FR2486536A1

FR2486536A1 - Procede de liquefaction de charbon en presence d'un catalyseur comprenant un complexe organo-soluble du fer

Info

Publication number: FR2486536A1
Application number: FR8015338A
Authority: FR
Inventors: Maurice Born; Andre Deschamps; Sigismond Franckowiak; Germain Martino
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1982-01-15
Also published as: FR2486536B1

Abstract

ON DECRIT UN PROCEDE DE TRANSFORMATION DU CHARBON EN PRODUITS LIQUIDES, DANS LEQUEL ON EFFECTUE: A.LE MELANGE DE CHARBON FINEMENT DIVISE AVEC UN SOLVANT DONNEUR D'HYDROGENE ET AVEC UNE SOLUTION ORGANIQUE D'UN CATALYSEUR D'HYDROGENATION CONSISTANT EN UN COMPLEXE ORGANO-SOLUBLE FORME ENTRE UN ACIDE SULFONIQUE ET DU FER (DANS UN RAPPORT DE 6 A 12 ATOMES-GRAMME DE FER PAR EQUIVALENT-GRAMME D'ACIDE), FORMANT AINSI UNE PATE; B.LE PASSAGE DE LA PATE DANS UNE ZONE D'HYDROCONVERSION A 400-470C SOUS 60 A 250 BARS D'HYDROGENE; ET C.LA SEPARATION DE PRODUITS LIQUIDES A PARTIR DE L'EFFLUENT DE LA ZONE D'HYDROCONVERSION.

Description

L'invention se rapporte à un procédé catalytique de liquéfaction du charbon en présence d'hydrogène et d'un solvant donneur d'hydrogène.

Elle concerne plus particulièrement, dans un tel procédé, l'emploi d'un catalyseur comprenant un complexe organo-soluble du fer.

La transformation du charbon en produits liquides, en présence d'hydrogène et d'un solvant donneur d'hydrogène, est bien connue. Elle est généralement réalisée par chauffage prolongé d'une bouillie constituée de charbon pulvérisé et d'un solvant donneur d'hydrogène, à une température de 400 à 470 OC, sous une pression d'hydrogène de 100 à 250 barset en présence d'un catalyseur d'hydrogénation. Le catalyseur a pour rôle de permettre la réhydrogénation du solvant à mesure que ce dernier transfere de l'hydrogène au charbon. Le maintien du solvant dans un état d'hydrogénation poussé étant essentiel pour l'obtention d'un rendement élevé en produits liquides distillables, il est éminemment souhaitable de pouvoir mettre en oeuvre un catalyseur d'hydrogénation efficace.

De nombreux catalyseurs permettant d'assurer cette fonction ont déjà été proposés antérieurement. Il s'agit en général de composés du vanadium, du molybdène, du fer, du cobalt, du nickel, de l'étain ou du zinc, notamment les oxydes, les sulfures, les chlorures ou encore le molybdate a d' ammonium.

Cependant, l'une des difficultés rencontrées dans les procédés utilisant des catalyseurs de ce type réside dans le fait que ceux-ci doivent etre utilisés en des proportions importantes, par exemple de l'ordre de 1 % en poids par rapport au charbon traité, et dans le fait qu'ils ne sont que très difficilement récupérables, en vue de leur recyclage, à partir des cendres et résidus non liquéfiables.

La plupart des catalyseurs proposés antérieurement sont donc inutilisables dans la pratique, car leur renouvellement implique des coûts trop élevés. Les seuls composés acceptables du point de vue économique seraient les composés du fer. Cependant, la plupart des composés de fer bon marché connus ne présentent qu'une faible activité catalytique et ne permettent d'obtenir que de faibles rendements en produits liquides distillables, même pour des temps de réaction importants. I1 est égale ment connu d'améliorer l'activité catalytique d'un élément métallique vis- -vis de ce type de réaction en l'introduisant sous la forme d'un composé organo-soluble, ce qui favorise la formation in situ d'espèces catalytiques très dispersées.De tels composés organo-solubles consistent par exemple en des sels d'acides organiques, comme les naphténates (voir les brevets américains 3 532 617 et 3 502 504), des sulfonates ou encore certains chélates (voir le brevet américain 4 077 867). Le prix de revient de ces catalyseurs métalliques organo-solubles est évidemment fonction du nombre de moles d'agent complexant organique nécessaire à la solubilisation d'un atome-gramme de métal. I1 est en général élevé.

La demanderesse a déjà elle-même décrit dans la demande de brevet français EN 79/06783, déposée le 16 Mars 1979, et dans la demande de premier certificat d'addition EN 80/04417, déposée le 27 Février 1980, des complexes organo-solubles formés entre un acide sulfonique et du fer ferrique dans lesquels il était possible d'introduire, grâce à des conditions opératoires particulières, au moins 6 et jusqu'à 12 atomesgramme de fer par équivalent-gramme de l'acide sulfonique. Ces complexes organo-solubles du fer sont préconisés, dans ces documents antérieurs, comme additifs pour améliorer la combustion des combustibles liquides.

On a maintenant découvert que des complexes organo-solubles du fer de ce type pouvaient constituer d'excellents catalyseurs pour la conversion du charbon en hydrocarbures liquides, en présence d'hydrogène et d'un solvant donneur d'hydrogène.

D'une manière générale, le procédé de conversion du charbon en hydrocarbures liquides, selon la présente invention, comprend
(a) le mélange du charbon finement divisé avec un solvant donneur d'hydrogène et avec une solution organique d'un catalyseur consistant en un complexe organo-soluble acide sulfonique-fer ferrique renfermant de 6 à 12 atomes-gramme de fer par équivalent-gramme d'acide, de ma nière à former une pâte;
(b) après un préchauffage éventuel à une température de 300 à 400 C, le passage de ladite pâte dans une zone d'hydrocan-crersion à une température de 400 à 470 C, de préférence de 420 à 460 C, et sous une pression partielle d'hydrogène de 60 à 250 bars,de préférence de 100 à 200 bars ; et
(c) la séparation d'une fraction liquide à partir de l'effluent de la zone d'hydroconversion.

Dans l'étape (a) du procédé de l'invention, le solvant donneur d'hydrogène utilisé peut consister plus particulièrement en une coupe riche en hydrocarbures polyaromatiques partiellement hydrogénés ayant un point d'ébullition généralement compris entre 200 et 500 OC ; ce type de coupe peut provenir avantageusement de la distillation ou de l'hydrocraquage de produits de liquéfaction du charbon.

Le solvant donneur d'hydrogène est utilisé en général à raison de 100 à 400, de préférence de 120 à 220, parties en poids pour 100 parties en poids de charbon.

Le complexe organo-soluble du fer, utilisé comme catalyseur, est introduit en général sous.la forme d'une solution par exemple dans le solvant dans lequel il a été préparé. On met en général en jeu une quantité de solution catalytique qui corresponde à une proportion de fer de 0,01 à 2 %, de préférence de 0,05 à 1 %, en poids par rapport au poids de charbon à traiter.

Ces complexes organo-solubles du fer peuvent être avantageusement préparés par la méthode décrite dans la demande de brevet français
EN 79/06783 et dans la demande de premier certificat d'addition EN 80/ 04417 déposées par la demanderesse. Selon cette méthode, on'procède d'une manière générale en faisant réagir au moins un acide sulfonique avec de l'hydroxyde ferrique (fraichement préparé séparément ou préparé in situ, par réaction d'une base sur un sel ferrique), en présence d'un système solvant à deux constituants qui comprend
(a) au moins un composé liquide choisi parmi les hydrocarbures aromatiques légers et les hydrocarbures aliphatiques halogénés légers (ayant par exemple un point d'ébullition de 80 à 230 OC);; et
(b) au moins un composé organique liquide renfermant au moins une fonction oxygénée et présentant une miscibilité au moins partielle en milieu aqueux et une miscibilité substantielle en milieu hydrocarboné, le volume total du systeme solvant (a) + (b) étant en général de 300 à 1000 cm3 pour 100 g d'acide sulfonique.

Les acides sulfoniques mis en jeu dans la préparation des complexes organo-solubles utilisés peuvent consister en des acides sulfoniques aliphatiques, alicycliques ou aromatiques, mais il s'agit le plus souvent d'acides sulfoniques aromatiques, tels que des acides alkylbenzène- sulfoniques, qui peuvent être choisis non seulement parmi les acides alkylbenzènesulfoniques qui renferment d'environ 10 à 20 atomes de carbone, mais aussi parmi ceux qui renferment d'environ 20 à 35 atomes de carbone, ces derniers consistant en des acides alkylbenzenesulfoniques industriels dits "acides alkylbenzènesulfoniques lourds".

Comme constituant (a) du système solvant mis en jeu, on peut uti -liser notamment le benzène, le toluène, les xylènes, le mono- et le diéthylbenzène, le mono- et le diisopropylbenzène, ou encore le trichloroéthylene. On utilise le plus souvent le toluène et le diisopropylbenzène.

Le constituant (b) peut consister, selon l'enseignement de la demande de brevet français EN 79/06783, en
(i) au moins un monoalcool aliphatique saturé inférieur (ayant par exemple un point d'ébullition de 65 à 85 OC); ou selon la demande de certificat d'addition EN 80/04417 :
(ii) en un composé hydrocarboné di- ou poly-hydroxylé miscible au moins partiellement dans l'eau et présentant un nombre d'atomes de carbone suffisant pour être miscible en milieu hydrocarboné, tel que par exemple le méthyl-2 pentane-diol-2,4
(iii) en une cétone-alcool, telle que par exemple la méthyl-4 hydroxy-4 pentanone-2 (ou di-acetone-alcool);
(iv) en un composé organique à groupements oxyde d'alkylène répondant à la formule générale

dans laquelle R1 représente un radical aliphatique monovalent renfermant par exemple de 1 à 6 atomes de carbone pu un radical acyle R3-CO-, où R3 represente lui-même un atome d'hydrogène ou un radical -aliphatique
2 monovalent renfermant par exemple de 1 à 4 atomes de carbone ;R est défini comme R1 mais peut représenter en outre un atome dthydrogene ; m représente un nombre entier qui prend l'une des valeurs 2 et 3 et n représente un nombre entier qui prend une valeur de 1 à 4 ; ou encore
(v) en un composé cyclique à fonction(s) éther(s), tel que par exemple le tétrahydrofuranne, le dioxanne ou le trioxanne.

Lorsque le constituant (b) est un monoalcool (i) tel que défini ci-dessus, on utilise plus particulièrement le méthanol, l'éthanol, l'isopropanol ou le tert-butanol ; le méthanol étant préféré. Dans ce cas, les proportions respectives des constituants (a) et (b) vont -en général de 30 à 90 % en volume poule constituant (a) et de 70 à 10 % en volume pour le constituant (b).

Parmi les composés (ii), (iii), (iv) et (v) définis plus haut, on utilise le plus souvent les composés définis en (iv). Comme exemples spécifiques de ceux-ci, on peut citer
- des monoéthers d'alkylèneglycol ou de polyalkylèneglycols, tels que par exemple les monométhyléther, monoéthyléther et monoisopropyléther de l'éthylèneglycol, les monométhyléther, monoéthyléther et monobutyléther du diéthylèneglycol, le monobutyléther du triéthylèneglycol,
- des diéthers d'alkylèneglycol ou de polyalkylèneglycols, tels que par exemple le diméthyléther de l'éthyleneglycol, le diméthyléther du diéthylèneglycol, le diéthyléther du diethylèneglycol ou le diméthyléther du tétraéthyleneglycol,
- des monocarboxylates d'alkylèneglycol ou de polyalkylèneglycols, tels que l'acétate d'éthylèneglycol,
- des dicarboxylates d'alkylèneglycol ou de polyalkylèneglycols, tels que le diacétate d'éthylèneglycol, le diacétate de diéthylène- glycols, le diacétate de triéthylèneglycol ou le diacétate de propylène- gycol,
- des monoéthers-monocarboxylates d'alkylèneglycol ou de polyalkylèneglycol, tels que l'acétate-monométhyléther de l'éthylèneglycol, i 'acétate-monoéthyléther de l'éthyleneglycol, 1' acétate-monoéthyléther du diéthylèneglycol, l'acétate-monoéthyléther du diéthylèneglycol, 1 'acétate-monobutyléther du diéthylèneglycol ou 1' acétate-monométhyl- éther du triéthyleneglycol.

Dans le cas ou le constituant (b) est choisi parmi les composés (ii), (iii), (iv) et (v) tels que définis ci-dessus, les proportions respectives des constituants (a) et (b), dans le système solvant, peuvent varier par exemple de 50 à 95 % en volume pour le constituant (a) et de 50 à 5 % en volume pour le constituant (b).

Pour préparer les complexes organo-solubles du fer ayant les teneurs en fer les plus élevées, on peut prévoir de mettre en jeu en outre dans le milieu réactionnel une certaine quantité d'un acide carboxylique aliphatique inférieur (le plus souvent l'acide acétique), la quantité introduite pouvant aller de 0,1 à 3 moles par mole d'acide sulfonique, comme préconisé dans la demande EN 79/06783, ou etre supérieure à 3 moles par mole d'acide sulfonique, comme préconisé dans la demande
EN 80/04417.

La réaction entre l'acide sulfonique et l'hydroxyde ferrique se fait en général sous vigoureuse agitation et donne naissance à une masse colloidale d'aspect gélatineux. L'ensemble est alors chauffé, par exemple à la température de reflux du constituant le plus volatil (en général le composé organique oxygéné) jusqu'à fluidification du milieu.Le milieu alors laissé au repos se sépare en
- une phase aqueuse qui contient notamment au moins une partie du solvant organique oxygéné mis en jeu (constituant < b)) et une partie de l'acide monocarboxylique aliphatique éventuellement introduit dans le mélange réactionnel, et
- une phase organique qui renferme notamment le complexe organosoluble du fer recherché, en solution dans le solvant hydrocarboné aromatique léger ou dans le solvant hydrocarboné aliphatique halogéné léger mis en jeu (constituant (a)), éventuellement associé à une fraction résiduelle du solvant organique oxygéné (constituant (b)).

La séparation des phases peut être facilitée dans certains cas par l'introduction dans le milieu d'un solvant hydrocarboné aliphatique léger (ayant par exemple un point d'ébullition de 35 à 70 OC) tel que le pentane, l'éther de pétrole ou l'hexane ; ce solvant étant ensuite eliminé, par exemple par évaporation sous pression réduite après la séparation des phases.

La séparation des phases peut encore être facilitée par une operation de centrifugation du milieu après réaction.

Après séparation des phases, le complexe organo-soluble recherché peut être récupéré à partir de la phase organique par exemple par séchage, (pour éliminer l'eau qui pourrait subsister dans cette phase-organique), filtration (pour éliminer les éventuelles impuretés insolubles), puis évaporation du solvant par exemple sous pression réduite.

Mais on peut aussi - et c'est plus souvent le cas - obtenir le complexe organo-soluble sous la forme d'une solution dans la phase organique séparée. On n'effectue alors que le séchage et la filtration de celle-ci.

Enfin-,--rour éliminer l'acidité résiduelle éventuelle du produit, on peut, dans tous les cas, envisager de soumettre la phase organique à un entraînement à la vapeur ou à un traitement basique par exemple par adjonction d'ammoniaque, de carbonate ou de bicarbonate de sodium, ou encore d'une amine, jusqu'à l'obtention d'un "pseudo-pH" voisin de 7, ce traitement de finition étant avantageusement suivi d'une opération de filtration.

Dans la première étape du procédé de l'invention, le charbon sous forme finement divisée (par exemple sous la forme d'une poudre de granulométrie 10 à lOo u) est donc mélangé avec le solvant donneur d'hydrogene et avec le catalyseur décrit plus hEiHih12XUr~Rorme .ar exemple > d'une solution organique. Le mélange peut être réalisé selon toute technique connue en soi. Les proportions des divers ingrédients, indiquées précédemment, sont telles que le mélange se présente sous la forme d'une pâte.

La pâte ainsi obtenue peut subir alors un prechauffage à une température, par exemple, de 300 à 400 OC, avant d'être soumise aux conditions d'hydroconversion de l'étage (b) qui ont été indiquées plus haut.

Cette étape d'hydroconversion peut être effectuée avantageusement en continu. Dans ce cas, on opère en général avec une vitesse spatiale de 0,2 à 5, de préférence de 0,5 à 2 volumes de pâte par unité de volume du réacteur et par heure.

La séparation des produits liquides à partir de l'effluent de la zone de réaction peut être effectuée, dans l'étape (c), comme suit
L'effluent sortant de la zone d'hydroconversion est tout d'abord refroidi puis separé en une fraction gazeuse et une fraction liquide, cette dernière contenant un résidu solide. Le résidu solide peut être sépare de la phase liquide par exemple par décantation, par centrifugation ou par filtration. Une portion des solides, qui renferment une partie du composé catalytique, peut être recyclée à la zone d'hydroconversion.

La phase liquide ainsi séparée constitue les produits substantiellement hydrocarbonés recherchés. Ces produits peuvent être soumis à une distillation de façon que l'on puisse en séparer plusieurs fractions, par exemple comme suit
- une coupe légère bouillant dans l'intervalle de 50 à 200 OC, sous pression atmosphérique,
- une coupe moyenne bouillant dans l'intervalle de 200 à 350 OC, sous pression atmosphérique,
- une coupe lourde de distillation sous-vide jusqu'à 350 OC sous une pression de 4 millibars (soit 540 OC à pression atmosphérique),
- un résidu de distillation.

La coupe moyenne seule ou mélangée à la coupe lourde peut servir de solvant donneur d'hydrogène dans le procédé de l'invention. Dans ce cas, elle est partiellement recyclée vers l'étape de mélange (a).

Par ailleurs, la coupe légère obtenue dans cette distillation, présentant un caractere aromatique, peut être utilisée comme solvant aromatique léger dans la préparation du catalyseur.

Les exemples suivants illustrent l'invention, mais ils ne doivent en aucune manière en limiter la portée aux réalisations pratiques particulières qu'on y décrit.

Dans les exemples de 1 à 5, on décrit la préparation de catalyseurs.

EXEMPLE 1 (Catalyseur A)
Dans un réacteur de Grignard en verre, de 2 litres, muni d'une double enveloppe, on introduit successivement :
- 81,6 g d'un acide alkylbenzene sulfonique lourd de synthèse (ayant une masse molaire équivalente, compte tenu d'une teneur en insulfonés de 30 % en poids, voisine de 700 g), soit 11,66 10 2 mole d'acide,
- 140 cm3 de toluène,
- 175 cm3 de méthanol.

On ajoute ensuite 200,5 cm3 d'une solution aqueuse commerciale de chlorure ferrique à 42 % en poids de Fe C13 (d = 1,45), ce qui correspond à 75,2 10 2 atome-gramme de fer ou à 42,1 g de fer.

On introduit ensuite goutte à goutte, en 1 heure, 200 cm3 d'une solution aqueuse d'ammoniaque à 20,88 % en poids (d = 0,92), sous une vigoureuse agitation. On obtient une masse colloidale d'aspect gelati- neux.

On chauffe l'ensemble jusqu'au reflux du méthanol et l'on maintient le chauffage pendant 1 heure. Durant cette période, le milieu se -fluidifie progressivement, jusqu'à complète disparition de la masse colloidale.

Apres une demi-heure de décantation, on sépare aisément la phase aqueuse de la phase organique, de couleur brun-rouge. Cette dernière est séchée sur sulfate de sodium anhydre, filtrée puis évaporée sous pression réduite à 100 OC.

On recueille ainsi 148,4 g d'un produit solide rouge-brun qui constitue le catalyseur A ayant une teneur en fer de 28,3 % en poids.

(Le taux de transformation du fer minéral en fer organo-soluble a été supérieur à 99 %. Le rapport (R) du nombre d'atomes-gramme de fer au nombre de moles d'acide sulfonique dans le complexe organo-soluble est de 6,4).

EXEMPLE 2 (Catalyseur B)
Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, on introduit dans un réacteur de Grignard, successivement
- 81,6 g d'acide alkylbenzène sulfonique lourd de synthèse (comme dans l'exemple 1), soit 11,66 10'2 mole d'acide,
- 565 cm3 de toluène,
- 190 cm3 de méthanol,
- 48,6 cm3 d'acide acétique (soit 0,85 mole).

On ajoute 360 cm3 de la solution aqueuse de chlorure ferrique à 42 % en poids (ce qui correspond à 1,337 atome-gramme ou à 74,67 g de fer) puis 360 cm3 de la solution aqueuse d'ammoniaque à 20,88 % en poids.

On obtient un précipité colloidal.

On chauffe au reflux pendant 1 heure et demie : le précipité col loidal disparait completement.

Puis, après une demi-heure'de décantation, on sépare aisément la phase aqueuse de la phase organique : cette dernière, de couleur brunrouge, est ensuite séchée et évaporée à 100 OC sous pression réduite. On obtient ainsi 200,0 g de complexe organo-soluble sec qui constitue le catalyseur B, présentant une teneur en fer de 33,12 % en poids.

(Le rapport (R) entre le nombre d'atome-gramme de fer et le nombre d'équivalents de l'acide sulfonique dans le complexe organo-soluble-est ici de 10,17).

EXEMPLE 3 (Catalyseur C)
Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, dans un réacteur de Grignard, on introduit successivement à la température ambiante
- 81,6 g d'un acide alkylbenzène sulfonique lourd de synthese (comme dans l'exemple 1), soit 11,66 10 mole d'acide,
- 448 cm3 de diisopropylbenzène,
- 50 cm3 de diméthyléther du diéthylèneglycol.

On ajoute ensuite 292 cm3 de-la solution aqueuse commerciale de chlorure ferrique à 42 % en poids (ce qui correspond à 1,094 atomegramme ou à 61,12 g de fer), et35,3 cm3 d'acide acétique glacial (soit 0,62 mole).

Sous une vigoureuse agitation, on introduit ensuite goutte à goutte, en deux heures et demie, 328 cm3 de la solution aqueuse commerciale d'ammoniaque à 20,88 % en poids, en maintenant la température du milieu inférieure ou égale à 40 OC.

Le mélange prend alors l'aspect d'une pâte colloidale relativement fluide. On laisse reagir encore une heure puis, par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur circulant dans la double enveloppe, le mélange est chauffé jusqu'au reflux (100 - 108 C), en prenant toutefois la précaution de ne pas dépasser une température de paroi du réacteur voisine de 130 OC.

La température ainsi fixée est maintenue pendant trois heures. On assiste durant cette période de reflux à la fluidification progressive et totale du milieu réactionnel. La température du fluide caloporteur est ensuite abaissée de façon à fixer la température intérieure du réacteur vers 90 OC (température nécessaire pour éviter la précipitation de cristaux de chlorure d'ammonium à partir de la phase aqueuse).

L'agitation est arrêtée et le mélange liquide est transféré dans une ampoule à décanter calorifugée, ou l'on ajoute 200 cm3 d'hexane pour faciliter la décantation.

La phase organique se sépare aisément en une heure. La phase aqueuse inférieure est écartée et la phase organique est conservée.

L'acidité résiduelle de la phase organique est alors éliminée par addition de bicarbonate de sodium.

Puis l'on filtre le produit ; on évapore l'hexane sous pression réduite et l'on récupère le complexe organo-soluble du fer (catalyseur
C) sous la forme d'une solution ayant une teneur en fer de 10,9 % du poids (le rapport R prend alors une valeur de 9,4).

EXEMPLE 4 (Catalyseur D)
On répète le mode opératoire de l'exemple 3, en remplaçant le diméthyléther de diéthylèneglycol par 45 cm3 de diacétone-alcool.

Apres ébullition et décantation, la phase organique, séparée et traitée comme dans l'exemple 3, constitue le catalyseur D. I1 se présente sous la forme d'une solution ayant une teneur en fer de 10,3 % en poids, (soit un rapport R d'environ 8,8).

EXEMPLE 5 (Catalyseur E)
On répète le mode opératoire de l'exemple 3, en remplaçant le diméthyléther de diéthylèneglycol par 40 cm3 de tétrahydrofuranne.

Après chauffage au reflux, décantation et séparation de la phase organique menée comme dans l'exemple 3, on récupère le complexe organosoluble (Catalyseur E) sous la forme d'une solution ayant une teneur en fer- de 11,1 % en poids (soit un rapport R d'environ 9,7).

Dans les exemples suivants, on décrit le procédé de transformation du charbon en hydrocarbures liquides -de l'invention, utilisant les catalyseurs préparés dans les exemples 1 à 5.

EXEMPLE 6
Dans un autoclave de 1 litre, muni d'un agitateur mécanique, on introduit 50 g de charbon de Freyming et 100 g d'un solvant de point d'ébullition 250-370 OC, obtenu par distillation d'une huile dthydro- liquéfaction du même charbon dans une opération précédente. On ajoute 1 g de complexe catalytique A, obtenu à l'exemple 1, (soit 0,283 g de fer). Après fermeture de l'autoclave, on purge à l'hydrogène, puis on introduit de l'hydrogène jusqu'à obtenir une pression de 120 bars. On demarre l'agitation et on chauffe jusqu'à une température de 460 OC que l'on maintient pendant 2 heures, puis on laisse le réacteur se refroidir.

On dégaze le réacteur en recueillant les gaz pour analyse de manière à déterminer la consommation d'hydrogène. Les solides sont séparés du liquide par filtration, puis lavés à la pyridine, séchés-et pesés.

Le taux de conversion du charbon en liquides est déterminé par
Poids de charbon initial - Poids de résidu solide x 100
Poids de charbon initial x 100
Le liquide débarrassé des solides est alors distillé sous un vide de 4 millibars jusqu'à 350 OC. On obtient des distillats et un résidu de distillation qui est pesé.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous.

EXEMPLES 7 à 10
On a répeté l'exemple 6 en utilisant comme catalyseurs les complexes organo-solubles du fer (B, C, D et E) preparés dans les exemples 2, 3, 4 et 5, en mettant encore en jeu les mêmes proportions de fer.

Dans chaque cas également, la consommation d'hydrogène, le taux de conVersion du charbon en liquide et la proportion de résidu de distillation ont été rassemblés dans le tableau ci-dessous.

<tb>

<SEP> Taux <SEP> consommé <SEP> Taux <SEP> de <SEP> conversion <SEP> Résidu <SEP> de
<tb> <SEP> 2 <SEP> consomme <SEP> du <SEP> charbon <SEP> en <SEP> distillatio
<tb> Exemples <SEP> Catalyseur <SEP> % <SEP> Poids <SEP> du <SEP> liquide <SEP> % <SEP> Poids <SEP> du
<tb> <SEP> charbon <SEP> % <SEP> Poids <SEP> charbon <SEP>
<tb> <SEP> 6 <SEP> A <SEP> 5,1 <SEP> 85,2 <SEP> 12
<tb> <SEP> 7 <SEP> B <SEP> 5,05 <SEP> 84 <SEP> 12,5
<tb> <SEP> 8 <SEP> C <SEP> 5,15 <SEP> 86 <SEP> 11
<tb> <SEP> 9 <SEP> D <SEP> 5,2 <SEP> 85,5 <SEP> 10,5
<tb> <SEP> 10 <SEP> E <SEP> 5,3 <SEP> 85,8 <SEP> 9,8
<tb> Comparatif <SEP> Tel2, <SEP> 4 <SEP> H20 <SEP> 4,5 <SEP> 65,1 <SEP> 26
<tb> <SEP> Témoin <SEP> Sans <SEP> cata. <SEP> 4,1 <SEP> 45 <SEP> 28
<tb>
A titre de comparaison, on a répété les memes operations avec un catalyseur consistant en chlorure ferreux tétrahydrate (en mettant en jeu la même quantité de fer) et sans catalyseur. Les résultats figurent également dans le tableau.

Claims

REVENDICATIONS

1. - Procédé de transformation du charbon en produits liquides dans le

quel on effectue

(a) le mélange de charbon finement divisé avec un solvant donneur

d'hydrogène et avec une solution organique d'un catalyseur d'hydro

génation, formant ainsi une pâte

(b) le passage de ladite pâte dans une zone d'hydroconversion à une

température de 400 à 470 OC et sous une pression partielle d'hydro

gène de 60 à 250 bars ; et

(c) la séparation de la fraction liquide à partir de l'effluent de

ladite zone d'hydroconversion; ledit procédé étant caractérise en

ce que le catalyseur consiste en un complexe organo-soluble formé

entre au moins un acide.sulfonique et du fer ferrique et contenant

de 6 à 12 atomes-gramme de fer par équivalent-gramme d'acide.

2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit sol

vant donneur d'hydrogène introduit à l'étape (a) consiste en une

coupe riche en hydrocarbures polyaromatiques partiellement hydro

genés, présentant un point d'ébullition de 200 à 500 OC.

3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite coupe

riche en hydrocarbures polyaromatiques partiellement hydrogénés a

été obtenue par distillation ou par hydrocraquage de produits de

liquéfaction du charbon.

4. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en cé que

l'on utilise ledit solvant donneur d'hydrogène à raison de 100 à

400 parties en poids pour 100 parties en poids de charbon.

5. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que

la- solution organique de catalyseur est mise en jeu, dans l'étape

(a), en une quantité qui correspond à une proportion de fer de 0,01

à 2 % en poids par rapport au poids du charbon.

6. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que

ledit complexe organo-soluble du fer a été préparé par réaction par

chauffage au reflux d'au moins un acide sulfonique avec de l'hydro

xyde ferrique, en présence d'un système solvant comprenant

(a) au moins un composé liquide choisi parmi les hydrocarbures aro

matiques et les hydrocarbures aliphatiques halogénés ayant un point

d'ébullition de 80 à 230 OC ; et

(b) au moins un composé organique liquide oxygéné présentant une

miscibilité au moins partielle en milieu aqueux et une lmiscibi-

lité substantielle en milieu hydrocarboné et choisi parmi

(i) les monoalcools aliphatiques inférieurs ayant un point d'ébul

lition de 65 à 85 C

(ii) les diols et les polyols aliphatiques

(iii) les cétone-alcools;

(iv) les composés organiques à groupements oxyde d'alkylène ; et

(v) les composés cycliques à fonctions ethers

puis par séparation de la phase organique contenant ledit complexe

du fer.

7. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'acide

sulfonique mis en jeu dans la préparation dudit complexe organo

soluble du fer consiste en un acide alkylbenzêne sulfonique qui

renferme de 10 à 35 atomes de carbone.

8. - Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce

que, dans la préparation dudit complexe organo-soluble -du fer, l'on

met en jeu dans le milieu réactionnel un acide monocarboxylique

aliphatique inférieur.

9. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que

la pâte formée à l'étape (a) est soumise à un prechauffage à une

température de 300 à 400 OC avant d'être soumise aux conditions

d'hydroconversion de l'étape (b).

10. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que

l'étape d'hydroconversion (b) est effectuee en continu avec une

vitesse spatiale de 0,2 à 5 volumes de pâte par unite de volume du

réacteur et par heure.

11. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce

que, dans l'étape (c), l'effluent de la zone d'hydroconversion est

séparé en une fraction gazeuse et une fraction liquide contenant

un résidu solide renfermant une partie du catalyseur.

12. - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit ré

sidu solide est séparé et partiellement recyclé à la zone d'hydro

conversion.

13. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce

que la fraction liquide est distillée en une coupe légère bouillant

entre environ 50 et 2000C, une coupe lourde bouillant entre envi

ron 200 et 540 OC et un residu de distillation.

14. - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que une partie

de la coupe lourde est utilisée comme solvant donneur d'hydrogène dans le traitement de transformation en produits liquides d'une nouvelle quantité de charbon.