DE3026549C2

DE3026549C2 - Verfahren zur Behandlung von wasserhaltiger Kohle

Info

Publication number: DE3026549C2
Application number: DE3026549A
Authority: DE
Inventors: Isao Kubo; Shigemi Nagayoshi; Shoichi Fukuoka Oi; Futao Tokyo Sakata; Tetsuo Wada
Original assignee: Mitsui Mining Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining Co Ltd
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1980-07-12
Publication date: 1981-10-29
Also published as: CA1137904A; AU530284B2; US4309192A; DE3026549A1; AU5968780A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstofföl ein von der Kohle erhaltenes Kohlenwasserstofföl ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstofföl ein aus Erdöl oder Petroleum erhaltenes Kohlenwasserstofföl ist.

4. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstofföl ein Zirkulations-Lösungsmittel für die Verwendung bei der Verflüssigung von Kohle ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone im Bereich von 100⁰C bis 300⁰C gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserhaltige Kohle eine oieophile Kohle mit einem Inkohlungsgrad der Inkohlung oder Karbonifikation, der gleich oder höher als der von subbituminöser Kohle ist, ist und die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone im Bereich von 100°Cbis220°Cliegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserhaltige Kohle eine Kohle mit einem Inkohlungsgrad der Inkohlung oder Karbonifikation, der gleich oder niedriger als der von (nicht verfestigter) Braunkohle ist, ist und die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone im Bereich von 200° C bis 300° C liegt.

8. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die wabserhaltige Kohle ein festes organisches Material ist, das weitgehend aus Kohlenstoff zusammengesetzt ist, und die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone im Bereich von 200° C bis 300° C liegt.

9. Verfahren nacl. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Restwasser, das in der aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl bestehenden Mischung vorhanden ist, abgedampft wird, indem die Mischung einem Druck ausgesetzt wird, der niedriger als der der Schwerkrafttrennungszone ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der entwässerten

Kohle in der Mischung, die aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl besteht, erhöht wird, indem das Restwasser und ein Teil des Kohlenwasserstofföles von der Mischung entfernt ίο werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der entwässerten Kohle in der Mischung, die von dem Rest wasser befreit worden ist, durch Entfernen eines Teiles des Kohlenwasserstofföles von der Mischung erhöht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das entfernte Kohlenwasserstofföl als ein Tei! des Kohlenwasserstofföles, das in der Mischzone verwendet wird, ausgenutzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das entfernte Kohlenwasserstofföl als ein Teil des Kohlenwasserstofföles, das in der Mi^chzone verwendet wird, ausgenutzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von wasserhaltiger Kohle, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Behandlung von wasserhaltiger Kohle, bei dem die wasserhaltige Kohle mit einem Kohlenwasserstofföl behandelt wird, um die Mischung herzustellen, die aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl besteht.

In jüngster Zeit wurde der Verflüssigung von Kohle große Aufmerksamkeit geschenkt, da sie eine Lösung für die ölverknappung bieten kann, und dieses Problem wird immer stärker untersucht. Typische Verfahren für die Verflüssigung von Kohle umfassen das Solvolyseverfahren unter Verwendung eines Schweröls, das aus Erdöl erhalten wird, und das Hydrierungsverfahren unter Verwendung eines Zirkulations-Lösungsmittels. Das Ausgangsmaterial, das bei dem Solvolyseverfahren verwendet wird, ist eine Aufschlämmung aus entwässerter Kohle in Asphalt, und das Ausgangsmaterial, das bei dem Hydrierungsverfahren verwendet wird, ist eine Aufschlämmung aus entwässerter Kohle in einem Zirkulation-Lösungsmittel.

Bevor die Kohle, die in derartigen Kohleverflüssigungsverfahren verwendet werden soll, in eine Aufschlämmung umgeformt wird, sollte sie zweckmäßigerweise so vollständig wie möglich von Asche und Feuchtigkeit befreit werden. In der Tat werden einige Kohlearten (d. h. bituminöse Kohle und subbituminöse Kohle) einem Kohlevorbereitungsverfahren unterworfen, um Asche so vollständig wie möglich zu entfernen, da ihre Entfernung nach der Verflüssigung schwierig ist. Der Einsatz von Wasser ist bei dem Kohleentaschungsverfahren wirksam, und der Abtrennungswirkungsgrad wird höher, wenn die Teilchengröße der Kohle abnimmt. Dementsprechend ist der derzeitige Trend der Kohlevorbereitungstechnik auf die Behandlung von fein gemahlener Kohle in einem Naßverfahren ausgerichtet.

Die Verwendung von Wasser beim Entaschen von Kohle bewirkt natürlich andererseits, daß die Kohle mit Vasser angefeuchtet wird, und die Wassermenge, die an der Kohle haftet, wächst, wenn die Teilchengröße der

Kohle abnimmt. Insbesondere wenn das Entfernen von Asche schwierig ist, ist ts wünschenswert, die Kohle vor dem Kohle-Entaschungsverfahren auf eine Größe von 1 mm oder feiner zu mahlen. In diesem Falle kann die an der aufbereiteten Kohle haftende Wasserinenge kaum auf weniger als 20% reduziert werden, wenn herkömmliche mechanische Mittel zur Entwässerung angewendet werden. Weiterhin können wirtschaftliche Vorteile in dem Falle erzielt werden, wenn die Kohleverarbeitungsanlage von dem Kohlebergwerk entfernt ist, indem die Kohle auf 4 mm Größe oder feiner zerstoßen wird und in Form einer wäßrigen Aufschlämmung mit einer Feststoffkonzentration in der Größenordnung von 50% befördert wird. In jedem Falle ist die Entwässerung von derartiger wasserhaltiger Kohle ein kritisches Problem, wenn Kohle als ein Ausgangsmaterial für die Kohleverflüssigung verwendet werden soll.

Andererseits werden die sogenannten qualitativ minderwertigeren Kohlen wie beispielsweise Grasoder Pflanzentorf,Torf, Lignit, Braunkohle, einige Arten von subbituminöser Kohle usw. auf der ganzen Welt im Überfluß gefunden. Nicht wenige von ihnen besitzen einen niedrigen Aschegehali, können mit niedrigen Kosten abgebaut werden und leicht durch das Hydrierungsverfahren verflüssigt werden. Da jedoch diese qualitativ minderwertigeren Kohlen stark hydrophile Eigenschaften besitzen, weisen sie einen Wassergehalt von wenigstens 25% auf und können darüber hinaus keinem Kohleaufbereitungsverfahren, bei dem die Verwendung von Wasser angewendet wird, unterworfen werden. Demzufolge ist die Entwässerung dieser qualitativ minderwertigeren Kohlen vom Standpunkt der Technologie, der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit nachteilig, und diese Kohlen werden ausschließlich auf dem Gebiete der Energieerzeugung unter den bestehenden Umständen verwendet werden.

Somit ergibt sich, daß sowohl qualitativ höherwertige als auch minderwertigere Kohlen einen hohen Wassergehalt aufweisen und daher die Entwässerung vor ihrer Verwendung in Kohleverflüssigungsverfahren erforderlieh machen. Bei der Durchführung dieser Entwässerung wäre es am meisten wünschenswert, ein Verfahren anzuwenden, bei dem eine Mischung erzeugt wird, die aus entwässerter Kohle und einem Lösungsmittel für die Verwendung bei der Verflüssigung von Kohle besteht und eine optimale Kohlekonzentration besitzt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von wasserhaltiger Kohle zu schaffen.

Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von wasserhaltiger Kohle zu schaffen, bei dem die Entwässerung der wasserhaltigen Kohle und die Herstellung einer Aufschlämmung aus der entwässerten Kohle in einem Lösungsmittel gleichzeitig durchgeführt werden.

Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Behandlung von wasserhaltiger Kohle geschaffen wird, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

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(a) Mischen der wasserhaltigen Kohle mit einem Kohlenwasserstofföl mit einer höheren spezifischen Dichte als der von Wasser bei Temperaturen im Bereich von 100°C bis 350°C in einer Mischzone;

(b) Erhitzen der entstehenden Mischung bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 350°C und bei einem Druck, der nicht niedriger als der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei dieser Temperatur ist, und

(c) Einführen der erhitzten Mischung in eine Schwerkrafttrennungszone, die auf einer Temperatur im Bereich von 100° C bis 300° C und auf einem Druck gehalten wird, der nicht niedriger als der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei dieser Temperatur ist, wobei das von der wasserhaltigen Kohle abgetrennte Wasser von einem oberen Abschnitt der Schwerkrafttrennungszone abgezogen und die Mischung, die aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl besteht, von einem unteren Abschnitt der Schwerkrafttrennungszone abgezogen werden.

Der Ausdruck »Kohle« bezeichnet in dem hier verwendeten Sinne verschiedene Arten von Kohle wie beispielsweise Anthrazit, bituminöse Kohle, subbituminöse Kohle, Braunkohle, nicht verfestigte Braunkohle, usw.; verschiedene Arten von Lignit oder verfestigter Braunkohle wie beispielsweise Gras- oder Pflanzentorf, Torf, usw, und Holzschnitzel, Abschlamm aus Papierherstellungsanlagen, ZeUulose und andere feste organische Materialien, die weitgehend aus Kohlenstoff zusammengesetzt sind.

Die Erfindung wird nun durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in näheren Einzelheiten beschrieben.

In den beigefügten Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Fließdiagramm, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig.2 ein Fließdiagramm, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,

F i g. 3 ein Fließdiagramm, das noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und

Fig.4 ein Fließdiagramm, das noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen keine besonderen Beschränkungen für den Wassergehalt der zu behandelnden Kohle.

Das Kohlenwasserstofföl, das als Lösungsmittel verwendet wird, ist eines, das ein spezifisches Gewicht besitzt, das höher als das von Wasser bei Temperaturen im Bereich von 100° C bis 350° C ist. Wenn das Hydrierungsverfahren als das nachfolgende Kohleverflüssigungsverfahren angewendet wird, werden Zirkulations-Lösungsmittel für die Verwendung bei der Verflüssigung von Kohle und/oder Kohlenwasserstofföle, die von der Kohle erhalten werden, in typischen Fällen verwendet. Wenn das Solvolyseverfahren angewendet wird, werden Kohlenwasserstofföle (z. B. Asphalt), die von Erdöl erhalten werden, in tpyischen Fällen eingesetzt. Jedoch sind für den vorliegenden Zweck sowohl Kohlenwasserstofföle, die aus Erdöl erhalten werden, als auch Kohlenwasserstofföle, die aus Kohle erhalten werden, Zirkulations-Lösungsmittel zur Verwendung bei der Verflüssigung von Kohle und Mischungen derselben brauchbar.

Das Verhältnis, in dem die wasserhaltige Kohle mit dem Lösungsmittel gemischt wirci, wird so gewählt, daß das Verhältnis der entwässerten Kohle zu dem Lösungsmittel für das nachfolgende Verfahren (z. B. das Kohleverflüssigungsverfahren) geeignet sein wird. Jedoch kann in Abhängigkeit von den Arten der verwendeten Kohle und des Lösungsmittels das oben angegebene optimale Verhältnis solch eine hohe Viskosität liefern, daß die Mischung nicht mehr als ein

Fluid gehandhabt werden kann. In solch einem Falle ist es unvermeidbar, daß die Menge der verwendeten Kohle verringert wird. Die Temperatur, bei der die wasserhaltige Kohle mit dem Lösungsmittel gemischt wird, kann willkürlich nach den Arbeitsbedingungen gewählt werden, vorausgesetzt, daß die Viskosität der Mischung gesputet, daß sie als ein Fluid gehandhabt wird. Wenn jedoch die Temperatur 100⁰C überschreitet, muß das Mischen unter Druck durchgeführt werden. Dies geschieht deshalb, weil unter Atmosphärendruck die Verdampfung des Wassers verhindert, daß die Temperatur der Mischung auf das gewünschte Niveau angehoben wird.

Die entstehende Mischung aus der wasserhaltigen Kohle und dem Lösungsmittel wird auf eine Temperatur im Bereich von i00⁵C bis 350"C und bei einem Druck, der nicht niedriger als der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei dieser Temperatur ist, erhitzt und dann in eine Schwerkrafttrennungszone eingeführt. Dieser Erhitzungsschritt verringert die Viskosität des Lösungsmittels, so daß die Kohle und das Lösungsmittel leicht zum Absetzen aufgrund ihrer höheren spezifischen Dichten als derjenigen von Wasser kommen und so das Wasser auf ihnen schwimmt. Wenn die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone niedriger als 100°C ist, ist die Trenngeschwindigkeit bzw. die Trennrate für praktische Zwecke zu niedrig, wie in Verbindung mit der Dehydrierung von Kohleteer bekannt ist. Im Falle von Anthrazit, bituminöser Kohle, einiger Arten von subbituminöser Kohle und anderer stark oleophiler fester organischer Materialien tritt die Abtrennung von Wasser unter im wesentlichen der gleichen Temperaturbedingung auf, wie sie bei der Dehydrierung von Kohlctccr verwendet wird, oder bei einer Temperatur im Bereich von 120°C bis 150°C oder ein bißchen höher, obgleich ihr Erfolg von der Art des verwendeten Lösungsmittels abhängt. Im Falle stark hydrophiler fester organischer Materialien wie z. B. Braunkohle, Torf, Gras- oder Pflanzentorf usw. ist die Abtrennung von Wasser schwierig, da diese Materialien dazu neigen, in dem Lösungsmittel dispergiert zu werden, um eine Emulsion zu bilden. Diese hydrophilen festen organischen Materialien können jedoch oleophil gemacht werden, indem sie auf eine Temperatur von 100°C oder mehr und vorzugsweise 200°C oder mehr erhitzt werden Es wird angenommen, daß der Grund dafür ist. wie von Forschern an der Universität von Melbourne. Australien, berichtet wurde, daß sauerstoffhaltige Gruppen, die in diesen organischen Materialien vorhanden sind, bei dieser Temperatur zersetzt werden. Wenn sie daher auf solch eine Temperatur erhitzt werden, um sie hinreichend oleophil 7u machen und dadurch zu verhindern, daß sie eine Emulsion bilden, tritt die Abtrennung des Wassers in der Schwerkrafttrennungszone ein. Während dieses Erhitzungsschrittes sollte ein Druck, der nicht niedriger als der Sättigungsdampfdruck von Wasser ist, angewendet werden, um die Verdampfung von Wasser und den dadurch verursachten Wärmeverlust zu verhindern. Dem Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, daß Temperaturen von 374.15°C (die kritische Temperatur von Wasser) oder höher nicht angewendet werden können, da bei diesen Temperaturen Wasser nicht mehr als Flüssigkeit existiert.

Die Aufenthaltszeit in der Schwerkrafttrennungszone kann entsprechend der Affinität der darin vorhandenen Kohle fiii öle und der Viskosität des darin vorhandenen Lösungsmittels variieren. Spezieller gesagt, wenn das Lösungsmittel eine niedrige Viskosität besitzt und der Kohle stark oleopiiile Eigenschaften innewohnen, kann die Aufenthaltsdauer in der Schwerkrafttrennungszone bei einer Temperatur von 180°C und einem Druck von 11 kg/cm² (10 kg/cm² über Attnosphärendruck) in der Größenordnung von 30 Minuten liegen. Diese Aufenthaltsdauer kann durch Erhöhung der Temperatur abgekürzt werden. Wenn die Kohle stark hydrophile Eigenschaften besitzt, kann sie oleophil gemacht

ίο werden, indem sie auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird und dann in die Schwerkrafttrennungszone eingeführt wird. Wenn beispielsweise stark hydrophile Kohle auf eine Temperatur von 25O⁰C erhitzt wird und die Schwerkrafttrennungszone auch auf einer Temperatür von 250° C gehalten wird, sollte die Aufenthaltsdauer in der Schwerkrafiirennungszone in der Größenordnung von 40 Minuten liegen. Die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone muß nicht notwendigerweise gleich der Erhitzungstemperatur sein. Da jedoch auch die Verdampfung von Wasser in der Schwerkrafttrennungszone verhindert werden muß, sollte ein Druck angewendet werden, der höher als der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei der Temperatur der Schwerkrafttrennungszone ist.

Auf diese Weise sollten die Temperatur und der Druck der Schwerkrafttrennungszone, die Aufenthaltsdauer in der Schwerkrafttrennungszone und andere Parameter unter Berücksichtigung all der notwendigen Umstände, einschließlich der Art der Kohle und des

jo verwendeten Lösungsmittels, der wirtschaftlichen Faktoren des Druckgefäßes, der Art der nachfolgenden Behandlung und dergleichen bestimmt werden.

Das von einem oberen Abschnitt der Schwerkrafttrennungszone abgezogene Wasser besitzt eine Temperatur, die gleich der der Schwerkrafttrennungszone ist, und daher kann es direkt in einem Verfahrensschritt der Vorerhitzung der Mischung verwendet werden.

Weiterhin enthält dieses Wasser eine beträchtliche Menge an organischem Material und besitzt einen chemischen Sauerstoffbedarf (COD von englisch: »chemical oxygen demand«) von 10 000 ppm oder mehr. Dieses COD-Niveau gestaltet, daß ein Naßoxidalionsverfahren in geeigneter Weise für die Behandlung des Wassers angewendet wird. Da der Wärmeinhalt des Wassers als Folge davon erhöht ist. kann ein höherer thermischer Wirkungsgrad erzielt werden, indem es zum Zwecke der Vorerhitzung der Mischung ausgenutzt wird.

Die entwässerte Mischung, die aus der entwässerten

so Kohle und dem Kohlenwasserstofföl besieht, wird von einem unteren Abschnitt der Schwerkrafttrennungszone abgezogen. Wenn der Grad der Entwässerung ausreichend ist, kann die entwässerte Mischung, die bei der Temperatur und dem Druck der Schwerkrafttrennungszone verbleibt, direkt einem Kohleverflüssigungsverfahren zugeführt werden. Wenn der Grad der Entwässerung unzulänglich ist kann die entwässerte Mischung einem weiteren Entwässerungsverfahrensschritt unterworfen werden. Das heißt wenn die entwässerte Mischung mit einer Temperatur von 100° C oder mehr von der Schwerkrafttrennungszone abgezogen und dann einem verringerten Druck ausgesetzt wird, wird eine zusätzliche Menge Wasser durch Verdampfung entfernt. Wenn jedoch die entwässerte Mischung mit einem ausreichenden Grad der Entwässerung und einer relativ hohen Temperatur einem übermäßig verringerten Druck ausgesetzt wird, kann eine große Menge des Kohlenwasserstofföies ver-

dampft werden. Demzufolge sollten die Temperatur der Schwerkrafttrennungszone und der Grad der Verringerung des Druckes sorgfältig in Betracht gezogen werden.

Wenn die aus der wasserhaltigen Kohle und einem Kohlenwasserstofföl gebildete Mischung eine übermäßig hohe Viskosität besitzt, muß die Menge der verwendeten wasserhaltigen Kohle herabgesetzt werden. In solch einem Falle kann die entwässerte Mischung eine Kohlekonzentration besitzen, die niedriger als die für das nachfolgende Kohleverflüssigungsverfahren gewünschte ist. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, kann die entwässerte Mischung zweckmäßigerweise in eine Konzentrationszone eingeführt werden, in der das Restwasser und ein Teil des Kohlenwasserstofföles entfernt werden, um die Kohlekonzentration der entwässerten Mischung auf das gewünscnte Niveau zu erhöhen.

Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es wird nun auf F i g. 1 Bezug genommen. Ein Mischtank 1 wird mit wasserhaltiger Kohle und einem Kohlenwasserstofföl in irgendeinem gewünschten Verhältnis beschickt. Diese Ausgangsmaterialien werden mittels eines Rührwerks 2 gemischt. Ein bestimmter Typ Kohlenwasserstofföl besitzt übermäßig hohe Viskosität bei Temperaturen unterhalb 100^cC und macht daher einen zusätzlichen Verfahrensschritt der Vorerhitzung auf eine Temperatur von 100°C oder mehr erforderlich. In diesem Falle muß der Mischtank 1 ein Druckgefäß umfassen, in das die wasserhaltige Kohle durch einen Schüttel-Zuführungstrichter oder dergleichen geworfen wird und das vorerhitzte Kohlenwasserstofföl unter Druck eingeführt wird. Die aus der wasserhaltigen Kohle und dem Kohlenwasserstofföl bestehende Mischung wird von dem Mischtank 1 abgezogen, mittels einer Pumpe 3 auf einen vorherbestimmten Druck erhöht, in einer Heizvorrichtung 4 erhitzt und dann in einen Schwerkrafttrennungstank 5 eingeleitet. In diesem Schwerkrafttrennungstank 5 setzen sich die entwässerte Kohle und das Kohlenwasserstofföl unter Einfluß der Schwerkraft ab. um eine Aufschlämmungsschicht r zu bilden, während das von der wasserhaltigen Kohle abgetrennte Wasser darauf schwimmt und eine Wasserschicht a bildet. Zusätzlich wird eine Zwischenschicht b zwischen der Wasserschicht a und der Aufschlämmungsschicht c gebildet. Um die Dicke der Zwischenschicht b zu minimalisieren und dadurch zu verhindern, daß diese Schicht abgezogen wird, sollten die Betriebsbedingungen (wie Temperatur. Druck. Absetzungszeit usw.) des Schwerkrafttrennungstanks 5 entsprechend der Art der wasserhaltigen Kohle und des verwendeten Kohlenwasserstofföles geeignet gesteuert werden. Das von der wasserhaltigen Kohle abgetrennte Wasser wird abgezogen, indem man es über den oberen Teil des Schwerkrafttrennungstanks 5 überfließen läßt oder indem andere geeignete Mittel angewendet werden, und dann wird es einem zusätzlichen Vorerhitzungsverfahrensschritt oder einem Naßoxidationsverfahren zugeführt. Andererseits wird die entwässerte Aufschlämmung, die aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl besteht, von dem Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogen. Wenn der Grad der Entwässerung ausreichend ist. kann diese Aufschlämmung direkt einer Anlage für weitere Verarbeitung der Aufschlämmung aus der entwässerten

Kohle und dem Kohlenwasserstofföl zugeführt werden. Wenn die Erzeugung von Gas durch Zersetzung von sauerstoffhaltigen Gruppen und dergleichen in dem Schwerkrafttrennungstank 5 beobachtet wird, ist es zweckmäßig, dieses Gas über eine Entlüftungsvorrichtung 9 abzuziehen.

Fig. 2 ist ein Fließdiagramm, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist anwendbar auf den Fall, in dem die gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform hergestellte Aufschlämmung einen unzulänglichen Grad der Entwässerung aufweist. Bis zur Beendigung des Schwerkrafttrennverfahrensschrittes wird die wasserhaltige Kohle in der gleichen Weise behandelt, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Danach wird die aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl bestehende Aufschlämmung von dem Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogen und dann durch ein Reduzierventil 6 einem Schnellverdampfer 7 zugeführt, in dem eine zusätzliche Wassermenge durch Ausnutzung der Wärmeenergie, die in der Aufschlämmung vorhanden ist, verdampft wird. Nach diesem zweiten Entwässerungsschritt wird die entstehende Aufschlämmung einer Anlage für die weitere Verarbeitung der entwässerten Kohle/Kohlenwasserstofföl-Aufschlämmung zugeführt.

Fig. 3 ist ein Fließdiagramm, das noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Diese Ausführungsform ist anwendbar auf den Fall, in dem die Viskosität der in dem Mischtank 1 gebildeten Mischung zu hoch ist und daher die Kohlekonzentration dieser Mischung auf ein unter dem Optimum liegendes Niveau reduziert werden mußte. Nach dem Schwerkrafttrennungsverfahrensschritt wird die entwässerte Aufschlämmung in eine Konzentrations- oder Eindickvorrichtung 8 eingeführt, in der das Restwasser und ein Teil des Kohlenwasserstofföles entfernt werden, um die Aufschlämmung zu konzentrieren. Danach wird die nun eine richtige geeignete Kohlekonzentration aufweisende Aufschlämmung einer Kohleverarbeitungsanlage wie z. B. einer Kohleverflüssigungsanlage zugeführt. Das Kohlenwasserstofföl (oder das rückgewonnene öl), das in der Konzentrations- oder Eindickvorrichtung 8 entfernt worden ist, kann als ein Teil des Kohlenwasserstofföles, das in dem Mischtank 1 gebraucht wird, oder für andere gewünschte Zwecke verwendet werden.

F i g. 4 ist ein Fließdiagramm, das noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist gleich der, die in F i g. 3 dargestellt ist mit der Ausnahme, daß die von dem Schwerkrafttrennungstank 5 abgezogene entwässerte Aufschlämmung einem weiteren Entwässerungsschritt unterworfen wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere brauchbar fur die Behandlung verschiedener Arten von Lignit oder verfestigter Braunkohle, festen organischen Materialien und dergleichen. Im Gegensatz zur Ausführungsform, die in F i g. 3 dargestellt ist. sind ein Reduzierventil 6 und ein Schnellverdampfer 7 zwischen dem Schwerkrafttrennungstank 5 und der Konzentrations- oder Eindickvorrichtung 8 vorgesehen. Wenn die von dem Schwerkrafttrennungstank 5 abgezogene entwässerte Aufschlämmung durch das Reduktionsventil 6 dem Schnellverdampfer 7 zugeführt wird, wird eine zusätzliche Menge Wasser durch Ausnutzung der Wärmeenergie, die in der Aufschlämmung vorhanden ist verdampft. Nach diesem zweiten Emwässerungsverfahrensschritt wird die Aufschlämmung in eine Konzentrations- oder Eindickvorrichtung

8 eingeführt, wo das restliche Wasser und ein Teil des Kohlenwasserstofföles entfernt werden. Die entstehende Aufschlämmung wird dann einer Kohleverarbeitungsanlage zugeführt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, liefert die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren für die Behandlung von wasserhaltiger Kohle, durch das verschiedene Arten von Kohle, die von Anthrazit bis zu phytogenischen festen organischen Materialien reichen, die weitgehend aus Kohle zusammengesetzt sind, behandelt werden können, um sowohl die ihnen innewohnende Feuchtigkeit als auch das ihnen anhaftende Wasser zu entfernen. Dieses Verfahren besitzt viele Vorteile. Erstens bleibt das Material, das behandelt wird, in der Form eines Fluids während des gesamten Vcrfahrcnsablaufs und ist leicht zu handhaben. Zweitens ist, da die Verdampfung von Wasser nicht gestattet wird, keine latente Verdampfungswärme notwendig. Demzufolge kann ein viel höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht werden als bei dem herkömmlichen Verdampfungsverfahren, bei dem ein heißer Luftstrom verwendet wird. Drittens kann im Gegensatz zu dem Fleissner-Verfahren und zu dem Verfahren, das in dem Australischen Patent No. 32,607/68 beschrieben ist, in wirksamer Weise Wasser von Kohle mit einer beliebigen Teilchengrößeverteilung abgetrennt werden. Demzufolge können Kohle-Entaschungsverfahren, in denen Kohle fein zermahlen wird, um sie zufridenstellend von Asche zu befreien, angewendet werden; und wäßrige Aufschlämmungen von Kohle, die auf 4 mm Größe oder feiner zerstoßen worden ist und durch eine Pipeline befördert wird, können auch leicht behandelt werden. Viertens können die Aschefraktion, die sich bei der Temperatur der Schwerkrafttrennungszone in Wasser löst, und die Aschefraktion, die sich aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften in Wasser suspendiert, zusammen mit dem von der Kohle abgetrennten Wasser entfernt werden. Fünftens kann das unnötige Einbringen und Einverleiben von atmosphärischem Sauerstoff (d. h. partielle Oxidation), die unvermeidbar bei herkömmlichen Verdampfungsverfahren, bei denen ein heißer Luftstrom angewendet wird, auftritt, vermieden werden. Darüber hinaus ist die Gefahr der Verbrennung oder Explosion in einem Trockenofen beseitigt. Schließlich wird nicht nur die partielle Oxidation der Kohle verhindert, sondern es werden auch die sauerstoffhaltigen Gruppen, die in der Kohle vorhanden sind und für einen erhöhten Wasserstoffverbrauch während ihrer Verflüssigung verantwortlich sind, bei der Erhitzungstemperatur zersetzt, wobei die Zersetzungsprodukte in Form einer wäßrigen Lösung oder eines Gases abgetrennt werden. Auf diese Weise kann der Verbrauch an Wasserstoff in dem nachfolgenden Kohleverflüssigungsverfahren herabgesetzt werden.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden im folgenden Beispiele angegeben. Diese Beispiele sollen jedoch nur die Durchführung der Erfindung erläutern und sollen nicht den Umfang der Erfindung einschränken.

Beispiel 1

Stark hydrophile Braunkohle wurde bis zu einem ausreichenden Grad zermahlen. Die gemahlene Braunkohle, die einen Wassergehalt von 60% besaß, wurde gemäß der Ausführungsform, die in F i g. 1 dargestellt ist, behandelt Spezieller gesagt, wurde ein Mischtank 1 mit der gemahlenen Braunkohle und Creosotöl mit einem spezifischen Gewicht von 1,07 in einem Gewichtsverhältnis von I : 2 beschickt, um eine Ausgangsmischung mit einem Wassergehalt von 20% zu bilden. Diese Ausgangsmischung wurde mittels einer Pumpe 3 auf 61 kg/cm² (60 kg/cm² Überdruck) unter

■-, Druck gesetzt, in einer Heizvorrichtung 4 erhitzt, so daß ihre Temperatur in einem Schwerkrafttrennungstank 5 275°C sein sollte, und dann in den Schwerkrafttrennungstank 5 eingeführt. Die Aufenthaltsdauer in dem Schwerkrafttrennungstank 5 betrug 15 Minuten. Unter

ίο diesen Bedingungen betrug das vom oberen Teil des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene Wasser 15,5% der Ausgangsmischung und sein chemischer Sauerstoffbedarf (COD) war 15 000 ppm. Dieses COD-Niveau gestattet, daß ein Naßoxidationsverfahren in

ti geeigneter Weise für die Behandlung des Wassers angewendet wurde.

Andererseits wurde die aus der entwässerten Braunkohle und dem Creosotöl bestehende entwässerte Aufschlämmung von dem Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogen. Ihr Wassergehalt war 5%. Da die Aufschlämmung einen Druck von 61 kg/cm² und eine Temperatur von 275°C besaß, war es möglich, sie direkt einer Anlage zur weiteren Verarbeitung der entwässerte Kohle/Kohlen wasserstofföl-Aufschläm-

K, mung zuzuführen.

Beispiel 2

Stark hydrophile Braunkohle wurde bis zu einem ausreichenden Grad zermahlen. Die gemahlene Braunkohle, die einen Wassergehalt von 60% besaß, wurde gemäß der Ausführungsform, die in F i g. 2 dargestellt ist, behandelt. Spezieller gesagt, wurde ein Mischtank I mit der gemahlenen Braunkohle und einem Zirkulations-Lösungsmittel zur Verwendung in der Kohlever-

i"> flüssigung in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1,5 beschickt, um eine Ausgangsmischung mit einem Wassergehalt von 24% zu bilden. Diese Ausgangsmischung wurde auf 31 kg/cm² (30 kg/cm² Überdruck) mittels einer Pumpe 3 unter Druck gesetzt, in einer

4Ii Heizvorrichtung 4 erhitzt, so daß ihre Temperatur in einem Schwerkrafttrennungstank 5 232⁰C sein sollte, und dann in den Schwerkrafttrennungstank 5 eingeführt. Unter diesen Bedingungen betrug das vom oberen Teil des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene Wasser 16% der Ausgangsmischung, während die vom Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene entwässerte Aufschlämmung einen Wassergehalt von 9,5% besaß. Diese Aufschlämmung wurde durch ein Reduzierventil 6 einem Schnellverdampfer 7 zugeführt, in dem eine zusätzliche Menge Wasser durch Verdampfung entfernt wurde. Die entstandene Aufschlämmung aus entwässerter Kohle und Kohlenwasserstofföl besaß einen Wassergehalt von 2% und eine Temperatur von 110° C.

Beispiel 3

Oleophile Kohle mit einem eigenen Feuchtigkeitsgehalt von 1% wurde durch Flotation entascht Die zubereitete Kohle, die einen Wassergehalt von 25% besaß, wurde gemäß der Ausführungsform, die in F i g. 1 dargestellt ist behandelt Speziell wurde ein Mischtank 1 mit 1 kg der zubereiteten Kohle und 13 kg Creosotöl mit einem spezifischen Gewicht von 1,05 beschickt um eine Ausgangsmischung mit einem Wassergehalt von 10% zu bilden. Diese Ausgangsmischung wurde auf 8 kg/cm² (7 kg/cm² Überdruck) mittels einer Pumpe 3 unter Druck gesetzt in einer Heizvorrichtung 4 erhitzt so daß ihre Temperatur in einem Schwerkrafttren-

nungstank 5 160⁰C sein wurde, und dann in den Schwerkrafttrennungstank 5 eingeführt. Die Verweilzeit in dem Schwerkrafttrennungstank 5 betrug JO Minuten. Die von dem Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene entwässerte Aufschlämmung -, besaß einen Wassergehalt von 2,2% und eine Kohlekonzentration von 33%.

Beispiel 4

Oleophile Kohle mit einem Aschegehalt von 34% auf ,o Trockenbasis wurde auf eine Maschengröße von 60 Mesh (entsprechend etwa DIN-Sieb No. 24) oder feiner gemahlen. Dann wurden 20 g Brennstoffe^ C zu 100 g der gemahlenen Kohle hinzugegeben und die entstandene Mischung wurde pelletisiert, indem sie in Wasser ιί gerührt wurde. Die entstandenen Pellets oder Tabletten von etwa 2 mm Durchmesser, die einen Wassergehalt von 25% und einen Aschegehalt von 18% auf Trockenbasis besaßen, wurden gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform behandelt. Speziell .>o wurde ein Mischtank 1 mit 1 kg der Pellets und 1,5 kg eines Zirkulations-Lösungsmittels für die Verwendung bei der Verflüssigung von Kohle beschickt, um eine Ausgangsmischung mit einem Wassergehalt von 10% und einer Kohlekonzentration von 24% zu bilden. Diese y, Ausgangsmischung wurde auf 21 kg/cm- (20 kg/cm-¹ Überdruck) mittels einer Pumpe 3 unter Druck gesetzt, in einer Heizvorrichtung 4 erhitzt, so daß ihre Temperatur in einem Schwerkrafttrennungstank 5 200⁰C sein sollte, und dann in den Schwerkrafttren- :> > nungstank 5 eingeführt. Als eine Probe genommen und auf Wasser analysiert wurde, besaß die vom Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene entwässerte Aufschlämmung einen Wassergehalt von 4,5%. Diese Aufschlämmung wurde durch ein Reduzierventil 6 r> einem Schnellverdampfer 7 zugeführt, in dem eine zusätzliche Wassermenge durch Verdampfen entfernt wurde. Die entstandene Aufschlämmung aus entwässerter Kohle und Kohlenwasserstofföl besaß einen Wassergehalt von 0,5% und eine Temperatur von w 130⁰C. Diese Aufschlämmung konnte direkt einer Kohleverflüssigungsaniage zugeführt werden.

Beispiel 5

Stark hydrophile Braunkohle wurde bis zu einem -e» hinreichenden Grad zermahlen. Die gemahlene Braunkohle, die einen Wassergehalt von 60% besaß, wurde gemäß der Ausführungsform, die in F i g. 3 dargestellt ist, behandelt Es wurde speziell ein Mischtank 1 mit der gemahlenen Braunkohle und Creosotöl mit einem 5t> spezifischen Gewicht von 1,07 in einem Gewichtsverhältnis von 1 :2 beschielet, um eine Ausgangimischung mit einem Wassergehalt von 20% zu erhalten. Diese Ausgangsmischung wunle mittels einer Pumpe 3 auf 66 kg/cm² (65 kg/cm² Oberdruck) unter Druck gesetzt, in einer Heizvorrichtung 4 erhitzt, so daß ihre Temperatur in einem Schwerkrafttrennungstank 5 275° C sein sollte, und dann in den Schwerkrafttrennungstank 5 eingeleitet Die Verweilzeit im Schwerkrafttrennungstank ü betrug 15 Minuten. Unter diesen Bedingungen betrug das vom oberen Teil des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene Wasser 15,5% des Ausgangsmaterials und sein chemischer Sauerstoffbedarf (COD) betrug 15 000 ppm. Dieses COD-Niveau gestattete, daß ein Naßoxidationsverfahren in geeigneter Weise für die Behandlung des Wassers angewendet werden konnte.

Andererseits bestand die entwässerte Aufschlämmung, die vom Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogen wurde, aus 5% Wasser, 13,1% entwässerter Braunkohle und 81,9% Creosolöl. Diese Aufschlämmung wurde in eine Sedimentier-Trennanlage 8 eingeleitet, wo das Restwasser und ein Teil des Creosotöls entfernt wurde, um eine Aufschlämmung mit einer Köhiekonzentrauon von 35% /u erhalten. Die entstandene entwässerte Kohle/Kohlenwasserstofföl-Aufschlämmung war für die Verwendung in Kohleverarbeiiungsanlagen geeignet. Das rückgewonnene Creosotöl wurde zum Mischtank 1 wieder zurückgeführt.

Beispiel 6

Stark hydrophile Braunkohle wurde bis zu einem hinreichenden Grad zermahlen. Die gemahlene Braunkohle, die einen Wassergehalt von 60% besaß, wurde gemäß der Ausführungsform, die in F i g. 4 dargestellt ist, behandelt. Es wurde speziell ein Mischtank 1 mit der gemahlenen Braur kohle und einem Zirkulationslösungsmittel für die Verwendung in der Verflüssigung von Kohle in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1,5 beschickt, um eine Ausgangsmischung mit einem Wassergehalt von 24% zu bilden. Diese Ausgangsmischung wurde auf 31 kg/cm- (30 kg/cm-' Überdruck) mittels einer Pumpe 3 unter Druck gesetzt, in einer Heizvorrichtung 4 erhitzt, so daß ihre Temperatur in einem Schwerkrafttrennungstank 5 232°C sein sollte, und dann in den Schwerkrafttrennungstank 5 eingeleitet. Unter diesen Bedingungen betrug das Wasser, das vom oberen Teil des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogen wurde, 16% der Ausgangsmischung, während die von dem Boden des Schwerkrafttrennungstanks 5 abgezogene entwässerte Aufschlämmung einen Wassergehalt von 9,5% besaß. Diese Aufschlämmung wurde durch ein Reduzierventil 6 einem Schnellverdampfer 7 zugeführt, in dem eine zusätzliche Wassermenge durch Verdampfen entfernt wurde. Die entstandene Aufschlämmung bestand aus 2% Wasser, 20% entwässerter Braunkohle und 78% des Zirkulation- Lösungsmittels. Danach wurde diese Aufschlämmung in eine Zentrifugaltrennanlage 8 eingeführt, wo das Restwasser und ein Teil des Zirkulaticnslcsungsmittc's entfernt wurden, um eine Aufschlämmung mit einer Kohlekonzentration von 45% zu erhalten. Die entstandene Aufschlämmung aus entwässerter Kohle und Kohlenwasserstofföl war für die Verwendung in Kohleverarbeitungsanlagen geeignet. Das rückgewonnene Zirkulationsöl wurde zu dem Mischtank 1 zurückgeführt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von wasserhaltiger Kohle,dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die wasserhaltige Kohle in einer Mischzone mit einem Kohlenwasserstofföl .nit einem höheren spezifischen Gewicht als dem von Wasser bei Temperaturen in dem Bereich von 100⁰C bis 350⁰C gemischt wird;

(b) die entstehende Mischung bei einer Temperatur im Bereich von 100⁰C bis 350°C und einem Druck, der nicht niedriger als der Sättigungsdampfdruck des Wassers bei dieser Temperatur ist, erhitzt wird; und

(c) die erhitzte Mischung in eine Schwerkrafttrennungszone eingeführt wird, die auf einer Temperatur im Bereich von 100° C bis 350⁰C und auf einem Druck gehalten wird, der nicht niedriger als der Sättigungsdampfdruck des Wassers bei dieser Temperatur ist, wobei das von der wasserhaltigen Kohle abgetrennte Wasser von einem oberen Abschnitt der Schwerkrafttrennungszone abgezogen wird und die aus der entwässerten Kohle und dem Kohlenwasserstofföl bestehende Mischung aus einem unteren Abschnitt der Schwerkrafttrennungszone abgezogen wird.