DE2723018A1

DE2723018A1 - Zweistufiges verfahren zum hydrieren von geringwertiger kohle zu fluessigen und gasfoermigen kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2723018A1
Application number: DE19772723018
Authority: DE
Inventors: Michael C Chervenak; Edwin S Johanson
Original assignee: Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: Hydrocarbon Research Inc
Priority date: 1976-09-23
Filing date: 1977-05-21
Publication date: 1978-03-30
Also published as: ZA772895B; CA1108079A; US4111788A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum hydrieren von geringwertiger Kohle zu flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen.

Zur Umwandlung von Kohle in flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe wurde eine Anzahl Wirbelschichtverfahren entwickelt. Bei einem dieser Verfahren sind zwei katalytische Stufen erforderlich (US-Zusatzpatent No. 25 770), bei einem zweiten Verfahren ist eine Gegenstromüberführung eines Katalysators von der zweiten Stufe zur ersten Stufe vorgesehen (US-Patent 3 679 573), Und ein einstufiges Verfahren ohne Katalysator (US-Patent 3 617 465) . Mit diesen Verfahren lassen sich zufriedenstellende Ergebnisse immer mit anderen Ausgangsmaterialien als geringwertige Kohle erzielen. Wenn jedoch geringwertige Kohle behandelt werden soll, ist die Umwandlung und als Folge hiervon die Betriebsfähigkeit nicht zufriedenstellend. Diese unbefriedigenden Ergebnisse werden durch die verhältnismässig geringen Hydrierungsgrade dieser Kohlesorten verursacht und bei katalytischen Verfahren durch die rasche Inaktivierung des Katalysators durch die metallischen Verunreinigungen, die in der Kohle und Kohlenstoffablagerung enthalten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zweistufiges Verfahren zum Hydrieren von geringwertiger Kohle zur Gewinnung von flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffprodukten zu entwickeln, das eine verbesserte Umwandlung und Betriebsfähigkeit ergibt.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß durch Verarbeiten geringwertiger Kohle in zwei in Reihe geschalteten

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Reaktionszonen, wobei mit dem Reaktor der ersten Stufe ein begrenzter Grad von Umwandlung von Kohle in Teere erreicht wird und dieser ohne Katalysator, mit wesentlich höherer Feststoffkonzentration und bei einer höheren Temperatur als der katalytische Reaktor der zweiten Stufe betrieben wird und wenn der Reaktor der zweiten Stufe mit Temperaturen und Drücken betrieben wird, die so vorgesehen sind, daß eine maximale Hydrierung der Teere zu leichteren flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen erhalten wird, ein verbesserter Betrieb und ein wesentlich höheres Niveau der Kohleumwandlung erzielt werden kann. Die mittlere Temperatur in der nichtkatalytisehen Reaktionszone der ersten Stufe soll die mittlere Temperatur in der katalytischen Reaktionszone der zweiten Stufe um mindestens etwa 14° C (25° F) überschreiten, vorzugsweise jedoch nicht um mehr als etwa 42° C (etwa 75° F).

Diese Temperaturdifferenz ergibt zumindest zwei wesentliche Vorteile. Erstens ergibt, da der Hydrierungsgrad eine Funktion der Reaktionstemperatür ist, die höhere Temperatur eine grössere Kohleumwandlung. Zweitens wird durch die Anwendung einer niedrigeren Temperatur in der zweiten Stufe die Menge des Kohlenstoffes verringert, die sich auf dem Katalysator ablagert, wodurch die Gebrauchsdauer des Katalysators erhöht wird.

Die Temperatur im Reaktor der ersten Stufe soll Vorzugs weise etwa 441 - 468° C (etwa 825 - 875° F) betragen, während die Temperatur in dem Wirbelschicht-Katalysatorbett-Reaktor vorzugsweise etwa 427 - 454° C (etwa 800 bis 850° F) betragen soll. Der Reaktordruck in beiden Stufen soll etwa 100 bis 240 atü (1500 bis 3500 psi) Wasserstoffpartialdruck sein, wobei der Druck im Eristufenreaktor gewöhnlich etwas höher als in der zweiten Stufe ist, um einen Vor-

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wärtsfluß ohne Pumpen zu ermöglichen. Die Feststoffkonzentration der nicht umgewandelten Kohle und Asche im Erststufenreaktor soll durch Rückführung gereinigter Flüssigkeit auf etwa 15 bis 30 Gew.% eingeregelt werden, und die Feststoffkonzentration im Zweitstufenreaktor soll durch die Rückführung gereinigter Flüssigkeit auf etwa 10 bis 20 Gew.% gehalten werden.

Der Reaktor der ersten Stufe kann mit oder ohne die Gegenwart eines hochdichten nichtkatalytischen Kontaktmaterials betrieben werden. Die Verwendung eines solchen Kontaktmaterials ist wünschenswert, wenn der Reaktor am höheren Ende des Temperaturbereiches betrieben wird, da das Material die Ablagerung von Koks begrenzt. Wenn Kontaktmaterial verwendet wird, soll es aus hochdichten Feststoffen von geringer Porosität bestehen, beispielsweise aus röhrenförmigem Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße von 3,0 g/ccm oder höher.

Der Katalysator der zweiten Stufe kann irgendein in der Hydrierung von Kohle verwendeter Katalysator sein und wird vorzugsweise aus den folgenden Materialien ausgewählt: Kobalt, Molybdän, Nickel, Wolfram, Zinn und Eisen aufgelagert auf einem Träger aus y-Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Siliciumoxid. Solche Katalysatorteilchen haben gewöhnlich eine Dichte von weniger als 1 g/ccm.

In der Zeichnung ist eine schematische Ansicht eines typischen Verfahrens gegeben, das für die zweistufige Hydrierung von Kohle geeignet ist.

Geringwertige Kohle, wie mittelbituminöse, subbituminöse Braunkohle oder Lignit wird bei 10 in eine Aufbereitungsanlage 12 eingeleitet, in welcher die Kohle getrocknet wird,

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um im wesentlichen alle Oberflächenfeuchtigkeit zu entfernen, auf eine gewünschte Größe vermählen und gesiebt. Für die Zwecke der Erfindung ist es vorzuziehen, daß die Kohle eine Teilchengröße zwischen etwa 0,84 und etwa 0,074 mm lichte Maschenweite (etwa 20 und etwa 2OO mesh US-Standard-Siebsatz) hat, d.h. die Kohleteilchen gehen alle durch ein Sieb mit 0,84 mm lichter Maschenweite (20 mesh) hindurch und im wesentlichen alle (nicht weniger als 80 %) der Kohleteilchen werden auf einem Sieb mit 0,074 mm lichter Maschenweite (2OO mesh) zurückgehalten. Die Genauigkeit der Größe kann jedoch zwischen verschiedenen Kohlearten schwanken.

Die Kohleteilchen werden bei 14 in den Breitank 16 ausgetragen, in welchem die Kohle mit einem Trageröl vermischt wird, das bei 18 eingeleitet wird. Dieses öl ist vorzugsweise ein Rückführungsstrom aus der Kohlehydrierung. Um einen wirksamen förderfähigen Brei zu erhalten, sollte die vermahlene Kohle mit zumindest etwa dem gleichen Gewicht Trägeröl vermischt werden, jedoch gewöhnlich mit nicht mehr als 10 Teilen öl je Teil Kohle.

Der Kohle-Öl-Brei wird dann durch eine Pumpe 20 unter Druck gesetzt und über eine Leitung 21 durch einen Breierhitzer 22 geleitet, in welchem der Brei bis nahe an die Reaktionszonentemperatur erhitzt wird. Der erhitzte Brei wird dann bei 24 in die Zufuhrleitung 26 des Reaktors der ersten Stufe geleitet, in welcher er mit erhitztem Zusatzwasserstoff aus einer Leitung 28 sowie mit Rückführ-Wasserstoff aus der Leitung 30 beliefert werden kann.

Der Wasserstoff und der Kohle-Öl-Brei werden dann in den Erststufenreaktor 32 eingeleitet. In diesem Reaktor wird das Wasserstoff-Kohle-Öl-Gemlsch auf einem Druck und

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einer Temperatur gehalten, die zur begrenzten Umwandlung von Kohle hauptsächlich in schwere flüssige Kohlenwasserstoffe ausreichen, ohne wesentlichen Mengen von Teer in leichtere flüssige und gasförmige Produkte zu hydrieren. Das Hydrieren geschieht in der ersten Zone ohne die Verwendung eines Katalysators. Hierdurch werden die Schwierigkeiten der Wirbelschichtbildung bzw. Fluidisierung bekannter Verfahren ausgeschaltet, bei denen ein Katalysator in der ersten Stufe verwendet wird, da nur nicht umgesetzte Kohle- und Ascheteilchen in der Schicht vorhanden sind. Gegebenenfalls kann ein hochdichtes Kontaktmaterial, wie röhrenförmiges Aluminiumoxid verwendet und die erste Stufe kann als Wirbelschicht betrieben werden.

Wenn die erste Stufe als Wirbelschicht betrieben wird, kann Flüssigkeit intern innerhalb der Reaktionszone 32 zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht zurückgeführt werden. In einem solchen Fall kann ein Standrohr 34 verwendet werden, dessen oberes Ende offen ist und sich oberhalb des oberen Niveaus der Wirbelschicht 38 befindet, um Flüssigkeit vom oberen Ende der Reaktionszone 32 zur Rückführungspumpe 4 5 zu leiten, die unter einem Verteiler 4 2 im unteren Ende der Reaktionszone 32 angeordnet ist, wobei die durch die Tauchpumpe geförderte Flüssigkeit wieder nach oben durch die Masse der Feststoffwirbelschicht fließt. Anstelle des Verteilers 42, der die Strömung des flüssigen und gasförmigen Materials gleichmässig auf die ganze Masse der Feststoffwirbelschicht in der Reaktionszone 32 verteilt, kann der Boden des Reaktors verjüngt oder trichterförmig ausgebildet sein, so daß die zugemischten flüssigen und gasförmigen Ströme, die in das untere Ende des Trichters eingeleitet werden, durch die ganze Wirbelschichtmasse nach oben strömt. Wenn im Gefäß 32 kein Kontaktmaterial enthalten ist, können das Standrohr 34 und die Pumpe 45

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weggelassen werden.

Als weitere Alternative kann die Flüssigkeit ausserhalb der Reaktionszone 32 zurückgeführt werden. In einem solchen Fall kann die Abflußleitung 48 mit der Leitung 26 über eine Leitung und eine Pumpe (beide nicht gezeigt) verbunden werden, um die gewünschte Geschwindigkeit der Flüssigkeit nach oben zur Oberfläche in der Reaktionszone 32 aufrecht zu erhalten.

Die Betriebsbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck in der Erststufen-Reaktionszone 32 liegen im Bereich von etwa 427° C (800° F) bis etwa 482° C (etwa 900° F), vorzugsweise von etwa 441° C (825° F) bis etwa 468° C (etwa 875° F) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von etwa ICX) bis 240 atü (von etwa 1500 bis etwa 3 500 psig) .

Wenn die erste Stufe als Wirbelschicht betrieben wird, soll die Gesamtdichte des Kontaktmaterials in der ersten Stufe vorzugsweise zwischen etwa 400 bis etwa 1600 g/l (etwa 25 bis etwa 100 lbs/c.f.) betragen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit soll vorzugsweise zwischen

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etwa 200 und 4900 l/min/m (etwa 5 und etwa 120 Gallonen je Minute je Quadratfuß) des waagrechten Querschnitts der Wirbelschicht betragen, und das expandierte Volumen der Wirbelschicht soll gewöhnlich nicht größer als etwa das Doppelte des Volumens der abgesetzten Masse und vorzugsweise um etwa 30 bis 80 % größer sein.

Nachdem der Kohle-Öl-Brei in der Reaktionszone 32 der ersten Stufe teilweise hydriert worden ist, wird der ganze Abflußstrom aus schweren Teeren von einem mittleren Molekulargewicht von 500 bis 1000, enthaltend 5 - 6,5 % Wasserstoff, die bei 538° C (1000° F) nicht flüchtig sind, teil-

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weise umgewandelte Kohle, mineralische Stoffe, Ölbrei, unverbrauchten Wasserstoff, gasförmige und leichtere flüssige kohlenwasserstoffhaltige Produkte und Nebenprodukte der Hydrierung, am oberen Ende der Reaktionszone 32 über die Leitung 48 abgezogen und der Einlaßleitung 50 der Wirbelschicht-Reaktionszone 52 der zweiten Stufe zugeführt. Falls erforderlich, kann zusätzlicher Rückführungswasserstoff in die Reaktionszone 52 der zweiten Stufe über die Leitung 53 eingeleitet werden. Ein Hydrierungs-Katalysatorbett wird in der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe dadurch gebildet, daß frischer oder nrht verunreinigter Katalysator über eine Leitung 54 eingeleitet wird. Der teilweise verbrauchte oder verunreinigte Katalysator wird aus der Reaktionszone 52 über eine Leitung 56 abgezogen und in ausreichendem Grade ersetzt, um die gewünschte katalytische Aktivität in der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe aufrecht zu erhalten. Der verbrauchte Katalysator kann durch herkömmliche Verfahren regeneriert oder als Abfall behandelt werden. Das obere Niveau der Wirbelschicht in der Reaktionszone 52 ist mit 58 bezeichnet.

Der in der zweiten Stufe verwendete Katalysator ist vorzugsweise Kobalt, Molybdän, Nickel, Wolfram oder Zinn aufgelagert auf einem Schichtträger aus ^-Aluminiumoxid mit einer Teilchendichte von weniger als 1 g/ccm. Er hat vorzugsweise die Form von Perlen, Pellets, Klumpen, Schnitzel, Granulat oder ähnlichen Teilchen und eine Größe von mindestens etwa 0,08 cm (etwa 1/32 ") oder häufiger im Bereich von 0,16 bis 0,64 cm (1/16 bis 1/4 ") (d.h. zwischen etwa 6,73 mm und 1,68 mm lichte Maschenweite (etwa 3 und 12 mesh OS-Standard-Siebsatζ)). Die Größe und Form der in einem besonderen Verfahren verwendeten Teilchen hängen von den besonderen Bedingungen dieses Verfahrens ab, z.B.

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von der Dichte, der Geschwindigkeit und der Viskosität der bei diesem Verfahren verwendeten Flüssigkeit.

Die Reaktionszone 52 der zweiten Stufe soll unter Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Druck und Flüssigkeitszufuhrgeschwindigkeit betrieben werden, welche eine maximale Hydrierung der Teere zu leichteren flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen geeignet sind, wie z.B. Temperaturen von 413 bis 468° C (775 bis 875° F) und vorzugsweise 427 bis 454° C (8CX) bis 850° F). Die Temperatur soll vorzugsweise mindestens etwa 15° C (25° F) niedriger als diejenige der ersten Stufe sein. Der Reaktor 52 kann mit einem Standrohr 60, einer Umlaufpumpe 62 und einem Verteiler 64 zur inneren Flüssigkeitsrückführung versehen sein, um die gewünschte Oberflächenflüssigkeitsgeschwindigkeit und Wirbelschicht aufrecht zu erhalten. Gegebenenfalls kann eine aussere Flüssigkeitsrückführung wie in der ersten Stufe vorgesehen werden.

Die Kohlefördergeschwindigkeit durch die Reaktionszone 32 der ersten Stufe und die Reaktionszone 52 der zweiten Stufe beträgt etwa 240 bis 1600 kp stündlich je m (etwa 15 bis etwa 100 lbs stündlich je Kubikfuß) der beiden Reaktionszonen 32 und 52. Die Gesamtwasserstoffzuführgeschwindigkeit zur ersten und zur zweiten Reaktionszone 32 bzw. 52 beträgt gewöhnlich von etwa 566 1 bis etwa 1700 1 (20 bis 60 cu.ft.) je 0,454 kp (je 1 Ib) Kohle und die gesonderte Wasserstoffzuführgeschwindigkeit in jeder der beiden Zonen ist gewöhnlich proportional dem Zonenvolumen bzw. der Zonengröße. Das Verhältnis des Volumens bzw. die Größe der Reaktionszone 32 der ersten Stufe zum Volumen bzw. der Größe der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe beträgt im allgemeinen von etwa 1 : 3 bis etwa 3 : 1 und vorzugsweise etwa 1 : 2 bis 1 : 1.

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Daher beträgt, wenn das Volumen der Reaktionszone 32 der ersten Stufe zweimal so groß wie das Volumen der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe ist und wenn die Gesamtwasserstoff --Fördergeschwindigkeit durch beide Reaktionszonen 32 und 52 etwa 850 1 (etwa 30 cu.ft.) je 0,454 kp (je 1 Ib) Kohle ist, die direkt proportionale gesonderte Wasserstoff-FOrdergeschwindigkeit durch die Reaktionszone 32 der ersten Stufe etwa 566 1 (etwa 20 cu.ft.) je 0,454 kp (1 Ib) Kohle und in der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe etwa 283 1 (10 cu.ft.) je O,454 kp (je 1 Ib) Kohle.

Hierbei ist zu erwähnen, daß die Reaktionszonen 32 und 52 der ersten und/oder der zweiten Stufe ein einziger Wirbelschicht-Reaktor jedes oder einer Anzahl von parallel geschalteten Wirbelschicht-Reaktoren sein kann. Beispielsweise kann aus Gründen der Einsparung an Anlagekosten die Reaktionszone 32 der ersten Stufe durch zwei parallelgeschaltete Wirbelschichtreaktoren gebildet werden, und die Reaktionszone 52 der zweiten Stufe kann ein einziger Wirbelschichtreaktor sein, wobei alle drei Wirbelschichtreaktoren von gleicher Größe oder gleichem Volumen sind. Bei einer solchen Anordnung würde das Verhältnis von Volumen oder Größe der Erststufen-Reaktionszone zum Volumen bzw. zur Größe der Zweistufen-Reaktionszone 2 : 1 betragen und die Gesamtwasserstoff-Zufuhrgeschwindigkeit zu den Reaktionszonen der ersten und der zweiten Stufe etwa 850 1 je 0,454 kp (etwa 30 Standradcu./ft. je Ib) Kohle, so daß die direkt proportionale gesonderte Wasserstoffzuführgeschwindigkeit zu jedem der drei gleichvolumigen Reaktoren 283 1 (10 cu.ft.) je 0,454 kp (je Ib) Kohle sein würde.

Vom oberen Ende der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe

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wird über eine Leitung 66 ein gasförmiger Abflußstrom abgezogen und zu einem Abscheider 70 geleitet, in welchem kohlenwasserstoffhaltige Dämpfe mitgeführte Feststoffe oder Flüssigkeiten, Nebenproduktgase und überschüssiges Hasserstoffgas voneinander in dem gewünschten Maße getrennt werden und das rückgewonnene Wasserstoffgas zur Reaktionszone 32 der ersten Stufe über eine Leitung 72 zurückgeführt wird. Wenn gewünscht, kann rückgewonnenes Wasserstoffgas auch der Reaktionszone der zweiten Stufe über eine Leitung 53 zugeführt werden.

Aus der Reaktionszone 52 der zweiten Stufe wird ein Feststoffe enthaltender flüssiger Abflußstrom über eine Leitung 68 abgezogen und einem Abscheider 75 zum Abtrennen und Rückgewinnen der kohlenwasserstoffhaltigen flüssigen Produkte und Feststoffe, wie nicht umgewandelte Kohle (Holzkohle) und Asche zugeführt.

Ein Überkopf-Flüssigkeitsstrom 75 wird zu einer Destillierzone 76 geleitet, aus welcher leichtes gasförmiges und flüssiges Material als Produkt bei 77 wiedergewonnen und schwere Flüssigkeit bei 79 abgezogen wird.

Der Bodenentleerungs-Flüssigkeitsstrom 78 der aus der Gas-Flüssigkeit-Trennstufe 74 abgezogen wird, enthält etwas teilchenförmige Feststoffe und wird zu einer Flüs-

sigkeit-Feststoffe-Trennzone 80 geleitet, die vorzugsweise ein Flüssigkeit-Hydrocyclonabscheider ist. Um zur Regelung der Konzentration von Kohlefeststoffen im Reaktor 32 der ersten Stufe innerhalb des gewünschten Bereiches beizutragen, kann überlaufflüssigkeit 82, die eine verminderte Konzentration von Feststoffen enthält, zum Reaktor 32 über den flüssigen Trägerstroml8 zurückgeleitet werden. Ein mit Feststoffen angereicherter Strom wird bei 84 zur weiteren Verarbeitung, wenn gewünscht,

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abgezogen, beispielsweise durch Vakuumdestillation bei 86 zur weiteren Rückgewinnung des ölteils. Der Überkopf-Flüssigkeitsstrom 87 aus der Vakuumdestillation kann mit dem Flüssigkeitsstrom 79 kombiniert werden, um ein gemischtes flüssiges Produkt 96 zu erhalten.

Wenn eine genauere Kontrolle der Kohlefeststoff-Konzentration im Reaktor 52 der zweiten Stufe erforderlich ist, um die Feststoffkonzentration innerhalb de· gewünschten Bereiches zu begrenzen, kann ein Teil des geklärten Flüssigkeitsstroms 82 zum Zweitstufen-Reaktor 52 über die Leitung 83 zurückgeführt werden. Überkopf-Flüssigkeit, die nicht zum Reaktor zurückgeführt wird, kann über die Leitung 85 zur Vakuumdestillation bei 86 geleitet oder als Produkt 9 6 abgezogen werden. Schweres Material wird bei 88 entfernt.

Um zur Abscheidung und Wiedergewinnung von gasförmigen und flüssigen Produkten aus dem gasförmigen Abflußstrom 66 im Abscheidesystem beizutragen, ist es vorzuziehen, den Abflußstrom 66 gegen zumindest einen Teil des Rückführungswasserstoff Stroms 72, der im System 70 wiedergewonnen wird, zu kühlen. Durch ein solches Kühlen des gasförmigen Reaktorabflußstroms wird in wünschenswerter Weise der Heizbedarf für den Rückführungswasserstoff in der Heizeinrichtung 90 verringert. Im besonderen wird der gasförmige Abflußstrom 66, der aus dem Reaktor 52 der zweiten Stufe abgezogen wird, vorzugsweise gegen den Rückführungswasserstoffstrom 92 im Wärmeaustauscher 93 gekühlt.

Um zur Regelung der Temperatur im tweitstufen-Reaktor 52 innerhalb des gewünschten Bereiches beizutragen, kann der Abflußstrom 48 aus dem Brststufen-Reaktor 32 vorzugs-

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weise gegen zumindest einen Teil 94 des Rückführungswasser stoff Stroms 72 im Wärmeaustauscher 95 gekühlt werden. Durch einen solchen Wärmeaustausch mit der Reaktorausströmung 43 wird ferner der Heizbedarf für den Rückführungswasserstoff durch die Heizeinrichtung 90 herabgesetzt.

Bei einer alternativen und bevorzugten Anordnung für die Zufuhr von hochreinem Zusatzwasserstoff zur Reaktionszone 32 der ersten Stufe besteht darin, diesen über den Strom 29 unmittelbar oberstromseitig der Breiheizeinrichtung 22 einzuleiten. Das Einleiten von Wasserstoff in den Breistrom an dieser Stelle setzt die Flüssigkeitsviskosität herab und erleichtert damit den Wärmeübergang in der Heizeinrichtung 22. Ferner kann, wenn gewünscht, ein Teil des warmen Rückführungswasserstoffes in ähnlicher Weise über den Strom 31 oberstromseitig der Breiheizeinrichtung 22 eingeleitet werden, um den Breiheizvorgang zu erleichtern.

Geringwertige Kohle, für welche die Erfindung nützlich ist, sind beispielsweise die Kohlesorten WYodak, Big Horn, Black Mesa, Gelliondale, und Kaiparowits.

Ein Beispiel für die durch die Erfindung erzielten Ergebnisse ist in der ersten Spalte der nachfolgenden Tabelle gegeben. Diese Ergebnisse sind denjenigen gegenübergestellt, welche durch alternative Verfahren zur Verarbeitung der gleichen Kohle in einem zweistufigen System mit einem Katalysator in beiden Reaktoren (Spalte 2) und in einstufigen Systemen mit (Spalte 3) und ohne (Spalte 4) Katalysator erhalten werden. Die Kohlezufuhrgeschwindigkeit betrug 13,6 kp (3O lbs) je Stunde Wyodak-Kohle in jedem Falle und der Wasserstoffpartialdruck betrug im

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austretenden Dampfstrom des Reaktors 126,5 atü (1800 psig). Die zurückgeführte breibildende Ölmenge und -zusammensetzung wurde in jedem Falle so eingestellt, daß die gezeigte Breiabflußkonzentration aufrechterhalten wurde, um innerhalb betriebsfähiger Grenzen zu bleiben.

System

1. 2. 3. 4. Zwei- Zwei- Ein- Einstufig stufig stufig stufig

Erste Stufe	0,333	0,667	1,0OO	-	81	1,000	-	91
Volumen	nein	ja	ja	-		nein	-
Katalysator	454	441	441	-		454	-
Temperatur ⁰C	(850)	(825)	(825)			(850)
(°F)					39			32
Erste Stufe Abfluß	30	20	20		14	23	-	27
Feststoffe, Gew.%	30	15	15	-		37	-
Teere, Gew.%	40	65	65	—	40	—
destillierbar, Gew.%
Zweite Stufe	0,667	0,333
Volumen	ja	ja
Katalysator	441	441
Temperatur ⁰C	(825)	(825)
(°F)
Zweite Stufe Abfluß	20	20
Feststoffe, Gew.%	25	22
Teere, Gew.%	55	58
destillierbar Gew.%
Kohleumwandlung Gew.%	94	84
einer M.A.F.-Kohle
Flüssigkeitsausbeute
Gew.% der trockenen
Kohle	49	45
destillierbare öle	14	11
Resto1

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Claims

Dr. Ing. E. üebau Patentanwalt (1935-1975)

PATENTANWÄLTE

LlEBAU & LIEBAU

Birkenstrasse 39 il ■ D-8900 Augsburg

Dipl. Ing. G. Liebau Patentanwalt

Patentanwälte Liebau i. Liebau il»t D-89OO Augsburg 22 Birkenstrasse 39

Telefon (0821) 668 · cables: elpatent augsburg 96096

Ihr Zeichen:
your/votre ref H 10 332 Unser Zeichen:
our/notre ref 20.5 .1977 Datum:
date

Hydrocarbon Research, Inc. 334 Madison Avenue, Morristown New Jersey 07960 / USA

Patentansprüche :

1/. Zweistufiges Verfahren zum Hydrieren von geringwertiger Kohle zur Gewinnung von flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kohle in einer Erststufen-Aufwärtsströmungs-Reaktionszone, die keinen Katalysator enthält, teilweise hydriert wird,
ein Abflußstrom aus der Erststufen-Reaktionszone ab-

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ORIQiNAL INSPECTED

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gezogen wird,

der Abflußstrom in einer Zweitstufen-Wirbelschicht-Reaktionszone in Gegenwart eines teilchenförmigen Hydrierungskatalysators hydriert wird und ein gasförmiger Abflußstrom und ein Feststoffe enthaltender flüssiger Abflußstrom aus der Zweitstufen-Reaktionszone abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erststufen-Reaktionszone auf einer Temperatur und einen Druck gehalten wird, die ausreichen, die Kohle hauptsächlich in schwere Teere umzuwandeln.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erststufen-Reaktionszone auf einer Temperatur von etwa 4 27° C bis etwa 482° C (von etwa 800° F bis etwa 900° F) und auf einem Wasserstoff-Partialdruck von etwa 100 bis 240 atü (von etwa 1500 bis etwa 3500 psig) gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitstufen-Reaktionszone auf einer Temperatur von etwa 413° C bis etwa 468° C (von etwa 775° F bis etwa 875° C) und auf einem Wasserstoffpartialdruck von etwa 100 bis etwa 240 atü (von etwa 1500 bis etwa 35OO psig) ι gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitstufen-Reaktionszone auf einer Temperatur von

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etwa 413° C bis etwa 468° C (von etwa 775° F bis etwa 875° F) und auf einem Wasserstoffpartialdruck von etwa 100 bis etwa 240 atü (von etwa 1500 bis etwa 3500 psig) gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Zweitstufen-Reaktionszone niedriger als die Temperatur der Erststufen-Reaktionszone ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Zweitstufen-Reaktionszone um mindestens etwa 14° C (etwa 25° F) niedriger als die Temperatur der ErstStufenreaktionszone ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Erststufen-Reaktionszone von etwa 441° C bis etwa 468° C (von etwa 825° F bis etwa 875° F) und die Temperatur der Zweitstufen-Reaktionszone von etwa 427° C bis etwa 454° C (von etwa 800° F bis etwa 850° F) beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoff-Konzentration in der Erststufen-Reaktionszone höher als in der Zweitstufen-Reaktionszone ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der nicht umgewandelten Kohle- und Asche-Feststoffe in der Erststufen-Reaktionszone 15 bis

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30 Gew.% beträgt und die Konzentration der Feststoffe in der Zweitstufen-Reaktionszone 10 bis 20 Gew.%.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erststufen-Reaktionszone ein nichtkatalytisches hochdichtes Kontaktmaterial enthält und als Wirbelschicht betrieben wird.
12. Zweistufiges Verfahren zum Hydrieren von geringwertiger Kohle zur Gewinnung von flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoff produkten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in einer Erststufen-Aufwärtsströmungs-Reaktionszone teilweise hydriert wird, diese Reaktionszone auf einer Temperatur und einem Druck gehalten werden, die ausreichend sind, um die Kohle hauptsächlich in schwere Teere umzuwandeln,

ein Abflußstrom abgezogen wird, der eine wesentliche Menge schwerer Teere aus der Erststufen-Reaktionszone enthält,

der erwähnte Abflußstrom in einer Zweitstufen-Wirbelschicht-Reaktionszone in Gegenwart eines teilchenförmigen Hydrierungskatalysators hydriert wird, die Zweitstufen-Reaktionszone auf einer Temperatur gehalten wird, die mindestens etwa 14° C (etwa 25° F) niedriger als die mittlere Temperatur in der Erststufen-Reaktionszone ist, und

ein gasförmiger Abflußstrom und ein Feststoffe enthaltender flüssiger Abflußstrom aus der Zweitstufen-Reaktionszone abgezogen wird.

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13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Erststufen-Reaktionszone von etwa 427° C bis etwa 482° C (von etwa 800° F bis etwa 900° F) beträgt, die Temperatur der Zweitstufen-Reaktionszone von etwa 413° C bis etwa 468° C (von etwa 775° F bis etwa 875° F) beträgt und der Wasserstoffpartialdruck sowohl in der Erststufen- als auch in der Zweitstufen-Reaktionszone zwischen etwa 100 und etwa 240 atii (etwa 1500 und etwa 35OO psig) beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Erststufen-Reaktionszone von etwa 441° C bis etwa 468° C) von etwa 825° F bis etwa 875° F) beträgt und die Temperatur der Zweitstufen-Reaktionszone von etwa 427° C bis 4 54° C (von etwa 800° F bis 850° F) beträgt.

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