FR2473536A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF HIGH QUALITY RAW MATERIALS FOR THE PREPARATION OF BLACKS - Google Patents
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- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/04—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by extraction
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
Abstract
Selon l'invention, on obtient les matières premières pour noir à partir d'un produit intermédiaire carboné, obtenu par désintégration de charbon broyé, ou matières analogues contenant du carbone, par un mélange de solvants provenant de produits du pétrole et du charbon, à température et à pression élevées, on étête le cas échéant jusqu'à 5 % de constituants volatils, et on sépare par distillation une fraction de point d'ébullition de 220-480 degrés C utilisable comme matière première pour noir.According to the invention, the raw materials for black are obtained from a carbonaceous intermediate product, obtained by the disintegration of crushed coal, or similar carbon-containing materials, by a mixture of solvents obtained from petroleum and coal products, to Up to 5% volatile constituents are quenched at high temperature and pressure, where appropriate, and a fraction with a boiling point of 220-480 degrees C which can be used as raw material for black is distilled off.
Description
RÉPUBLIQUE FRAN AISEFRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONALNATIONAL INSTITUTE
DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLEINDUSTRIAL PROPERTY
PARIS O N de publication: (A n'utiliser que pour les PARIS Y N of publication: (Use only for
commandes de reproduction).reproduction orders).
2 473 5362,473,536
A1A1
DEMANDEREQUEST
DE BREVET D'INVENTIONOF PATENT INVENTION
No 81 00228No 81 00228
(R) Procédé de fabrication de matières premières de haute qualité pour la préparation de noirs. (R) Process for manufacturing high quality raw materials for the preparation of blacks.
(51) Classification internationale (Int CI. 3). C 09 C 1/48. (51) International classification (Int CI. 3). C 09 C 1/48.
Date de dépôt........................ 8 janvier 1981. Filing date ........................ January 8, 1981.
Priorité revendiquée: RFA, 10 janvier 1980, n0 P 30 00 658.7. Priority claimed: RFA, 10 January 1980, no P 30 00 658.7.
Date de la mise à la disposition du Date of provision of
public de la demande............ B.O.P.I. -" Listes " n 29 du 17-7-1981. request public ............ B.O.P.I. - "Lists" n 29 from 17-7-1981.
Déposant: Société dite: RUTGERSWERKE AG, résidant en RFA. Applicant: Company known as: RUTGERSWERKE AG, residing in Germany.
@ Invention de: Helmut Kôhler, Heinz-Gerhard Franck et Jûrgen Stadelhofer. @ Invention by: Helmut Kôhler, Heinz-Gerhard Franck and Jûrgen Stadelhofer.
Titulaire: Idem Mandataire: Cabinet Plasseraud, Holder: Idem Mandatory: Cabinet Plasseraud,
84. rue d'Amsterdam, 75009 Paris.84. rue d'Amsterdam, 75009 Paris.
D Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE, 27. rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 Procédé de fabrication de matières premières de haute qualité pour la D Sale of booklets at IMPRIMERIE NATIONALE, 27. rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 Process for manufacturing high quality raw materials for
préparation de noirs.preparation of blacks.
La présente invention a pour objet la fabrica- The subject of the present invention is the manufacture of
tion d'une matière première de haute qualité pour la fabrication de noirs, notamment selon le procédé au tion of a high quality raw material for the production of blacks, in particular according to the
four à partir d'huile. Le noir est une matière impor- oven from oil. Black is an important material
tante pour l'industrie du caoutchouc et des colorants. Le procédé de loin le plus important pour la fabrication de noir est le procédé au four à partir d'une huile. Dans ce procédé, on décompose dans un four un mélange approprié d'hydrocarbures en noir et aunt for the rubber and dye industry. By far the most important process for making black is the oil oven process. In this process, an appropriate mixture of black hydrocarbons is decomposed in an oven and
en hydroqène.in hydroqene.
Il s'est avéré que tous les mélanges d'hydrocar- It turned out that all of the hydrocarbon mixtures
bures ne conviennent pas également pour la fabrication bures are also not suitable for manufacturing
de noir; on a toutefois trouvé que des matières pre- black; however, it has been found that pre-
mières spécialement avantageuses étaient des mélanges d'hydrocarbures liquides ayant un degré d'aromaticité élevé. Aujourd'hui, on utilise de tels mélanges à base de produits provenant du charbon et du pétrole pour la Especially advantageous materials were mixtures of liquid hydrocarbons having a high degree of aromaticity. Today, such blends based on products from coal and petroleum are used for the
fabrication de noirs. Comme matières premières prove- manufacture of blacks. As raw materials
nant du pétrole, on se sert notamment des résidus du oil, we use in particular the residues of
craquage catalytique (concentrats aromatiques) et d'hui- catalytic cracking (aromatic concentrates) and oil
les provenant du vapocraquage de l'essence; comme pro- those from the steam cracking of petrol; as pro-
duits provenant du charbon, on utilise des fractions appropriées obtenues dans le traitement du goudron de houille. Des conditions importantes pour l'aptitude d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques de servir comme of coal, suitable fractions obtained in the treatment of coal tar are used. Important conditions for the suitability of a mixture of aromatic hydrocarbons to serve as
matière première nour des noirs sont le domaine d'ébul- nour raw material for blacks is the domain of
lition, la densité (ou le Correlations-Index des Bu- lition, density (or Correlations-Index des Bu-
reaux of Mines, basé sur ces deux grandeurs), le rap- reaux of Mines, based on these two quantities), the report
port atomique C/H comme mesure de l'aromaticité ainsi qu'une teneur en soufre au maximum de 2 % (voir K. Zim.mer, Erdôl und Kohle, Erdgas, Petrochem. 22, 1969, 742). D'après ce mémoire, une matière première pour noir ayant un indice de corrélation > 120 est une atomic port C / H as a measure of aromaticity as well as a maximum sulfur content of 2% (see K. Zim.mer, Erdôl und Kohle, Erdgas, Petrochem. 22, 1969, 742). According to this memo, a raw material for black having a correlation index> 120 is a
bonne matière de départ pour la fabrication de noir. good starting material for making black.
Une classification correspondante de la qualité des matières premières pour noirs est donnée dans la demande allemande publiée DE-OS 25 47 697 et peut être A corresponding classification of the quality of raw materials for blacks is given in the published German application DE-OS 25 47 697 and can be
tirée du tableau I de cette demande. taken from Table I of this request.
Malheureusement, les matières premières de gran- Unfortunately, large raw materials
de qualité désignées plus haut ne sont disponibles lo qu'en quantité limitée. Ceci est vrai tant pour les of the quality indicated above are only available in limited quantities. This is true for both
matières premières à base de goudron de houille utili- raw materials based on coal tar used
sées jusqu'ici qu'il faut considérer comme les meil- so far that should be considered the best
leures matières premières pour noir en raison de leur aromaticité élevée que pour les matières premières provenant du pétrole qui se forment sous forme de produit, de couolage dans la fabrication d'oléfines their raw materials for black due to their higher aromaticity than for the raw materials from petroleum which are formed in the form of a product, in the manufacture of olefins
ou dans le procédé de craquage catalytique. or in the catalytic cracking process.
A cause de cette insuffisance, on a souvent tenté d'élargir la base en matière première pour des produits de départ pour les noirs. Ainsi par exemple, la demande allemande nubliée DE-OS 25 47 679 décrit un procédé dans lequel on mélange le brai de goudron de houille avec de l'huile de pyrolyse provenant de la décomposition de benzène dans des rapports appropriés Because of this insufficiency, one often tried to widen the base in raw material for starting products for the blacks. For example, the published German application DE-OS 25 47 679 describes a process in which coal tar pitch is mixed with pyrolysis oil from the decomposition of benzene in suitable ratios
cour régler la viscosité nécessaire. court adjust the viscosity required.
L'inconvénient de ce procédé réside toutefois dans le fait que le brai de goudron de houille n'est disponible dans ce but que de façon limitée, étant donné qu'on l'utilise comme matière première de haute The drawback of this process, however, is that coal tar pitch is only available for this purpose to a limited extent, since it is used as a high-quality raw material.
qualité pour la fabrication d'autres produits hydro- quality for the manufacture of other hydro-
carbonés notamment comme liant. De plus, il faut sépa- carbonaceous in particular as a binder. In addition, separate
rer du mélange brai-huile de pyrolyse les produits en suspension nuisibles (cendres, etc) par des procédés remove harmful pitch suspension oil and pyrolysis oil (ash, etc.) by processes
nécessitant des dépenses mécaniques. requiring mechanical expenses.
Cette situation provoque un besoin urgent de procédés permettant de fabriquer les matières premières This situation causes an urgent need for processes for manufacturing raw materials
pour noir sur une base de matière première assurée. for black on an assured raw material basis.
La présente invention a donc pour but de dévelop- The present invention therefore aims to develop
per une matière première pour noir qui repose en ce qui concerne la base de matière première surtout sur les ressources de charbon assurées pour longtemps. Selon l'invention, on résout ce problème par le fait qu'à partir d'un produit intermédiaire carboné du tvne du brai pouvant être obtenu par désintégration de per a raw material for black which rests as regards the base of raw material especially on the coal resources assured for a long time. According to the invention, this problem is solved by the fact that from a carbonaceous intermediate product of the pitch tar which can be obtained by disintegration of
charbon broyé, et/ou d'autres matières Premières sem- ground coal, and / or other semi-raw materials
blables contenant du carbone, avec une teneur en matiè- carbon containing, with a material content of
res volatiles plus ou moins élevée, par une combinaison higher or lower volatile res, by a combination
de solvants aromatisés provenant du pétrole et du char- flavored solvents from petroleum and petroleum
bon avec une température d'ébullition moyenne > 3500C, good with an average boiling temperature> 3500C,
en utilisant des conditions de température et de pres- using temperature and pressure conditions
sion élevées, on étête le cas échéant jusqu'à 5 X de constituants volatils jusqu'à une fin de distillation de 2600C et que l'on obtient à partir du résidu, par high ion, if necessary up to 5 X of volatile constituents until a distillation end of 2600C and which is obtained from the residue, by
distillation, 10 à 40 % d'une fraction de point d'ébul- distillation, 10 to 40% of a fraction of the boiling point
lition de 220 à 4800C, en tant que matière première lition from 220 to 4800C, as a raw material
pour noir.for black.
On décrit dans les exemples 1 et 2 la prépara- Examples 1 and 2 describe the preparation
tion du produit carboné intermédiaire par désintégra- tion of the intermediate carbon product by disintegration
tion à l'aide d'une combinaison de solvants provenant du pétrole et du charbon et les huiles pour noir que l'on peut obtenir à partir de ce produit intermédiaire tion using a combination of petroleum and coal solvents and black oils which can be obtained from this intermediate product
par distillation. La fabrication des produits intermé- by distillation. Intermediate product manufacturing
diaires carbonés fortement aromatiques comme brai de dénart fait l'objet de la demande de brevet antérieure P 29 35 039.8 de la demanderesse. Cette préparation est effectuée en désintégrant des charbons avec une teneur en matières volatiles élevée ou faible par des résidus aromatiques de la pyrolyse à la vapeur de fractions pétrolières en combinaison avec des mélanges aromatiques provenant du charbon ayant une température d'ébullition moyenne sunérieure à 3500C comme solvant complémentaire, le cas échéant avec addition d'autres solvants. Pour obtenir les matières premières pour noir selon l'invention, on distille, â partir du résidu d'étêtage, un pourcentage de 10 - 40 %, de préférence de 15 - 35 % d'une fraction de niveau de distillation 220 - 480C, de préférence 250 - 4500C et on utilise highly aromatic carbonaceous diaries as pitch pitch is the subject of the applicant's earlier patent application P 29 35 039.8. This preparation is carried out by disintegrating coals with a high or low volatile matter content by aromatic residues from the steam pyrolysis of petroleum fractions in combination with aromatic mixtures originating from coal having an average boiling temperature above 3500C as additional solvent, if necessary with the addition of other solvents. To obtain the raw materials for black according to the invention, a percentage of 10 - 40%, preferably 15 - 35%, of a fraction of distillation level 220 - 480C is distilled from the topping residue, preferably 250 - 4500C and we use
cette fraction comme matière première pour noir. this fraction as raw material for black.
Comme composant principal pour la fabrication de la matière première pour noir selon l'invention, on utilise le charbon. Jusqu'à une époque récente, la As the main component for the production of the raw material for black according to the invention, coal is used. Until recently, the
structure du charbon, malgré des recherches approfon- coal structure, despite extensive research
dies, faisait plutôt largement l'objet de spéculations que de base scientifique exacte. On était surtout en désaccord sur le degré d'aromaticité du charbon, c'est-à-dire sur la répartition en pourcentage entre dies, was more widely the subject of speculation than an exact scientific basis. We were mainly in disagreement on the degree of aromaticity of the coal, that is to say on the percentage distribution between
le carbone aliphatique et aromatique. On a admis anté- aliphatic and aromatic carbon. We admitted before
rieurement que le charbon était surtout constitué par des amas hautement aromatiques. On obtient toutefois aujourd'hui une autre image par l'utilisation de la laughing that the coal was mainly constituted by highly aromatic heaps. Today, however, another image is obtained by the use of the
spectroscopie de résonnance nucléaire du 13C de char- 13C nuclear resonance spectroscopy of char-
bon solide. C'est ainsi qu'on a trouvé, pour des char- good solid. This is how we found, for char-
bons convenant spécialement à la désintégration, une teneur en aromatiques de 60 - 65 % seulement (voir S.K. Chakrabartty, The Structure and Chemistry of Coal, Conférence à l'occasion de la World Conference on Future Sources of Organic Raw Materials, Toronto, vouchers especially suitable for disintegration, an aromatic content of only 60 - 65% (see S.K. Chakrabartty, The Structure and Chemistry of Coal, Conference on the occasion of the World Conference on Future Sources of Organic Raw Materials, Toronto,
Canada, 10. - 13. Juil. 1978).Canada, 10. - 13. July 1978).
D'autres recherches ont montré en plus que dans le domaine des constituants de carbone volatils à bas Other research has also shown that in the field of low volatile carbon constituents
poids moléculaire, il faut comoter avec une forte pro- molecular weight, you have to comote with a strong pro-
portion en aliphatiques (M. Vahrman, Chem. in Britain, aliphatic portion (M. Vahrman, Chem. in Britain,
1972, 8, 16).1972, 8, 16).
Par l'utilisation d'un -simple mélange de frac- By the use of a -simple mixture of frac-
tions hautement aromatiques provenant du goudron avec des huiles de pyrolyse partiellement aromatiques et des constituants du charbon partiellement aromatiques highly aromatic tar from partially aromatic pyrolysis oils and partially aromatic coal constituents
que l'on peut extraire par des solvants dans les rap- which can be extracted by solvents in the reports
ports correspondants, on devrait s'attendre à obtenir une huile d'aromaticité et de densité moyennes et par corresponding ports, one should expect to obtain an oil of medium aromaticity and density and by
suite avec un Correlation Index moyen. continued with a medium Correlation Index.
Il s'est avéré maintenant de façon surprenante It has now surprisingly turned out
que les huiles des sources indiquées plus haut modi- that the oils from the sources indicated above modi-
fiées par le processus de désintégration du charbon, trusted by the coal decay process,
c'est-à-dire l'huile de pyrolyse, les huiles de gou- i.e. pyrolysis oil, gou-
dron de houille et les constituants du charbon ex- coal dron and the constituents of coal ex-
trayables ont subi par désintégration une aromatisation importante de telle sorte que l'on peut obtenir une milkers have undergone significant aromatization by disintegration so that a
fraction d'huile avec un Correlation Index extraordi- oil fraction with an extraordinary Correlation Index
nairement élevé.generally high.
EXEMPLE 1.EXAMPLE 1.
On désintègre 30 parties en poids de charbon de Westerholt (teneur en matières volatiles 37 - 38 %) par un mélange à partir de 15 % en poids de distillat de brai, 20 % en poids de distillat de brai à partir de brai de goudron d'huile traité par la chaleur et la pression et de 35 % en poids d'huile de pyrolyse 30 parts by weight of Westerholt carbon (volatile matter content 37 - 38%) are disintegrated by a mixture from 15% by weight of pitch distillate, 20% by weight of pitch distillate from tar pitch. oil treated with heat and pressure and 35% by weight of pyrolysis oil
provenant du vapocraquage de benzène brut. Cette dé- from the steam cracking of crude benzene. This de-
sintégration est effectuée à une température de 3700C integration is carried out at a temperature of 3700C
et avec une durée réactionnelle de 3 heures. La pres- and with a reaction time of 3 hours. The press-
sion réactionnelle maximale est de 25 bars. On obtient à partir de ce produit carboné intermédiaire, après étêtage de 3 parties en poids de constituants volatils mar distillation, un distillat ayant une température maximum reaction is 25 bars. From this intermediate carbon product, after topping 3 parts by weight of volatile constituents by distillation, a distillate is obtained having a temperature
d'ébullition initiale de 2550C et un point d'ébulli- initial boiling point 2550C and a boiling point
tion (95 %) de 4350C. La part de ce distillat est de tion (95%) of 4350C. The share of this distillate is
28 %.28%.
On étudie cette huile en ce qui concerne ses We study this oil with regard to its
qualités comme matière première de noir selon les spé- qualities as a raw material of black according to the specifications
cifications indiquées dans le tableau 2. Une comparai- cifications shown in Table 2. A comparison
son avec les critères pris dans la demande de brevet allemand publiée DEOS 25 47 679 montre qu'il s'agit dans le cas de l'huile selon l'invention d'une matière première pour noir excellente. _ _ its with the criteria taken from the published German patent application DEOS 25 47 679 shows that it is, in the case of the oil according to the invention, an excellent raw material for black. _ _
EXEMPLE 2.EXAMPLE 2.
On opère comme dans l'exemple 1, mais en utili- We operate as in Example 1, but using
sant pour la désintégration le solvant suivant: 15 parties en poids de distillat de brai, 20 parties en poids de distillat de brai provenant du traitement par la chaleur et la pression de brai de goudron de houille et 35 parties en poids de résidu de pyrolyse de la décomposition de gasoil. A partir du produit intermédiaire carboné ainsi obtenu, on obtient, après étêtage par distillation du résidu, une fraction dans le domaine de température d'ébullition de 270 - 4300C, the following solvent for disintegration: 15 parts by weight of pitch distillate, 20 parts by weight of pitch distillate from the coal tar pitch heat and pressure treatment and 35 parts by weight of pyrolysis residue the decomposition of diesel. From the carbon intermediate product thus obtained, there is obtained, after topping by distillation of the residue, a fraction in the range of boiling temperature of 270 - 4300C,
qui représente 31 % du produit intermédiaire carboné. which represents 31% of the carbon intermediate product.
L'étude de cette fraction en ce qui concerne des critères exigés pour une matière première pour noir pour le procédé au four montre qu'il s'agit d'une très The study of this fraction with regard to the criteria required for a raw material for black for the oven process shows that it is a very
bonne matière première pour noir.good raw material for black.
\ Il\ He
T A B L E A UBOARD
Densité, analyse élémentaire et pour noir rapport atomique C/H de matières premières avantageuses. Analyse élémentaire en % en poids Density, elementary analysis and for black atomic ratio C / H of advantageous raw materials. Elementary analysis in% by weight
C H SC H S
Rapport atomique C/H Concentrat aromatique (résidu de craquage catalytique) Huile légère de vapocraquage Huile lourde de vapocraquage Huile d'anthracène légère Huile d'anthracène lourde Atomic ratio C / H Aromatic concentrate (residue from catalytic cracking) Light steam cracking oil Heavy steam cracking oil Light anthracene oil Heavy anthracene oil
0, 9760.976
1,035 1,070 1,o085 1,136 87,2 91, 1 92,1 91,0 91,4 9,2 8,4 7,0 6,2 ,8 1,8 0,1 O, 1 0,6 0,7 0,79 0, 91 1,10 1,22 1,31 I 1.035 1.070 1.08585 1.136 87.2 91.1 92.1 91.0 91.4 9.2 8.4 7.0 6.2.8 1.8 0.1 0.1 0.6 0.7 0.7 0.79 0.91 1.10 1.22 1.31 I
qualité crois-quality believe
sante de la ma-health of the ma-
tière première pour noir Densitéraw material for black Density
à 20 Cat 20 C
(g/ml) -2 r% 9-' un ou 0%(g / ml) -2 r% 9- 'one or 0%
T A B L E A U IIT A B L E A U II
Analyse élémentaire en % en poidsElementary analysis in% by weight
C H SC H S
Rapport atomique C/H Correlation Index Matière première pour noir selon l'exemple 1, obtenue Atomic ratio C / H Correlation Index Raw material for black according to Example 1, obtained
oar distillation d'une ma-oar distillation of a ma-
tière intermédiaire car-middle car-
bonée. Matière première Dour noir selon l'exemple 2, obtenue good. Dour noir raw material according to Example 2, obtained
par distillation d'une ma-by distillation of a ma-
tière intermédiaire car-middle car-
bonée. 1,136 1,131good. 1,136 1,131
91,40 6,19 0,4691.40 6.19 0.46
89,4489.44
6,32 1,436.32 1.43
Huile pour noir provenantOil for black from
du goudron selon la de-tar according to the de-
mande DE-OS 25 47 679.order DE-OS 25 47 679.
1,136 91,0 6,20 0,601.136 91.0 6.20 0.60
DensitéDensity
à 200Cat 200C
(g/ml) 1,23 Co 1,17 1,22 rL w UA os(g / ml) 1.23 Co 1.17 1.22 rL w AU bone
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