DE2936008A1

DE2936008A1 - Verfahren zum hydrieren von kohle

Info

Publication number: DE2936008A1
Application number: DE19792936008
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Helmut 6685 Blieskastel Würfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS5655486A; JPS5714792B2; GB2058125B; ZA805523B; CA1155411A; GB2058125A; PL226602A1; AU6209180A

Description

- J - P 79/15 La/Schm

Verfahren zua Hydrieren von Kohle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die Kohle mit einem Anreiböl zu einem Drei verrührt, der Kohlebrei auf Reaktionsdruck gepumpt, erhitzt und dann in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird.

Es ist bereits ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle bekannt geworden, bei dem die zu verarbeitende Kohle getrocknet und feingemahlen mit Anreiböl verrührt, der anfallende Kohlebrei auf Reaktionsdruck gepumpt, zunächst im Wärmetausch mit einem Teil der Reaktionsprodukte und dann in einem Vorerhitzer durch Zufuhr von Fremdwärme auf annähernd Reaktionstemperatur erhitzt und schließlich in einem Reaktor in Gegenwart von Wasserstoff und einem geeigneten Katalysator hydriert wird. Die den Reaktor verlassende Produktfraktion wird in einen nachgeschalteten Heißabscheider in eine dampfförmige Kopffraktion aus Gasen, Benzinen und Destillatölen sowie in eine flüssige Bodenfraktion aus nicht abgebauter Kohle, Asche, Katalysatorteilchen,

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anderen hochmolekularen schwer hydrierbaren Substanzen, wie vor allem Asphaltenen, sowie Bitumen und Schweröl zerlegt.

Während die Kopffraktion im Wärmetausch mit dem Kohlebrei abgekühlt und aus der Anlage abgezogen wird, wird aus der Bodenfraktion das Schweröl abgetrennt und als Anreiböl für die frische Kohle verwendet.

Nachteile dieses bekannten Verfahrens liegen in dem hohen Verbrauch an Energie sowie in dem erheblichen apparativen Aufwand.

So muß die gesamte zu verarbeitende Kohle unter Einsatz von Fremdwiirrae in einem speziellen Trockner getrocknet werden. Bei einem normalen Wassergehalt von beispielsweise Steinkohle als Einsatzkohle von etwa 8 % wird zum Trocknen einer Tonne Kohle beispielsweise bereits eine Energiemenge von etwa 0,1 Gcal benötigt. Außerdem muß die Kohle in aufwendiger Weise auf eine Korngröße ^ 0,1 mm aufgemahlen werden.

Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Hydrierung bei relativ hohem Druck. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, daß die im Zuge der Vorerhitzung des Kohlebreis auf die Anspringtemperatur der Hydrierung von etwa 410 ° C sich abspaltenden Gase, wie physikalisch und chemisch gebundenes Wasser und niedere Kohlenwasserstoffe (Methan, Äthan usw.) in den Reaktor gelangen. Dies führt zu einer Erniedrigung des Partialdruckes des Wasserstoffs und kann nur durch einen

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höheren Gesamtdruck im Reaktor kompensiert werden, was wiederum mit erhöhtem Pumpeuergiebedarf und erhöhtem apparativem Aufwand zur Auslegung des Reaktors und der übrigen Druckapparate verbunden ist.

Darüber hinaus erv/eist sich bei dem bekannten Verfahren der Wärmetausch zur Aufheizung des Kohlebreis als sehr schwierig. Einmal ist auf Grund der Zähigkeit des Kohlebreis eine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmetauscherflachen nur schwer zu erreichen. Zum anderen stößt die weitere Aufheizung des Kohlebreis im Vorerhitzer auf Schwierigkeiten, da infolge der hier bereits vorherrschenden hohen Temperaturen die im Kohlebrei suspendierte Kohle sehr stark aufquillt. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Zähigkeit, so daß letztlich nur noch ein mit starkem llaterialabtrieb verbundener pulsierender Durchsatz des Kohlebreis durch den Vorerhitzer möglich ist. Dabei können Druckstöße bis zu 10 bar auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art mit geringerem Energiebedarf und geringerem apparativen Aufwand zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der bei der Hydrierung anfallenden heißen Produktdämpfe mit dem auf Druck gepumpten Kohlebrei innig vermischt wird, daß aus dem dabei entstehenden Gemisch aus Dämpfen, Flüssigkeiten und Feststoffen die Dämpfe abgetrennt werden und daß die verbleibende Mischung aus Feststoffen und Flüssigkeiten der Hydrierung zugeführt wird.

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Durch die erfindungsgemäße innige Vermischung der heißen Dämpfe, die als Reaktionsprodukt am Kopf des Hydrierreaktors, bzw. falls diesem ein Ileißabscheider nachgeschaltet ist, am Kopf des Heißabscheiders anfallen, mit dem frischen, bereits auf Druck gepuiupten Kohlebrei wird dieser sehr stark erwärmt. Dabei wird das gesamte in der Kohle enthaltene physikalisch gebundene und zum Teil auch das chemisch gebundene Yfasser ausgetrieben, so daß die Kohle im Zuge dieses Wärmetausches vollständig getrocknet wird. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann somit auf die bisher übliche sehr aufwendige Trocknung im Zuge der Kohleaufbereitung verzichtet werden.

Als weiterer, sehr bedeutender Vorteil ergibt sich, daß infolge der starken ü*wärmung der Kohle im direkten Wärmetausch mit den heißen Produktdämpfen aus der Hydrierung weitere in der Kohle enthaltene Gase, wie z.B. Methan, Äthan und andere, freigesetzt werden. Die der Hydrierung nach dem Wärmetausch zuzuführende Kohle ist somit bereits weitgehend entgast, so daß sich im Hydrierreaktor selbst weniger Gase bilden. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung des Wasserstoffpartialdrucks im Reaktor, wodurch die Hydrierwirkung verbessert wird. Im Vergleich zu dem bekannten Verfahren kann jetzt die Hydrierung bei einem niedrigeren Gesamtdruck durchgeführt werden, was wiederum zu Einsparungen an Investitions- und Betriebskosten führt.

Die Zerlegung des nach der innigen Vermischung der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei anfallenden Gemisches aus Dämpfen, Flüssigkeiten und Feststoffen erfolgt in einem der Mischvorrichtung nachgeschalteten Abscheider. Dabei wird, wie bereits erwähnt, das erwärmte Sumpfprodukt des Abscheiders, welches neben dem ursprünglichen Kohlebrei nunmehr noch aus den Produktdämpfen im Zuge des direkten Wärmetausches auskon-

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densierte Destillatöle enthält, direkt dem Hydrierreaktor zugeführt, während die am Kopf des Abscheiders anfallenden Dämpfe vorzugsweise gegen Hydrierwasserstoff weiter abgekühlt werden. Die im Zuge dieser Abkühlung auskondensierenden Destillatöle werden in einer Destillationsanlage verarbeitet, während die verbleibenden Gase gewaschen und der dabei rückgewonnene Wasserstoff erneut eingesetzt wird. Die Weiterverarbeitung der gewonnenen Destillatöle in der Destillationsanlage läßt sich dabei ohne Schwierigkeiten durchführen, da alle in den heißen Produktdämpfen des Hydrierreaktors ursprünglich noch enthaltenen nicht destillierbaren Bestandteile, wie mitgerissene Asphaltene und andere, bereits im Zuge des direkten Wärmetausches mit dem Kohlebrei ausgewaschen und zusammen mit dem Kohlebrei in den Hydrierreaktor zurückgeführt werden.

Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß nunmehr zur Aufheizung des frischen Kohlebreis auf die Anspringtemperatur der Hydrierung keine mit Kohlebrei beaufschlagten Wärmetauscher erforderlich sind. Der größte Teil der zur Aufheizung benötigten Wärmemenge wird in Form exothermer Reaktionswärme im Zuge des Vermischens mit den heißen Produktdämpfen zugeführt. Gegebenenfalls darüberhinaus noch benötigte Restwärme kann nach weiteren Merkmalen der Erfindung durch entsprechende Aufheizung des Hydrierwasserstoffs und/oder durch Vermischen des Kohlebreis mit einer aufgeheizten Destillatölfraktion aus der weiter oben erläuterten Destillationsanlage bereitgestellt werden.

Auch kann nunmehr die aufwendige Feinmahlung der Kohle auf üblicherweise C 0,1 mm unterbleiben, da die Kohle auf ihrem Weg zum Hydrierreaktor nur in Rohren und nicht in Wärmetauschern geführt wird, in denen sie sich absetzen könnte.

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Eine Vorrichtung zur Durchführung dos Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Ausgang der Hochdruckpumpe für den frischen Kohlebrei und der Kopf des Hydrierreaktors mit dem Eingang einer Ilischvorrichtung, der Ausgang der Mischvorrichtung mit einem Abscheider und der Boden des Abscheiders mit dem Eingang des Hydrierreaktors in Verbindung steht.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. In der Figur ist schematisch ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle dargestellt, bei dem die zu verarbeitende Kohle ohne vorherige Trocknung mit einem Wassergehalt von etwa 6 % und einer Korngröße bis zu 2 mm über eine Leitung 1 einem Anreibbehälter 4 zugeführt und dort mit Anreiböl, v/elches über eine Leitung 2 zuströmt, verrührt wird. Die für die Hydrierung benötigten Katalysatoren, beispielsweise Verbindungen der Metalle der IV., VI. und VIII. Gruppe des Periodensystems bzw. Gemische dieser Metalle, werden über ein© Leitung 3 zugeführt und mit der Kohle vermischt bzw. auf diese aufgesprüht. Im Anreibbehälter 4 beträgt das Verhältnis der Mischung etwa 70 Gew.-% Kohle zu etwa 30 Gew.-% Öl.

Der Kohlebrei wird mittels einer Pumpe 5 auf einen Druck von etwa 200 bar gepumpt und direkt dem unteren Bereich einer Mischvorrichtung 8 zugeführt. Gleichzeitig werden der Mischvorrichtung 8 über eine Leitung 7 heiße Produktdämpfe vom Kopf eines Hydrierreaktors 22 zugeleitet. Diese Dämpfe, die neben Wasserstoff, Wasserdampf und tiefsiedenden Kohlenwasserstoffen, wie Methan, Athan usw., im wesentlichen Destillatöle im Naphtha-, Mittel- und Schwerölbereich enthalten und eine Temperatur von etwa 470 ° C aufweisen, werden in der Mischvorrichtung 8 innig mit dem frischen Kohlebrei vermischt .Die Mischvorrichtung 8 ist dabei zweckmäßigerweise als ein-

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faches vertikales Rohr ausgebildet.

Infolge der innigen Vermischung stellt sich am Austritt der Mischvorrichtung 8 eine Temperatur von etwa 400 C ein. Bei dieser Temperatur werden nahezu das gesamte in der Kohle enthaltene Wasser, auch zum Teil das chemisch gebundene, sowie hochflüchtige Gase, wie Methan, Äthan usw., aus der Kohle ausgetrieben.

Nach der innigen Vermischung wird der Inhalt der Llischvorrichtung 8 einem Abscheider 9 zugeleitet und dort in eine Gasphase sowie in eine Feststoff-Flüssigkeitsphase zerlegt. Die Feststoff-Flüssigkeitsphase, die neben nunmehr getrockneter und teilweise entgaster Kohle noch das Anreiböl sowie Schweröle und mitgerissene Asphaltene aus den Produktdämpfen enthält, welche im Zuge des Mischvorganges auskondensiert bzw. ausgewaschen worden sind, wird mittels einer Punpe 19 durch eine Leitung 20 direkt in den Hydrierreaktor 22 gefördert.

Die Gasphase des Abscheiders 9 wird in einem Wärmetauscher 10 weiter abgekühlt, dabei partiell kondensiert und einem Abscheider 11 zugeleitet. Das Kopfprodukt des Abscheiders gelangt in eine Waschvorrichtung 12 und wird dort einer 01-wäsche unterzogen. Wasserstofffreies Restgas wird über eine Leitung 13 abgezogen, während der verbleibende Wasserstoff mit über eine Leitung 14 zuströmendem Frischwasserstoff vermischt, über eine Leitung 17 zunächst dem Wärmetauscher 10, dann einem Ofen 18 zur weiteren Aufheizung zugeführt und schließlich über eine Leitung 21 erneut in den Hydrierreaktor eingespeist wird.

Das Sumpfprodukt des Abscheiders 11, eine Fraktion im wesentlichen aus Naphtha, Mittel- und Schweröl sowie aus Wasser

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wird über eine Leitung 15 einer Destillationsanlage 16 zugeleitet und dort in die verschiedenen Produktfraktionen zerlegt.

Bei zusätzlichem Wärmebedarf zur Aufheizung des frischen Kohlebrcis wird aus der Destillationsanlage 16 eine Schwerölfraktion abgezogen, in einem Wärmetauscher 26 durch Zufuhr von 11"erdwärme aufgeheizt und dann über eine Leitung 6 dem frischen Kohlebrei zugemischt.

Der flüssige Teil des im Ilydrierreaktors anfallenden Produktes wird über eine Leitung 23 einer Vakuumdestillation 24 zugeführt. Das dabei gewonnene Schweröl strömt über die Leitung 2 als Anreiböl dem Behälter 4 zu, während der feststoff haltige Destillierrückstand über eine Leitung 25 aus der Aulage abgezogen wird. Der Rückstand kann in einer nicht dargestellten Vergasungsanlage zur Erzeugung von Wasserstoff weiterverarbeitet werden.

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Claims

SAARBERGWERKE AKTIEZiGESELLSCHAFT P 79/15 La/Schm Patentansprüche

1) Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, der Kohlebrei auf Reaktionsdruck gepumpt, erhitzt und dann in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der bei der Hydrierung anfallenden heißen Pro-Uuktdämpfe mit dem auf Druck gepumpten Kohlebrei innig vermischt wird, daß aus dem dabei entstehenden Gemisch aus Dämpfen, Flüssigkeiten und Feststoffen die Dämpfe abgetrennt werden und daß die verbleibende Mischung aus Feststoffen und Flüssigkeiten der Hydrierung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten Dämpfe im Wärsietausch mit Hydrierwasserstoff weiter abgekühlt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Hydrierung benötigte Wasserstoff vor seiner Einspeisung in den Hydrierreaktor durch Zufuhr von Fremdwärme aufgeheizt wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Abkühlung der Dämpfe auskondensierenden Kohlenwasserstoffe abgetrennt und aufbereitet werden und daß zumindest ein Teil des bei der Aufbereitung gewonnenen Schweröls erhitzt und dem bereits auf Druck gepumpten frischen Kohlebrei zugemischt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang einer Hochdruckpumpe (5) für frischen Kohlebrei und der Kopf eines Hydrierreaktors (22) mit dem Eingang einer Mischvorrichtung (8), der Ausgang der Mischvorrichtung (8) mit einem Abscheider (9) und der Sumpf des Abscheiders (9) mit dem Eingang des Hydrierreaktors verbunden ist.

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