. Le traitement a lieu sous atmosphère oxydante : air, mélanges oxygène + air, oxygène + gaz inerte, etc.. Le débit permet d'entraîner les produits volatils qui se dégagent lors du traitement thermique. Ce traitement comprend une montée en température continue ou discontinue variant de 50 à 300C par heure jusqu a un certain palier. La température du palier est fonction de la nature de la matière première et de son point de ramollissement. En général, elle est de 200C supérieure ou inférieure à la température au point de ramollissement.
La durée totale du traitement thermique d'infusibilisation par voie thermique est de 15 à 40 heures. Il existe pour chaque type de brai un traitement optimum. Les brais utilisés comme matière première dans la présente invention se prêtent particulièrement bien à ce type de traitement thermique. Ils permettent l'utilisation de temps de traitement relativement courts.
L'infusibilisation par traitement aux solvants s'effectue selon les techniques classiques d'extraction par solvant. La sévérité du traitement (température, taux de solvant, durée, etc...) est fonction de la nature du brai de départ. Le but du traitement est d'éliminer suffisamment de maltènes pour que le produit ne présente plus de point de ramollissement. En général, on enlève 5 à 35% des maltènes contenus dans le brai initial.
Le départ des maltènes favorise la formation de microcavités qui seront transformés en micropores lors de l'activation. Les solvants utilisés sont des hydrocarbures saturés légers : hexane, heptane ou des fractions légères provenant de la distillation du pétrole brut. La sévérité du traitement par solvant a une influence directe sur le rendement global final et sur la surface spécifique du charbon actif obtenu. Un traitement par solvant trop sévère fait diminuer le rendement ainsi que la surface spécifique du charbon actif (formation de pores à grand diamètre).
L'infusibilisation du brai peut être obtenue enfin par ajout à celui-ci de composés chimiques infusibles. La technique classique utilise en général des résidus végétaux, de la lignine, de la paille, etc...
Ces composés chimiques sont préalablement broyés très finement, puis incorporés progressivement au brai à une temps rature largement supérieure à la température de fusion du brai. Le mélange obtenu est agité et homogénéisé au moyen de procédés classiques. La durée d'agitation est fonction de la nature du brai et des caractéristiques recherchées; elle peut varier d'une demi-heure à cinq heures.
Le mélange ainsi obtenu est refroidi, puis broyé à nouveau avant d'être soumis aux étapes de carbonisation et d'activation.
La proportion des composés chimiques ajoutés au brai de départ peut aller de 10 à 80% en poids.
Les brais obtenus après traitement d'infusibilisation sont soumis à une étape de carbonisation. Celle-ci s'effectue selon les procédés classiques connus à ce jour. On peut utiliser soit la technique du lit fluide, soit celle du lit fixe.
La carbonisation sous atmosphère oxydante provoque le départ des produits volatils. Il y a condensation de certains composants avec rupture des noyaux hydroaromatiques (et même aromatiques) et formation superficielle de groupements CO ou C0H.
Elle s'effectue sous atmosphère oxydante d'air, air + oxygène, oxygène + gaz inerte, etc... La charge est chauffée progressivement. La vitesse de montée en température doit être faible pour éviter toute agglomération de la masse, pour contrôler le départ des produits volatils et éviter l'obtention de produits possédant des surfaces spécifiques médiocres.
Cette vitesse varie de 5 à 600C par heure selon la nature du produit. La température de carbonisation peut varier de 150 à 4000C, de préférence 200 à 3000C pour un temps de réaction de 30 minutes à 15 heures. Le débit gazeux est assez faible afin d'obtenir une oxydation maximum. Sous atmosphère inerte, la carbonisation a lieu à des températures plus élevées (7000 à 10000C).
Il est possible également de procéder en plusieurs étapes, la température, le débit gazeux et la composition des gaz variant à chaque étape.
La carbonisation peut également s'effectuer par sulfonation et déshydrogénation de la matière première. L'étape de sulfonation est conduite à une température comprise entre 500 et 1500C pendant plusieurs heures. La déshydrogénation est provoquée par lente élévation de la température jusqu'à 4500C.
L'agent déshydrogénant est en général l'acide sulfurique concentré. Le chauffage est arrêté lorsque le mélange est presque sec. La pâte ainsi obtenue est broyée en particules de granulométrie désirée.
L'étape de carbonisation peut avoir lieu en continu avec l'étape d'infusibilisation par voie thermique. Dans ce cas, après le traitement d'infusibilisation proprement dit, le produit est soumis à un traitement sous atmosphère inerte à 250-6000C. Le temps de carbonisation est très variable suivant le type de matière première utilisée.
L'étape d'activation proprement dite se fait par réaction d'un oxydant qui va développer la surface du charbon et créer des sites actifs à la surface de ce dernier.
Elle s'effectue soit par voie gazeuse en utilisant des oxydants tels que l'air, l'anhydride carbonique, la vapeur d'eau, les mélanges oxygène + gaz inerte, soit par voie chimique en utilisant l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, le chlorure de zinc, etc...
L'activation par voie gazeuse du produit de carbonisation s'effectue soit en lit stationnaire soit en lit fluide. La variable la plus importante est la température d'activation.
Celle-ci peut varier de 4000 à 10000C. La durée de réaction varie de quelques minutes d plusieurs heures. La vitesse de montée en température varie de 60 à 3000C par heure.
Si l'on procède par activation chimique, les températures mises en jeu sont inférieures à celles utilisées pour l'activation thermique. Elles sont comprises entre 450 et 6500C. Les agents activants utilisés sont des réactifs particulièrement déshydratants à chaud tels que l'acide phosphorique, l'acide sulfurique, le chlorure de zinc, les carbonates, hydroxydes, chlorures, sulfates et phosphates des métaux alcalino-terreux ou alcalins.
Les charbons actifs obtenus par le procédé objet de la présente invention ont des surfaces spécifiques supérieures ou égales à 600 m2/g. Ils peuvent se présenter sous forme de poudre, sous forme de granulés de différentes dimensions, ou sous forme de mousse.
Les charbons actifs obtenus par le procédé objet de la présente invention peuvent être utilisés pour toutes les applications connues des charbons actifs : traitement de l'eau, décoloration des solutions, récupération et purification de solvants, purification et séparation de mélanges gazeux, fabrication de pneus, catalyseurs, et autres applications utilisant les phénomènes thermiques liés au processus d'adsorption et de désorption. A chaque application correspond un type de charbon particulier du point de vue granulométrie, porosité, diamètre de pores, etc...
Les exemples suivants sont destinés à illustrer l'invention sans pour autant limiter sa portée.
EXEMPLE 1
On utilise un brai provenant d'un résidu de distillation sous vide d'un pétrole brut du Kuwait. Ce brai a été obtenu par soufflage en deux étapes dudit résidu. Dans la première étape, le résidu sous vide est chauffé à 3200C pendant 3 heures 30 en présence d'un mélange gazeux d'air (100 m3/h/T) et d'azote (120 m3/h/T). Lors de la deuxième étape, le produit obtenu est porté à 4100C pendant 1 heure 35 en présence d'azote (50 m3/h/T). Les deux étapes se font sous pression atmosphérique.
On utilise un brai provenant d'un résidu de distillation sous vide d'un pétrole brut du Kuwait. Ce brai a été obtenu par soufflage en deux étapes dudit résidu. Dans la première étape, le résidu sous vide est chauffé à 3200C pendant 3 heures 30 en présence d'un mélange gazeux d'air (100 m3/h/T) et d'azote (120 m3/h/T). Lors de la deuxième étape, le produit obtenu est porté à 4100C pendant 1 heure 35 en présence d'azote (50 m3/h/T). Les deux étapes se font sous pression atmosphérique.
Le brai obtenu présente les caractéristiques suivantes
Point de ramollissement OC 188 méth. NFT 66008
Matières volatiles %pds 58,9 indice mat. volat.
Point de ramollissement OC 188 méth. NFT 66008
Matières volatiles %pds 58,9 indice mat. volat.
ISO R 562
Carbone Conradson n 45 méth. NFT 60116 Mod.
Carbone Conradson n 45 méth. NFT 60116 Mod.
Cerchar
Soufre n 6,4 n NFM 07025
Asphaltènes n 24,3 n NFT 60115
Résines g n 23 Résines + + Résines " 24 n Péchiney B 17
Maltènes " 51,4 " NFT 60115
Le brai est alors placé dans un réacteur cylindrique muni
au fond d'un orifice de diamètre 5 mm. Le réacteur est placé
dans un four électrique. La température du brai est de 2500C.
Soufre n 6,4 n NFM 07025
Asphaltènes n 24,3 n NFT 60115
Résines g n 23 Résines + + Résines " 24 n Péchiney B 17
Maltènes " 51,4 " NFT 60115
Le brai est alors placé dans un réacteur cylindrique muni
au fond d'un orifice de diamètre 5 mm. Le réacteur est placé
dans un four électrique. La température du brai est de 2500C.
Les gouttelettes de brai fondu tombent dans un bac récep
teur contenant de l'eau agitée par une turbine.
teur contenant de l'eau agitée par une turbine.
Les granulés de brai une fois solidifiés sont séchées,
puis placés dans une nacelle à l'intérieur d'un four élec
trique pour le traitement d'infusibilisation thermique. Le
produit est porté progressivement à 1800C. La vitesse de
montée en température est de 100C/h. L'atmosphère au-dessus du
produit est de l'air (débit 50 m3/kg). Le produit est ensuite
maintenu à 1800C pendant 4 heures. On enchaîne ensuite l'opera-
tion de carbonisation. Toujours sous balayage d'air, le pro
duit rendu infusible est porté à 2250C par élévation de la
température à raison de 250C/h. L'échantillon est maintenu à
cette température pendant 4 heures. Pour l'étape d'activation,
l'air est remplacé par de la vapeur d'eau et le produit est
chauffé jusqu'à 8500C et maintenu à cette température pendant
une demi-heure.Lors de cette étape, la vitesse de montée en
température est de 2000C/h.
puis placés dans une nacelle à l'intérieur d'un four élec
trique pour le traitement d'infusibilisation thermique. Le
produit est porté progressivement à 1800C. La vitesse de
montée en température est de 100C/h. L'atmosphère au-dessus du
produit est de l'air (débit 50 m3/kg). Le produit est ensuite
maintenu à 1800C pendant 4 heures. On enchaîne ensuite l'opera-
tion de carbonisation. Toujours sous balayage d'air, le pro
duit rendu infusible est porté à 2250C par élévation de la
température à raison de 250C/h. L'échantillon est maintenu à
cette température pendant 4 heures. Pour l'étape d'activation,
l'air est remplacé par de la vapeur d'eau et le produit est
chauffé jusqu'à 8500C et maintenu à cette température pendant
une demi-heure.Lors de cette étape, la vitesse de montée en
température est de 2000C/h.
Le charbon actif ainsi obtenu a une surface spécifique
calculée selon la méthode B.E.T. de 802 m2/g. Le rendement
final par rapport au brai de départ est de 42% en poids.
calculée selon la méthode B.E.T. de 802 m2/g. Le rendement
final par rapport au brai de départ est de 42% en poids.
EXEMPLE 2
On utilise un brai provenant d'extraits désulfurés obte
nus par extraction au furfurol d'un distillat sous vide désul
furé de pétrole brut. Ces extraits sont soumis à un soufflage
sous air à la température de 2800C pendant 15 heures sous
pression atmosphérique. Le débit d'air est de 136 m3/h/T.
On utilise un brai provenant d'extraits désulfurés obte
nus par extraction au furfurol d'un distillat sous vide désul
furé de pétrole brut. Ces extraits sont soumis à un soufflage
sous air à la température de 2800C pendant 15 heures sous
pression atmosphérique. Le débit d'air est de 136 m3/h/T.
Le brai sortant de la tour de soufflage a les carac
téristiques suivantes
Point de ramollissement OC 182 matières volatiles %pds 67,5
Carbone Conradson n 43
Soufre n 3,7
Asphaltènes n 59 résines g n 5,3 résines+ resinesCk n 5,3 maltènes n 39,3
Le brai est alors soumis aux traitements décrits dans
l'exemple 1 : dispersion, infusibilisation thermique, carboni
sation et activation, les conditions opératoires de chaque
étape demeurant inchangees.
téristiques suivantes
Point de ramollissement OC 182 matières volatiles %pds 67,5
Carbone Conradson n 43
Soufre n 3,7
Asphaltènes n 59 résines g n 5,3 résines+ resinesCk n 5,3 maltènes n 39,3
Le brai est alors soumis aux traitements décrits dans
l'exemple 1 : dispersion, infusibilisation thermique, carboni
sation et activation, les conditions opératoires de chaque
étape demeurant inchangees.
Le charbon actif obtenu en fin de traitement a une sur 2
face spécifique de 843 m /g. Le rendement par rapport au brai
d'extraits est de 44% en poids.
face spécifique de 843 m /g. Le rendement par rapport au brai
d'extraits est de 44% en poids.
EXEMPLE 3
On utilise un brai provenant d'un asphalte obtenu par
désaphtalage au propane d'un résidu de distillation sous vide
de pétrole brut de Zakum. Cet asph-alte a été soumis à une
opération de soufflage-craquage en continu au moyen d'un
mélange d'air et d'azote en opérant dans une première tour à
pression atmosphérique et à une temperature de 32O0C. Le
produit de la réaction est ensuite soumis à une opération de
strippage-craquage dans une seconde tour qui fonctionne en
série avec la première, en présence d'azote et à la pression
atmosphérique. La température de réaction est de 410 C.
On utilise un brai provenant d'un asphalte obtenu par
désaphtalage au propane d'un résidu de distillation sous vide
de pétrole brut de Zakum. Cet asph-alte a été soumis à une
opération de soufflage-craquage en continu au moyen d'un
mélange d'air et d'azote en opérant dans une première tour à
pression atmosphérique et à une temperature de 32O0C. Le
produit de la réaction est ensuite soumis à une opération de
strippage-craquage dans une seconde tour qui fonctionne en
série avec la première, en présence d'azote et à la pression
atmosphérique. La température de réaction est de 410 C.
Le brai final a les caractéristiques suivantes :
Point de ramollissement OC 187 matières volatiles %pds 50,3
Carbone Conradson n 52,3
Soufre n 5,7
Asphaltènes w 21
Résines p n 30,1 Résines + Résines n 28,5
Maltènes n 47,4
Ce brai, soumis à des traitements identiques à ceux
décrits dans l'exemple 1, donne un charbon-actif ayant une
surface spécifique de 920 m2/g avec un rendement par rapport
au brai de départ de 36% en poids.
Point de ramollissement OC 187 matières volatiles %pds 50,3
Carbone Conradson n 52,3
Soufre n 5,7
Asphaltènes w 21
Résines p n 30,1 Résines + Résines n 28,5
Maltènes n 47,4
Ce brai, soumis à des traitements identiques à ceux
décrits dans l'exemple 1, donne un charbon-actif ayant une
surface spécifique de 920 m2/g avec un rendement par rapport
au brai de départ de 36% en poids.
Exemples 4 et 5
On utilise le même brai d'asphalte que celui décrit dans
l'exemple 3. Ce brai est soumis aux traitements successifs
décrits dans l'exemple 1 : dispersion, infusibilisation ther
mique, carbonisation, activation. Toutes les conditions opéra
toires sont identiques excepté la durée du traitement thermi
que d'infusibilisation qui est indiquée ci-dessous.
On utilise le même brai d'asphalte que celui décrit dans
l'exemple 3. Ce brai est soumis aux traitements successifs
décrits dans l'exemple 1 : dispersion, infusibilisation ther
mique, carbonisation, activation. Toutes les conditions opéra
toires sont identiques excepté la durée du traitement thermi
que d'infusibilisation qui est indiquée ci-dessous.
On obtient des charbons actifs ayant les surfaces spéci
fiques suivantes, avec les rendements indiqués ci-dessous.
fiques suivantes, avec les rendements indiqués ci-dessous.
Infusibilisa- Charbon
tion thermique actif
Durée Durée du Surf. spéc. Rendement/
totale palier brai
Ex. 4 35h 20 h 660 m2 /g 49%
Ex. 5 22h 7 h 1050 m2 /g 30%
Exemples 6 et 7
On utilise le brai d'asphalte décrit dans l'exemple 3.
tion thermique actif
Durée Durée du Surf. spéc. Rendement/
totale palier brai
Ex. 4 35h 20 h 660 m2 /g 49%
Ex. 5 22h 7 h 1050 m2 /g 30%
Exemples 6 et 7
On utilise le brai d'asphalte décrit dans l'exemple 3.
Dans les traitements décrits dans l'exemple 1, on remplace
l'opération d'infusibilisation thermique par un traitement
d'infusibilisation par solvant. Le brai sous forme de granulés
est mis en contact avec de l'hexane dans un rapport pondéral
solvant/brai de 10/1.
l'opération d'infusibilisation thermique par un traitement
d'infusibilisation par solvant. Le brai sous forme de granulés
est mis en contact avec de l'hexane dans un rapport pondéral
solvant/brai de 10/1.
L'extraction est exécutée à température ambiante avec
agitation mécanique. La sévérité du traitement est fonction de
la durée de l'opération. Les granulés ainsi traités sont
ensuite séchés, puis soumis aux traitements de carbonisation
et d'activation.
agitation mécanique. La sévérité du traitement est fonction de
la durée de l'opération. Les granulés ainsi traités sont
ensuite séchés, puis soumis aux traitements de carbonisation
et d'activation.
Les conditions des traitements d'infusibilisation et de
carbonisation sont indiquées dans le tableau ci-dessous.
carbonisation sont indiquées dans le tableau ci-dessous.
Les conditions opératoires pour l'activation sont iden
tiques à celles de l'exemple 1.
tiques à celles de l'exemple 1.
Les surfaces spécifiques des charbons actifs obtenus et
les rendements par rapport au brai de départ sont également
indiqués dans le tableau ci-dessous.
les rendements par rapport au brai de départ sont également
indiqués dans le tableau ci-dessous.
<tb> <SEP> Traitement <SEP> hexane <SEP> Carbonisation <SEP> harbons <SEP> actifs
<tb> <SEP> durée <SEP> Rendt/brai <SEP> Vit.mon <SEP> T C <SEP> leu <SEP> Surf.<SEP> Rdt.
<tb> <SEP> 1
<tb> <SEP> tee <SEP> en <SEP> ree <SEP> pec. <SEP>
<tb> <SEP> TOC
<tb> Ex.6 <SEP> 1/4h <SEP> 93% <SEP> 50 C/h <SEP> 275 C <SEP> 7h30 <SEP> 820m <SEP> /g <SEP> 32%
<tb> Ex.7 <SEP> 3/4h <SEP> 70 <SEP> g <SEP> <SEP> 25 C/h <SEP> 200 C <SEP> 108 <SEP> 1200m2/g <SEP> 30% <SEP>
<tb> I <SEP>
<tb>
<tb> <SEP> durée <SEP> Rendt/brai <SEP> Vit.mon <SEP> T C <SEP> leu <SEP> Surf.<SEP> Rdt.
<tb> <SEP> 1
<tb> <SEP> tee <SEP> en <SEP> ree <SEP> pec. <SEP>
<tb> <SEP> TOC
<tb> Ex.6 <SEP> 1/4h <SEP> 93% <SEP> 50 C/h <SEP> 275 C <SEP> 7h30 <SEP> 820m <SEP> /g <SEP> 32%
<tb> Ex.7 <SEP> 3/4h <SEP> 70 <SEP> g <SEP> <SEP> 25 C/h <SEP> 200 C <SEP> 108 <SEP> 1200m2/g <SEP> 30% <SEP>
<tb> I <SEP>
<tb>
Exemple 8
Le brai d'asphalte de l'exemple 3 est mélangé à chaud avec de
la lignine préalablement broyée. La lignine est introduite
progressivement dans le brai agité mécaniquement. La tem
rature est maintenue à 25O0C. 50% en poids de lignine sont
ainsi incorporés. Le mélange brai/lignine est homogène après 1
heure d'agitation. Il est ensuite refroidi, puis broyé, avant
d'être soumis à un traitement de carbonisation (température
2000C, vitesse de montée en TOC 250C/heure, durée de maintien
à 2000C : 5 heures) et à un traitement d'activation (tempéra
ture 8000C, vitesse de montée en température 2O00C/heure,
durée de maintien à 8000C : 1/2 h).
Le brai d'asphalte de l'exemple 3 est mélangé à chaud avec de
la lignine préalablement broyée. La lignine est introduite
progressivement dans le brai agité mécaniquement. La tem
rature est maintenue à 25O0C. 50% en poids de lignine sont
ainsi incorporés. Le mélange brai/lignine est homogène après 1
heure d'agitation. Il est ensuite refroidi, puis broyé, avant
d'être soumis à un traitement de carbonisation (température
2000C, vitesse de montée en TOC 250C/heure, durée de maintien
à 2000C : 5 heures) et à un traitement d'activation (tempéra
ture 8000C, vitesse de montée en température 2O00C/heure,
durée de maintien à 8000C : 1/2 h).
Le charbon actif obtenu a une surfaee spécifique de
660 m2/g. Le rendement global par àpport au brai de départ
est de 31% en poids.
660 m2/g. Le rendement global par àpport au brai de départ
est de 31% en poids.
EXEMPLE 9
On utilise un brai de résidu de vapocraquage de fraction
de naphta ayant les caractéristiques suivantes
Point de ramollissement OC 169
Carbone Conradson %pds 60
Résines P n 31 Résines ss +0k " 32,3
Maltènes n 36
Ce brai est mélangé avec 2,88 d'agent porogène
(p,p'-oxybisbenzène-sulfonyl-hydroxide) et 5% de talc. L'en
semble est introduit dans un moule porté à une température de
1750C et sous une pression de 3 bars. Après décomposition
complète de l'agent porogène au bout de 9 minutes, la tempé
rature est abaissée à 1700C sous une pression de 1,4 bar. On
obtient une mousse de brai ayant une densité apparente de 0,20
et une porosité ouverte de 83,5%.
On utilise un brai de résidu de vapocraquage de fraction
de naphta ayant les caractéristiques suivantes
Point de ramollissement OC 169
Carbone Conradson %pds 60
Résines P n 31 Résines ss +0k " 32,3
Maltènes n 36
Ce brai est mélangé avec 2,88 d'agent porogène
(p,p'-oxybisbenzène-sulfonyl-hydroxide) et 5% de talc. L'en
semble est introduit dans un moule porté à une température de
1750C et sous une pression de 3 bars. Après décomposition
complète de l'agent porogène au bout de 9 minutes, la tempé
rature est abaissée à 1700C sous une pression de 1,4 bar. On
obtient une mousse de brai ayant une densité apparente de 0,20
et une porosité ouverte de 83,5%.
La mousse de brai obtenue est chauffée jusqu'à 25O0C sous
un débit d'air de 120 l/h avec une vitesse de montée en tempéra
ture de 3O0C/h. Au-dessus de 2500C, on procède à un chauffage
jusqu'à 10000C avec une vitesse de montée en température de
6O0C/h entre 2500 et 42O0C, de 3O0C/h entre 4200 et 45O0C et
de 50C/h entre 4500 et 7500C sous un débit d'azote de 120 l/h.
un débit d'air de 120 l/h avec une vitesse de montée en tempéra
ture de 3O0C/h. Au-dessus de 2500C, on procède à un chauffage
jusqu'à 10000C avec une vitesse de montée en température de
6O0C/h entre 2500 et 42O0C, de 3O0C/h entre 4200 et 45O0C et
de 50C/h entre 4500 et 7500C sous un débit d'azote de 120 l/h.
La mousse de carbone obtenue a une densité apparente de 0,30.
Le rendement par rapport au brai de départ est de 85% en poids.
La mousse de carbone obtenue est ensuite activée à la température de 4700C sous un débit d'air de 4,8 l/h d'air.
On obtient alors un charbon actif ayant une surface spécifique de 640 m2/g. Le rendement final par rapport au brai de départ est de 59% en poids.
Claims (20)
1. Procédé de fabrication de charbons actifs à partir de dérivés du pétrole consistant à soumettre lesdits dérivés, après conditionnement, à un traitement d'infusibilisation, puis à une carbonisation suivie d'une activation, caractérisé par le fait qu'on utilise à titre de matière première un brai de pétrole ayant une teneur en résines P comprise entre 1 et 32% en poids et une teneur en maltènes comprise entre 35 et 55% en poids.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise un brai de pétrole ayant une teneur en résines+ b inférieure à 35% en poids.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on utilise un brai de pétrole ayant un point de ramollissement compris entre 140 et 2200C, et de préférence entre 150 et 2O00C.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on utilise un brai de pétrole ayant une teneur en carbone Conradson comprise entre 40 et 60% en poids.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le brai utilisé est préparé en distillant un résidu de craquage à la vapeur de coupes pétro- lières, en particulier de naphta, pour obtenir un brai ayant un point de ramollissement compris entre 55 et 900C, en soumettant le brai obtenu à un mûrissement à une température de préférence comprise entre 350 et 4500C jusqu a obtenir un point de ramollissement compris entre 85 et 1100C, et en modifiant le brai ainsi obtenu par des traitements thermiques complémentaires pour obtenir un brai ayant une teneur en résines P comprise entre 1 et 32% en poids et une teneur en maltènes comprise entre 35 et 55% en poids.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le brai utilisé est prépare en soumettant une matière première pétrolière telle que notamment un résidu de distillation, un bitume, un extrait, un résidu de viscoréduction, un résidu de craquage thermique ou catalytique, au procédé de soufflage-craquage à une température égale ou supérieure à 2800C en présence d'un mélange d'oxygène ou d'air et d'un gaz inerte ou de vapeur d'eau à la pression atmosphérique, puis en soumettant éventuellement le produit obtenu à une opération de strippage-craquage à température élevee, de préférence comprise entre 2800C et 5000C, sous pression atmosphérique en présence d'un gaz inerte pour obtenir un brai ayant un point de ramollissement supérieur à 1000C, et en modifiant éventuellement le brai ainsi obtenu par des traitements thermiques complémentaires de manière à obtenir un brai ayant une teneur en résines N comprise entre 1 et 32% en poids et une teneur en maltènes comprise entre 35 et 55% en poids.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que les traitements thermiques complémentaires comprennent un strippage à l'aide d'un gaz inerte tel que notamment l'azote ou l'argon, à une température inférieure à 35O0C et de préférence inférieure à 3000C.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les traitements thermiques complémentaires comprennent une distillation sous vide à une pression inférieure à 5-10 mm Hg et à une température inférieure à 3500C.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le brai de départ est conditionné sous forme de granulés soit par dispersion dans un liquide, soit par broyage.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le brai de départ est condi tonné sous forme de mousse de brai ou de carbone par un procédé consistant à soumettre le brai de départ à une expansion par un agent porogène dans un moule, à une pression suffisante pour que la température de décomposition de l'agent porogène, la pression extérieure au-dessus du brai fondu soit supérieure à la pression qui existerait au sein du liquide à ladite température, et à abaisser si nécessaire la température après décomposition dudit agent porogène jusqu'à ce que le brai soit suffisamment rigide en ajustant la pression de telle façon que le produit expansé remplisse le moule contenant ledit brai, puis éventuellement à oxyder et carboniser la mousse de brai obtenue pour obtenir une mousse de carbone.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le traitement d'infusibilisation du brai s'effectue par voie thermique sous atmosphère oxydante avec une vitesse de montée en température de 5 à 3O0C/h jusqu'à un palier dont la température est supérieure ou inférieure de 200C à la température au point de ramollissement du brai de départ, pendant une durée allant de 15 à 40 h.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le traitement d'infusibilisation du brai est un traitement par solvant du type hydrocarbure saturé léger tel que notamment l'hexane, l'heptane ou les fractions légères provenant de la distillation du pétrole brut.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le traitement d'infusibilisation du brai s'effectue par addition à- celui-ci de 10 à 80% en poids de composés chimiques infusibles tels que notamment des résidus végétaux, de la lignine ou de la paille.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la carbonisation du brai s'effectue sous atmosphère oxydante avec une vitesse de montée en température de 5 à 600C/h, jusqu'à une température comprise entre 150.et 4000C, de préférence entre 200 et 3000C, pendant une durée allant de 30 minutes à 15 heures.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que la carbonisation du brai s'effectue sous atmosphère inerte à des températures comprises entre 700 et 10000C.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que la carbonisation du brai s'effectue par sulfonation du brai à une température comprise entre 50 et 1500C et déshydrogénation par lente élévation de la température jusqu'à 4500C à l'aide d'un agent déshydrogé- nant tel que notamment l'acide sulfurique concentré.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que la carbonisation du brai s'effectue en continu avec lwinfusibilisation par voie thermique, sous atmosphère inerte à une température comprise entre 250 et 6000C.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que l'activation du brai s'effectue par voie gazeuse à l'aide d'oxydants tels que notamment l'air, l'anhydride carbonique, la vapeur d'eau ou les mélanges oxygène/gaz inerte, à une température comprise entre 400 et 10000C, avec une vitesse de montée en température de 60 à 3000C/h.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que l'activation du brai s'effectue par voie chimique à des températures comprises entre 450 et 6500C à l'aide de réactifs déshydratants tels que notamment l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, le chlorure de zinc, les carbonates, hydroxydes, chlorures, sulfates et phosphates de métaux alcalino-terreux ou alcalins.
20. Charbons actifs ayant une surface spécifique su périeure ou égale à 600 m2/g, caractérisés par le fdt qu'ils sont obtenus par le procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 19.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7925143A FR2467177A1 (fr) | 1979-10-09 | 1979-10-09 | Procede de fabrication de charbons actifs a surface specifique elevee a partir de brai de petrole |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7925143A FR2467177A1 (fr) | 1979-10-09 | 1979-10-09 | Procede de fabrication de charbons actifs a surface specifique elevee a partir de brai de petrole |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2467177A1 true FR2467177A1 (fr) | 1981-04-17 |
| FR2467177B1 FR2467177B1 (fr) | 1981-10-30 |
Family
ID=9230501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR7925143A Granted FR2467177A1 (fr) | 1979-10-09 | 1979-10-09 | Procede de fabrication de charbons actifs a surface specifique elevee a partir de brai de petrole |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2467177A1 (fr) |
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| FR2801297A1 (fr) * | 1999-11-19 | 2001-05-25 | Centre Nat Rech Scient | Charbons actifs et leur procede d'obtention a partir d'un brai partiellement mesophase et partiellement mesogene |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2467177B1 (fr) | 1981-10-30 |
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