DE3141380C2

DE3141380C2 - Verfahren zum Hydrieren von Kohle

Info

Publication number: DE3141380C2
Application number: DE3141380A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Dr. 6653 Blieskastel Würfel
Original assignee: GfK SE
Current assignee: GfK SE
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1987-04-23
Also published as: GB2117396B; AU556189B2; AU8957382A; WO1983001456A1; DE3141380A1; US4487684A; GB2117396A; GB8315636D0

Abstract

Bei einem Verfahren zur Hydrierung von Kohle, bei dem feingemahlene, mit Anreiböl vermischte Kohle auf Druck gepumpt, auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erwärmt und in einer Reaktionszone in Gegenwart einer katalytisch wirkenden Substanz mit Wasserstoff hydriert wird, erfolgt die Zufuhr eines Teiles der für die Aufheizung benötigten Wärmemenge in einer Mischstrecke durch direkten Wärmetausch mit heißen Produktdämpfen. Die restliche erforderliche Wärmemenge wird dem Kohlebrei durch direkten Wärmetausch mit einem weiteren heißen Gasstrom, vorzugsweise Wasserstoff, zugeführt, der mit dem Kohlebrei im Bereich der Mischstrecke in Kontakt gebracht und anschließend mit den nichtkondensierten Produktdämpfen und den aus dem erhitzten Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen von diesem wieder abgetrennt wird. Nach Trennung des Gasstromes von den Produktdämpfen wird der Gasstrom wieder aufgeheizt und erneut mit aufzuheizendem Kohlebrei in Kontakt gebracht. Der heiße Gasstrom kann mit dem Kohlebrei auch hinter der Mischstrecke und nach Abtrennung der nichtkondensierten Produktdämpfe in Kontakt gebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem feingemahlene Kohle auf Druck gepumpt, auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erwärmt und in einer Reaktionszone in Gegenwart einer katalytisch wirkenden Substanz mit Wasserstoff hydriert wird, wobei der Kohle zumindest ein Teil der für die Aufheizung benötigten Wärme in einer Mischstrecke durch direkten Wärmetausch mit heißen Produktdämpfen zugeführt wird.
Aus der DE-PS 6 69 660 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffölen durch Druckhydrierung fester kohlenstoffhaltiger Stoffe bekannt, bei dem dampf- und gasförmige Produkte mit angepasteten Ausgangsstoffen unmittelbar in Berührung gebracht werden. Ziel dieses Verfahrens ist es, die in dampf- und gasförmigen Produkten mitgeführten sauren Stoffe durch die in den festen Ausgangsstoffen enthaltenen alkalischen Bestandteile zu binden, wobei durch die Neutralisation ihrer alkalischen Bestandteile die Ausgangsstoffe gleichzeitig in eine für die Druckhydrierung vorteilhaftere Form gebracht werden sollen.
Gleichzeitig kann ein Teil der in der angepasteten Kohle enthaltenen leicht siedenden Anteile von dieser abgetrennt werden, während hochsiedende Bestandteile der heißen Produktdämpfe kondensieren und mit dem Kohlebrei erneut in den Hydrierreaktor gelangen.
Die durch die Vermischung des Kohlebreis mit den dampf- und gasförmigen Produkten sich ergebende Erwärmung des Kohlebreis reicht nicht immer zur Einleitung der Hydrierreaktionen aus. Es ist dann erforderlich, den Kohlebrei in einem fremdbeheizten Wärmetauscher weiter auf die Anspringtemperatur der Hydrierung aufzuheizen.
Die Aufheizung des Kohlebreis in einem Wärmetauscher erweist sich jedoch als äußerst schwierig, da aufgrund der Zähigkeit des Kohlebreis keine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmetauscherflächen erreichbar ist. Zudem quillt bei den im Wärmetauscher herrschenden hohen Temperaturen die im Kohlebrei suspendierte Kohle. Das führt zu einer weiteren Erhöhung der Zähigkeit und in deren Folge zu einem pulsierenden Durchsatz des Kohlebreis durch den Wärmetauscher, verbunden mit Druckstößen und hohem Materialverschleiß.
Zudem gelangen die erst bei der weiteren Erwärmung des Kohlebreis im Wärmetauscher entstehenden Gase und Dämpfe mit diesem in den Reaktor, was insbesondere eine Verdünnung des Wasserstoffes im Reaktor und infolge des Platzbedarfes dieser Gase und Dämpfe eine Verschlechterung des Füllungsgrades des Reaktors mit Kohlebrei zur Folge hat.
Vom Kohlebrei mitgeführte Gase und Dämpfe müssen mit diesem auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erwärmt werden, so daß ein zusätzlicher Wärmebedarf entsteht.
Leichter siedende Öle, die mit dem Kohlebrei in den Reaktor gelangen und dort bei weiterer Temperaturerhöhung verdampfen, sind infolge ihres dampfförmigen Zustandes an der eigentlichen Kohle- Hydrierreaktion nicht beteiligt, unterliegen jedoch ihrerseits aufgrund der hohen Temperatur einer weiteren Spaltung, wobei unter Verbrauch von Wasserstoff zusätzliche unerwünschte gasförmige Verbindungen entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das diese Nachteile vermeidet und eine bessere Aufheizung sowie eine möglichst optimale Konditionierung des zu hydrierenden Kohlebreis gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kohlebrei im Bereich der Mischstrecke mit einem weiteren, heißen Gasstrom in Kontakt gebracht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, auf den Einsatz von Wärmetauschern zum Aufheizen des Kohlebreis völlig zu verzichten und so die damit verbundenen Probleme zu vermeiden. Die Aufheizung des Gasstromes wiederum kann in herkömmlicher Weise in einem Wärmetauscher oder einem Ofen erfolgen und bereitet keine Schwierigkeiten.
Sowohl der Gasstrom als auch der nicht kondensierte Anteil der Produktdämpfe und die aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe werden wieder von dem Kohlebrei abgetrennt, bevor dieser in den Hydrierreaktor gefördert wird, wodurch der Hydrierprozeß vorteilhaft beeinflußt wird.
Der heiße Gasstrom kann dem Kohlebrei in der Mischstrecke der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei oder unmittelbar dahinter zugemischt und zusammen mit dem während des Wärmetausches nicht kondensierten Anteil der Produktdämpfe und den in der Mischstrecke aus dem erhitzten Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen von diesem wieder abgetrennt werden.
Es kann aber auch sinnvoll sein, den heißen Gasstrom dem Kohlebrei hinter der Mischstrecke der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei und nach Abtrennen des nicht kondensierten Anteils der Produktdämpfe und der in der Mischstrecke aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe zuzumischen und zusammen mit den zusätzlich aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen von diesem wieder abzutrennen.
Eine besonders vorteilhafte und einfache Lösung wird erreicht, wenn der heiße Gasstrom dem Kohlebrei am Boden eines der Mischstrecke der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei nachgeschalteten Abscheiders zugemischt wird. Dabei durchfließt der Gasstrom den Kohlebrei im Gegenstrom und wird am Kopf des Abscheiders zusammen mit dem nicht kondensierten Anteil der Produktdämpfe und den aus dem erhitzten Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen abgezogen.
Da der Gasstrom den Kohlebrei im Gegenstrom durchströmt, wird ein sehr intensiver Wärme- und Stoffaustausch erreicht, wodurch insbesondere aufgrund des Stripp-Effektes des eingeleiteten Gasstromes die leichten, im Kohlebrei enthaltenen Öle verdampfen. Insbesondere aber wird der Stripp-Effekt des eingeleiteten Gasstromes unterstützt, so daß alle im erhitzten Kohlebrei mitgeführten Gase und Dämpfe nahezu vollständig mitgerissen und vom Kohlebrei abgetrennt werden und somit nicht in den Reaktor geführt werden.
Um eine möglichst vollständige Abtrennung der im erhitzten Kohlebrei enthaltenen leichtsiedenden Öle zu gewährleisten, wird der Kohlebrei vorteilhaft selbst bei ausreichender Erhitzung, beispielsweise allein durch in die Mischstrecke eingeleitete Produktdämpfe, in der beschriebenen Weise mit einem Gasstrom behandelt, dessen Temperatur der des erhitzten Kohlebreis entspricht oder nur wenig darüber liegt.
Um den Gasstrom erneut zur Aufheizung von Kohlebrei bzw. zum Austreiben im Kohlebrei enthaltener, leicht siedender Öle einsetzen zu können, werden aus dem vom Kohlebrei abgezogenen Gasstrom die mitgeführten nicht kondensierten Produktdämpfe und aus dem erhitzten Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe abgetrennt und der Gasstrom gereinigt. Der anschließend wieder aufgeheizte Gasstrom kann dann erneut dem aufzuheizenden Kohlebrei zugemischt werden.
Die Aufheizung des Gasstromes erfolgt vorteilhaft parallel zur Aufheizung des Hydrierwasserstoffes im gleichen Ofen, so daß kein zusätzlicher Wärmetauscher oder Ofen erforderlich ist.
Grundsätzlich kann für den Gasstrom ein beliebiges, geeignetes Gas eingesetzt werden. Es ist jedoch zweckmäßig, Wasserstoff einzusetzen, da in diesem Fall ein ggf. im Kohlebrei verbliebener Restanteil sich günstig auf die Hydrierung auswirkt. Zudem kann dann unmittelbar ein Teil des erhitzten Hydrierwasserstoffes abgezweigt und als heißer Gasstrom verwendet werden.
Weitere Erläuterungen können dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel entnommen werden.
Die Figur zeigt ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem feingemahlene Kohle unter Zugabe eines Katalysators über eine Leitung 1 und Anreiböl über eine Leitung 2 einem Behälter 3 zugeführt und dort innig zu einem Brei vermischt werden. Mittels einer Pumpe 4 wird der Brei über eine Leitung 5 einer Mischstrecke 6 zugeführt. Am Kopf des Heißabscheiders 8 werden heiße Produktdämpfe abgezogen und über eine Leitung 7 ebenfalls in die Mischstrecke 6 geführt. Nach einer ersten Verfahrensvariante wird ein heißer Gasstrom über eine Leitung 9 ebenfalls in die Mischstrecke 6 gefördert.
In der Mischstrecke 6 wird der Kohlebrei in direktem Wärmetausch mit den heißen Produktdämpfen und dem heißen Gasstrom erhitzt. Die Temperatur und der Massenstrom des heißen Gasstromes sind dabei so gewählt, daß der Kohlebrei auf die Anspringtemperatur der Hydrierung von ca. 430° aufgeheizt wird.
Während des Wärmetausches in der Mischstrecke 6 werden aus dem sich erhitzenden Kohlebrei Gase und ggf. noch in der Kohle enthaltenes Wasser ausgetrieben, während andererseits ein Teil der Produktdämpfe kondensiert und mit dem Kohlebrei wieder der Hydrierung zugeführt wird.
Nach der innigen Vermischung wird der Inhalt der Mischstrecke 6 in einen Abscheider 10 gefördert und dort in eine Gasphase und eine Feststoff-Flüssigkeitsphase getrennt.
Die Feststoff-Flüssigkeitsphase wird mittels einer Pumpe 11 auf ca. 300 bar gepumpt und über eine Leitung 12 einem Hydrierreaktor 13 zugeführt. Über eine Leitung 14 wird in einem Ofen 15 vorerhitzter Hydrierwasserstoff zugegeben.
Die Gasphase des Abscheiders 10, die neben dem Gasstrom auch die nicht kondensierten Produktdämpfe sowie die aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe enthält, wird über eine Leitung 16 abgezogen und durch einen Wärmetauscher 17 geführt, wobei sie ihre Restwärme an den über eine Leitung 19 zugeführten Frischwasserstoff und an den gereinigten Gasstrom abgibt.
In einer Trennstufe 18 werden aus dem Gasstrom die mitgeführten nicht kondensierten Produktdämpfe und aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe abgetrennt und der Gasstrom nach seiner Reinigung in einer Waschstufe 20 über eine Leitung 21 über den Wärmetauscher 17 zum Ofen 15 geführt, wo er gleichzeitig mit dem Hydrierwasserstoff wieder aufgeheizt und über die Leitung 9 erneut in die Mischstrecke 6 geleitet wird.
Gemäß einer weiteren Verfahrensweise kann der heiße Gasstrom auch hinter der Mischstrecke 6 und nach Abtrennen der nichtkondensierten Produktdämpfe und aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe in dem Abscheider 10 über eine Leitung 9 a dem Kohlebrei zugemischt und nach Abgabe seiner Wärme an den Kohlebrei in einem weiteren Abscheider 22 von diesem abgetrennt und über eine Leitung 23 abgezogen werden. Alle übrigen Verfahrensschritte sind unverändert.
Nach einer besonders einfachen und vorteilhaften Verfahrensvariante wird der heiße Gasstrom über eine Leitung 9 b unmittelbar in den Sumpf des der Mischstrecke 6 nachgeschalteten Abscheiders 10 eingeleitet und dem Kohlebrei zugemischt. Dabei durchwandert der heiße Gasstrom den Kohlebrei im Gegenstrom, so daß ein sehr intensiver Wärmetausch und Stripp-Effekt erreicht wird. Der Gasstrom wird wiederum zusammen mit den nicht kondensierten Produktdämpfen und den aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen am Kopf des Abscheiders 10 über die Leitung 16 abgezogen und entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren weiterbehandelt. Der Abscheider 22 kann, wie bei der ersten Verfahrensweise, entfallen.

Claims

1. Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem feingemahlene mit einem Anreiböl vermischte Kohle auf Druck gepumpt und in einer Reaktionszone in Gegenwart einer katalytisch wirksamen Substanz mit Wasserstoff hydriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kohlebrei ein Teil der zur Aufheizung auf die Anspringtemperatur der Hydrierung benötigten Wärme im direkten Wärmetausch mit den rückgeführten, heißen Produktdämpfen zugeführt wird, daß die benötigte Restwärme durch Zumischen eines weiteren heißen Gasstromes zum Kohlebrei im Bereich der Mischstrecke zugeführt wird und daß der weitere Gasstrom vom erhitzten Kohlebrei vor dessen Einleitung in die Reaktionszone wieder abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom dem Kohlebrei in der Mischstrecke der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei oder unmittelbar dahinter zugemischt und zusammen mit dem während des Wärmeaustausches nicht kondensierten Anteil der Produktdämpfe und den in der Mischstrecke aus dem erhitzten Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen wieder von diesem abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom dem Kohlebrei hinter der Mischstrecke der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei und nach Abtrennen des nicht kondensierten Anteils der Produktdämpfe und der in der Mischstrecke aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gase und Dämpfe zugemischt wird und zusammen mit den zusätzlich aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen von diesem wieder abgetrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom dem Kohlebrei am Boden eines der Mischstrecke der heißen Produktdämpfe mit dem Kohlebrei nachgeschalteten Abscheiders zugemischt und ggf. nach Abgabe von Wärme an den Kohlebrei zusammen mit dem nicht kondensierten Anteil der Produktdämpfe und den aus dem erhitzten Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen am Kopf des Abscheiders abgezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom von den Produktdämpfen und den aus dem Kohlebrei ausgetriebenen Gasen und Dämpfen abgetrennt, gereinigt und nach Wiederaufheizung zumindest teilweise erneut dem aufzuheizenden Kohlebrei zugemischt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Gasstromes parallel zur Aufheizung des Hydrierwasserstoffes im gleichen Ofen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom vorwiegend aus Wasserstoff besteht.