Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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B~U D' I~EGN,~OY A FIT,Tlj!~~ TE AlIEI,~ ET SO~ PRQcF~!E
FAB~ T 0~
La présente lnventlon concerne les brals, en
partlculler les brais de ~oudrons de houllle, qul sont
destinés h être utlllses comme a~ents d'lmprégnatlon de
plèces de carbone ou de graphlte, dans le but d'au~menter
leur denslte et leur réslstance m~c~nlque. Dans le présent
mémolre descrlptlf, on déslgnera ces brals par l'expresslon
~brals d'lmprégnatlon".
Les brals sont~ d'une m~nlère générale,
caractérlsés par dlfférentes données analytlques, dont la
connalssance permet d'apprécler leur valeur d'usa$e pour
l'appllcatlon cholsle. On donnera cl-après une déflnltlon
des dlfférentes caractérlstlques des brals, qul seront
évoqu~es icl :
- la teneur en substances lnsolubles dans la qulnoléine
(IQ), et la teneur en substances lnsolubles dans le
toluène ~IT), ces teneurs, exprlmées en '~ en poids,
étant obtenues par les modes opératolres lndiqués dans
~o les normes respectlvement ISO 6791 et ISO 6376 ;
- le polnt de ra lllssement Kraemer-Sarnow (KS), exprlme
en C, qui est determlné selon le procédé au mercure
spécifl~ dans la norme DI~ 52025 ;
- la teneur en carbone flxe <exprl~ée en X en polds), qul
traduit le rendement en coke ou le pouvolr en carbone
du bral, cette teneur étant calculée selon la méthode
décrlte dans la norme ISO 6998.
Un bral Jugb satlsfalsant pour constltuer un bral
d'lmprégnatlon respecte générale~ent les spéclflcatlons
sulvantes :
- un polnt de ramulllssement KS de l'ordre de 60 ~ 80'C ;
- une teneur en substances lnsolubles dans la qulnolélne
~énéralement lnférleure ou égale ~ 7~ en polds ; et
- une teneur en carbone flxe ~u lns égale à 46%, par
exemple comprlse entre 46 et 54'h en polds.
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Toutefols, le crltere essentlel de succes d'un
bral d'imprégnatlon est constitué par une ~utre mesure
propre aux brals de ce type parce qu'elle tradult la qualité
d'lmprégnatlon du bral, ~ savolr, la vltesse de flltratlon
<ou lndice de flltrnbllité~. Les lndlces de flltrablllté
ont lcl été détermlnés par la méthode sulvante :
Dans une cellule de flltratlon, ldentlque ~ celle
décrlte par Clarke J.W., Rantell T.D., dans la revue ~Fuel~,
1980, ~Q, 35-41, on soumet ~ une flltratlon, sur un dlsque
fritté métalllque, à une presslon constante de 5 x 105 Pa et
a une température constante de 225-C, un échantlllon de 50
envlron du bral ~ analyser préalablement chauffé en étuve.
On enreglstre la courbe m = f ~t) <où m est la masse de br~l
flltré exprlmée en ~rammes et t est le temps exprlmé en
minutes~, et on calcule l'lndlce de flltrabillté I sulvant
la formule :
I = m -m
t2/ ~ - t /m
~vec
ml = masse recuelllle au temps tl
m2 = masse recuelllie au temps t2
Jusqu'~ present, l'homme du métler étalt persuadé
: que le traltement thermlque de maturatlon d'un bral
d'lmprégn~tlon ét~lt sans lnfluence, volre meme
désavantageux, pour la vltesse de flltratlon.
La Soclété déposnnte a malntenant découvert que,
contralrement ~ ce pré~ugé, la flltrablllté d'un bral
d'lmprégnatlon pouv~lt etre consldérablement amelloree par
une m~turatlon modérée de c-lul-cl.
Par allleurs, l'analyse par chromatographle par
perméatlon de gel ~CPG) de brals d'lmprégnatlon ayant et
n'~yant pas été traltés thermlquement a permls ~ la Soclété
déposante de constater que l'amélloratlon de l'lndlce de
filtrablllté d'un bral est corrélée, d'une part, ~ une
éllmlnatlon des prodults de masse moléculalre lnférleure à
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1200, et de preference comprlse entre 500 et 1100 et,
d'autre part, ~ une augmentatlon de la fraction des
partlcules lnsolubles dans la qulnolélne, présentant une
tallle de l'ardre de 8-10 ~m, autrement dlt des particules
représentatlves de 1~ mésoph~se. Tout se passe donc comme
sl les molécules, dont on constate qu'elles dlsparalssent de
la matrlce du bral, se retrouvalent en mésophase~
L'observatlon en mlcroscople électronlque des substances
lnsolubles dans 1~ qulnolélne vlent conflrmer que les
partlcules lnsolubles dans la qulnolelne qul sont de toute
petlte tallle, vlennent, dans le cas des brals ayant été
traltés thermlquement, s'adsorber sur les partlcules de
mésophase. Il en résulte que les phénomenes de colmatage,
nulsant ~ l'obtentlon d'un bon lndlce de flltrablllté, qul
étalent provoqués par ces partlcules de petlte tallle, se
trouvent supprlmés.
La présente lnventlon ~ d'~bord pour ob~et un bral
d'lmprégnation possédant un polnt de ra lllssement KS
comprls entre 60- et BO-C envlron, et une teneur en
substances lnsolubles dans la qulnolelne lnférleure ou é~ale
7% en polds envlron en polds, caracterlsé en ce que son
lndlce de flltrablllté est supérleur ou égal à 4,5. De
préférence le bral d'lmpré~natlon selon l'lnventlon possède
.:
une teneur en carbone flxe au molns égale à 46% en polds.
L'lnventlon a également pour ob~et un procédé de
fabricatlon d'un bral d'lmprégn~tlon tel que déflnl cl-
dessus, caractérlsé en ce qu'on soumet un goudron ou blen un
brai mou, c'est-~-dlre un bral possédant un polnt de
ramalllssement KS au plus égal à 60-C, et une teneur en
~ubstances lnsolubles dans 1~ qulnolelne au plus é~ale a ?'~
en polds, ~ un traltement thermlque capnble d'~llmlner une
partle substantlelle de seæ constltuants de masse
moléculalre lnférleure à 1200.
Conformément à un mode de réallsatlon préféré du
procédé selon l'lnventlon, le traltement suslndlqu~ comprend
un traltement thermique ~ une température comprlse entre
:
, ,
~304~98
350C et 430C et pendant une durée de l à 50 heures,
suivi d'une distillation éclair. Pour des raisons
evidentes de cinetique, la duree sera choisie
d'autant plus longue que la température sera moins
élevée. La température sera notamment comprise entre
400C et 420C et la durée de traitement se situera
notamment entre 2 et 7 heures.
Dans les dessins qui illustrent
l'invention,
la f igure lA est une courbe obtenue par
chromatographie par perméatlon de gel d'un brai
d'impregnation;
la f igure lB est une courbe d'un autre
brai;
la figure lC est une courbe obtenue en
soustrayant de la courbe de la figure lA, celle de la
figure lB;
la figure 2 est une courbe obtenue par
integration des courbes des figures lA, lB et lC;
la figure 3 est une courbe montrant que
l'indice de filtrabilite augmente avec le pourcentage
des plus grosses particules; et
la figure 4 represente l'aspect des
particules des brais des exemples 1 et 5.
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4a
La présente lnventlon sera malntenant illustrée
comme suit :
A partir d'un même goudron de houllle, on pr~pare
des brals d'imprégn~tion comme sult : le bral de 1'exemple 1
(comparatif~ est obtenu par dlctlllatlon dlrecte et sans
traltement thermlque ; les brals des exemple~ 2 à 5 sont
conformes ~ l! inventlon : lls sublssent un traltement
thermlque a la température T (exprlm~e en C) et pendant l~
durée t texprlmée en heures> lndlqu~es dans le t~bleau ci-
après, puls une dlstlllatlon eclalr. Dans le tableau cl-
après, sont rapportées les caract~rlstlques des brals ainsl
- obtenus, telles qu'elles sont d~flnles ci-dessus, alnsi que
la valeur numérique <en unlté arbltralre) de la surface S
obtenue par lnt~ratlon de l~ courbe de la flgure lc comme
preclsé cl-apres.
TABLEA~
E~e-ple T ('C) t (h) ~ _ C~ (~) ~ 5
1 722,3 48,4 3,0 0
2 400 3 702,4 48,7 7,0 6,1
3 410 3 ~6,5 2,4 47,4 7,4 9,9
4 420 4 ~9,5 4,5 51,3 13,7 10,7
420 7 ~71 5,~ ~ ~00 12,~
~,
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On d~termine les masses molalres des brals par
chromatographie ~ perméation de ~el dan~ le trlchloro-1,2,4
benzène ~ 135-C.
L'~talonnage e~t réallsé ~ l'alde de fractlons de
brai qul ont été recuelllles par CPG préparative et dont les
masses moléculaLres ont ét~ détermlnées par osmom~trie.
En soustrayant de la courbe CPG du brai de
l'exemple 5 (Flgure la>, celle du brai de l'exemple 1
~Figure lb~, on obtient la courbe, représentée sur la Fi~ure
lc. L'exa~en de ces courbes i`alt apparaître que toute
am~lioration de l'-lndice de flltrabillt~ d'un brai est en
rapport dlrect avec une ~llminatlon de prodults de masses
mnléculalres compr$ses entre 300 et 1200 environ.
On calcule alors la surface S obtenue par
intégration du (ou des) plc~s~ de la courbe de la Figure Lc
et des courbes correspondantes pour les br~is des exemples 2
4! entre les valeurs 300 et 1200 des masses mol~culairas ;
on porte ces surfaces en ordonnées, avec, en abscisses, de
façon correspondante, les indices de filtrabilité I, ce qui
permet de tracer l~ courbe de la Figure 2. On constate que
l'amélior~tion de l'lndice de filtrabillté d'un brai est
d'autant plus ~:rande que l'élimination des produits pr~cités
est lmportante.
Enfin, on ~tudie la dlstribution granulom~trlque
des partlcules :Lnsolubles dans la qulnolélne.
On porte, en ordonnées, les pourcenta~es des plus
~randes particu:Les <diam~tre comprls entre 8 et 10 ~m) pour
chacun des brals analys~s, et, en absclsses, de façon
correspnndante, les lndices de flltr~billté I, ce qul donne
la courbe de la flgure 3. On peut ainsl constater que
l'indlce de filtrabilité I au~m~nte pro~ressLvement avec le
pourcenta~e de ces particules, lesquelles sont représen-
t~tlves de l~ m~sophase.
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. .
Parcllelement à cette etude, on observe, par
mlcroscople électronlque ~ bal~yage, l'aspect de ces
p~rtlcules~ On rem~rque, sur les représentatlons photo-
graphlques obtenues concernant le~ brals des exemples 1 et 5
(Flgure 4), une varlatlon de la nature des substances
lnsolubles dans la qulnolélne, lesquelles passent de
partlcules de type "nolr de carbone~ de tallle de 1-2 ~m
envlron (exemple 1) ~ des agglomerat~ mésophaslques de
tallle de 8-10 ~m envlron, ~yant adsorbe les partlcules
précedentes (exemple 5). Ces ~g~lomérats provlennent des
phénomènes de polycondensatlon consécutlfs au traltement
thermlques de l'lnventlon.
.
.
