AT515486B1 - method - Google Patents

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AT515486B1 ATA50139/2014A AT501392014A AT515486B1 AT 515486 B1 AT515486 B1 AT 515486B1 AT 501392014 A AT501392014 A AT 501392014A AT 515486 B1 AT515486 B1 AT 515486B1
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Technische Universität Graz
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Schwarzlauge umfassend a) Vermischen der Schwarzlauge mit mindestens einem Wasserstoffdonor und mit mindestens einem Katalysator und b) Erhitzen des Gemisches aus Schritt a) auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 600°C bei einem Gesamtdruck von 10 bis 800 bar über einen Zeitraum von 5 Minuten bis 12 Stunden, wobei der Wassergehalt der Schwarzlauge vor dem Vermischen mit dem mindestens einen Wasserstoffdonor und dem mindestens einen Katalysator reduziert wird.The present invention relates to a process for the liquefaction of black liquor comprising a) mixing the black liquor with at least one hydrogen donor and with at least one catalyst and b) heating the mixture from step a) to a temperature in the range of 300 ° C to 600 ° C at a Total pressure of 10 to 800 bar over a period of 5 minutes to 12 hours, wherein the water content of the black liquor is reduced before mixing with the at least one hydrogen donor and the at least one catalyst.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Schwarzlauge.Description: The present invention relates to a process for the liquefaction of black liquor.

[0002] Die Verflüssigung von kohlenstoffhaltigen Materialien, wie z.B. Kohle, hat eine lange Tradition und wird seit über 100 Jahren auch im industriellen Maßstab durchgeführt. Im Zuge der Verflüssigung werden die in diesen Materialien vorhandenen Kohlenstoffverbindungen bei hohen Temperaturen und Drucken und idealerweise mit Unterstützung durch einen Katalysator hydriert, wodurch gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe gebildet werden. Diese können ähnlich wie aus flüssigen Erdölfraktionen gewonnen werden und z.B. als Kraft- und Brennstoffe eingesetzt werden. Im Zuge der Verflüssigung entstehen auch schwere Rückstände.The liquefaction of carbonaceous materials, such as e.g. Coal has a long tradition and has been used on an industrial scale for over 100 years. In the course of liquefaction, the carbon compounds present in these materials are hydrogenated at high temperatures and pressures, and ideally with the aid of a catalyst, forming gaseous and liquid hydrocarbons. These can be obtained similarly as from liquid petroleum fractions and e.g. be used as fuels and fuels. In the course of liquefaction also heavy residues arise.

[0003] Es gibt unterschiedliche Verfahren für die großtechnische direkte Kohlehydrierung. Beim bereits seit 1913 bekannten Bergius-Verfahren, z. B., wird Kohle mit Schweröl vermischt. Zusätzlich wird der Mischung ein Katalysator beigefügt, um die Verflüssigungseffizienz zu steigern. Die Verflüssigungsreaktion tritt bei einem Wasserstoff-Druck von 300 bis 700 bar bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 500°C ein.There are different methods for large-scale direct coal hydrogenation. When already known since 1913 Bergius method, z. B., coal is mixed with heavy oil. In addition, a catalyst is added to the mixture to increase the liquefaction efficiency. The liquefaction reaction occurs at a hydrogen pressure of 300 to 700 bar at a temperature between 400 ° C and 500 ° C.

[0004] Es gibt auch Verfahren der Verflüssigung von kohlenstoffhaltigen Materialien mit Hilfe von hydrierenden Lösungsmitteln. In diesen Verfahren reagieren die Kohlenstoffverbindungen mit einem Lösungsmittel wie z.B. Tetralin, welches Wasserstoff abgeben kann, wobei die Kohle zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt wird. Das oxidierte Lösungsmittel kann danach wieder hydriert werden, um erneut zum Einsatz zu gelangen. Derzeit werden keine sauerstoffreichen Verbindungen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 60% mit hydrierenden Lösungsmitteln direkt verflüssigt. In der DE 3611340 wird ein Verfahren geoffenbart, bei dem lignin- und zellulosehaltige Biomasse mit einem metallischen Katalysator versetzt und bei einer Temperatur von 300 bis 400 °C und einem Wasserstoffpartialdruck von 35 bis 250 bar hydriert wird. Das in diesem Verfahren eingesetzte Ausgangsmaterial wird vor dem Verfahren in einem Öl aufgeschlämmt, das zuvor mit denselben Verfahren gewonnen wurde.There are also methods of liquefying carbonaceous materials by means of hydrogenating solvents. In these processes, the carbon compounds react with a solvent such as e.g. Tetralin, which can deliver hydrogen, wherein the coal is converted to hydrocarbons. The oxidized solvent can then be hydrogenated again to be used again. Currently, oxygen-rich compounds with a carbon content of less than 60% are not directly liquefied with hydrogenating solvents. In DE 3611340 a process is disclosed in which lignin and cellulosic biomass is mixed with a metallic catalyst and hydrogenated at a temperature of 300 to 400 ° C and a hydrogen partial pressure of 35 to 250 bar. The starting material used in this process is slurried prior to the process in an oil previously recovered by the same procedures.

[0005] Sugimoto Y et al. (Sekitan Kagaku Kaigi Happyo Ronbunshu 31(1994):60-62) betrifft ein Verfahren mit dem Pyrolysereste von zellulosehaltigen Ausgangsstoffen bei 350°C in Anwesenheit von Tetralin und einem Katalysator hydriert werden.Sugimoto Y et al. (Sekitan Kagaku Kaigi Happyo Ronbunshu 31 (1994): 60-62) relates to a process with the pyrolysis of cellulose-containing starting materials are hydrogenated at 350 ° C in the presence of tetralin and a catalyst.

[0006] In Berl et al. (Ind Eng Chem 33 (1941) :672-674) wird ein Verfahren geoffenbart, bei dem bitumenhaltige Ausgangsstoffe bei 440 bis 500 °C und bei bis zu ca. 152 bar Wasserstoffdruck in Anwesenheit eines metallhaltigen Katalysators hydriert werden.In Berl et al. (Ind Eng Chem 33 (1941): 672-674), a process is disclosed in which bituminous starting materials are hydrogenated at 440 to 500 ° C and up to about 152 bar hydrogen pressure in the presence of a metal-containing catalyst.

[0007] In der CN 1376766 wird ein Verfahren zur Hydrierung von Pyrolyseöl beschrieben, im Zuge dessen das Öl mit einem Katalysator und einem Wasserstoffdonor versetzt wird und bei einem Wasserstoff druck von 20 bis 150 bar und einer Temperatur von 340 bis 550 °C für 10 bis 240 Minuten hydriert wird.In CN 1376766 a process for the hydrogenation of pyrolysis oil is described, in the course of which the oil is mixed with a catalyst and a hydrogen donor and at a hydrogen pressure of 20 to 150 bar and a temperature of 340 to 550 ° C for 10 is hydrogenated until 240 minutes.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verflüssigung von kohlenstoffhaltigen organischen Materialien zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik übenwindet und es ermöglicht, auch sauerstoffreiche Materialien zu verflüssigen.The object of the present invention is to provide a method for the liquefaction of carbonaceous organic materials available, which overcomes the disadvantages of the prior art and makes it possible to liquefy even oxygen-rich materials.

[0009] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Schwarzlauge umfassend: [0010] a) Vermischen der Schwarzlauge mit mindestens einem Wasserstoffdonor und mit mindestens einem Katalysator und [0011] b) Erhitzen des Gemisches aus Schritt a) auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 600 °C bei einem Gesamtdruck von 10 bis 800 bar über einen Zeitraum von 5 Minuten bis 12 Stunden, wobei der Wassergehalt der Schwarzlauge vor dem Vermischen mit dem mindestens einen Wasserstoffdonor und dem mindestens einen Katalysator reduziert wird.The present invention relates to a process for the liquefaction of black liquor comprising: a) mixing the black liquor with at least one hydrogen donor and with at least one catalyst, and b) heating the mixture from step a) to a temperature in the range from 300 ° C to 600 ° C at a total pressure of 10 to 800 bar over a period of 5 minutes to 12 hours, wherein the water content of the black liquor is reduced prior to mixing with the at least one hydrogen donor and the at least one catalyst.

[0012] Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere geeignet ist, Kohlenstoff in nicht fossilen Materialien mit einem Kohlenstoffanteil von weniger als 60 Gew.-% bezogen auf atro Material zu verflüssigen. Der gesamte Verflüssigungsprozess kann in herkömmlichen Anlagen und Reaktoren durchgeführt werden, die sich auch für die Verflüssigung von Kohle eignen.It has been found that the inventive method is particularly suitable to liquefy carbon in non-fossil materials having a carbon content of less than 60 wt .-% based on atro material. The entire liquefaction process can be carried out in conventional plants and reactors, which are also suitable for the liquefaction of coal.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Anwesenheit von Wasserstoff durchgeführt, der vorzugsweise vor der Hydrierung in den Reaktor eingebracht wird. Der Reaktor wird unter Druck gesetzt, wobei dabei vorzugsweise Wasserstoff verwendet wird.The inventive method is preferably carried out in the presence of hydrogen, which is preferably introduced into the reactor before the hydrogenation. The reactor is pressurized, preferably using hydrogen.

[0014] Das kohlenstoffhaltige Material wird vor der Hydrierung (Schritt b)) mit einem Wasserstoffdonor versetzt. Wasserstoff, der beispielsweise von dem Donor bereitgestellt wird, reduziert, die im Material befindlichen Verbindungen und ist daher für den gesamten Prozess wichtig. Um die Verflüssigung des Materials zu optimieren, wird dieses zusätzlich mit einem Katalysator vermischt.The carbonaceous material is added to the hydrogenation (step b)) with a hydrogen donor. For example, hydrogen provided by the donor reduces the compounds in the material and is therefore important to the entire process. In order to optimize the liquefaction of the material, this is additionally mixed with a catalyst.

[0015] Die Bezeichnung „nicht fossiles Material mit einem Kohlenstoffanteil von weniger als 60 Gew.-%" umfasst sämtliche kohlenstoffhaltigen Materialien, die nicht fossilen Ursprungs wie Braunkohle, Steinkohle oder Kohle sind. Derartige Materialien sind vorzugsweise pflanzlichen Ursprungs und umfassen vorzugsweise Holz oder Teile davon. Unter diese Bezeichnung fallen ferner Produkte und Zwischenprodukte aus Holzaufschlussverfahren. „Kohlenstoffhaltige Materialien" wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als Synonym für „nicht fossile Materialien mit einem Kohlenstoffanteil von weniger als 60 Gew.-%".The term "non-fossil material having a carbon content of less than 60% by weight" includes all carbonaceous materials which are not of fossil origin such as lignite, coal or coal Such materials are preferably of vegetable origin and preferably comprise wood or parts This term also refers to products and intermediates of wood digestion processes. "Carbonaceous materials" in the context of the present invention are synonymous with "non-fossil materials having a carbon content of less than 60% by weight".

[0016] Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren Materialien mit einem Kohlenstoffanteil von weniger als 59 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 58 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 57 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 56 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 55 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 54 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 53 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 52 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 51 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 50 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 45 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 35 Gew.-%, bezogen auf atro Material, eingesetzt. Der Kohlenstoffanteil im erfindungsgemäß eingesetzten Material beträgt vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf atro Material.In the process according to the invention, preference is given to materials having a carbon content of less than 59% by weight, preferably less than 58% by weight, preferably less than 57% by weight, preferably less than 56% by weight, preferably less than 55 wt.%, preferably less than 54 wt.%, preferably less than 53 wt.%, preferably less than 52 wt.%, preferably less than 51 wt.%, preferably less than 50 wt. %, preferably less than 45 wt .-%, preferably less than 40 wt .-%, preferably less than 35 wt .-%, based on atro material used. The carbon content in the material used in the invention is preferably at least 5 wt%, more preferably at least 10 wt%, even more preferably at least 15 wt%, even more preferably at least 20 wt%, based on atro material.

[0017] Der Begriff „atro", wie hier verwendet, bedeutet „absolut trocken". „Atro" wird erfindungsgemäß ein Material bezeichnet, das bei 105*Ό für 24 Stunden getrocknet wurde. „Bezogen auf atro Material" bedeutet somit, dass sich ein Wert bzw. Messwert auf „absolut trockenes Material" bezieht.The term "atro" as used herein means "absolutely dry". According to the invention, "Atro" refers to a material which has been dried at 105 ° C. for 24 hours. "Related to atro material" thus means that a value or measured value refers to "absolutely dry material".

[0018] Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dem kohlenstoffhaltigen Material mindestens ein Wasserstoffdonor zugegeben. Die Menge des mindestens einen Wasserstoffdonors im Gemisch beläuft sich von 1 Gew.-% bis 1000 Gew.-%, vorzugsweise von 2 Gew.-% bis 800 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 5 Gew.-% bis 600 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 10 Gew.-% bis 500 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gemisch.In the process according to the invention, at least one hydrogen donor is added to the carbonaceous material. The amount of the at least one hydrogen donor in the mixture is from 1 wt% to 1000 wt%, preferably from 2 wt% to 800 wt%, more preferably from 5 wt% to 600 wt%. -%, more preferably from 10 wt .-% to 500 wt .-%, based on the total mixture.

[0019] Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens (der Hydrierungsschritt) wird bei einer Temperatur im Bereich von 300°C bis 600‘C durchgeführt. Vorzugsweise findet dieser Schritt bei einer Temperatur im Bereich von 350°C bis 550 °C, vorzugsweise von 400°C bis 500‘C, statt. Der Gesamtdruck bei dem die Hydrierung der kohlenstoffhaltigen Verbindungen durchgeführt wird beträgt 10 bis 800 bar, vorzugsweise 20 bis 700 bar, vorzugsweise 30 bis 600 bar, vorzugsweise 40 bis 500 bar, vorzugsweise 50 bis 500 bar, vorzugsweise 50 bis 400 bar, vorzugsweise 60 bis 350 bar, vorzugsweise 70 bis 350 bar, vorzugsweise 80 bis 300 bar, vorzugsweise 80 bis 280 bar, vorzugsweise 80 bis 250 bar, vorzugsweise 80 bis 200 bar. Der Druck während der Hydrierung sollte mindestens 10 bar, vorzugsweise mindestens 20 bar, noch mehr bevorzugt mindestens 50 bar, betragen.Step b) of the process of the invention (the hydrogenation step) is carried out at a temperature in the range of 300 ° C to 600 ° C. Preferably, this step takes place at a temperature in the range of 350 ° C to 550 ° C, preferably 400 ° C to 500 ° C. The total pressure at which the hydrogenation of the carbon-containing compounds is carried out is 10 to 800 bar, preferably 20 to 700 bar, preferably 30 to 600 bar, preferably 40 to 500 bar, preferably 50 to 500 bar, preferably 50 to 400 bar, preferably 60 to 350 bar, preferably 70 to 350 bar, preferably 80 to 300 bar, preferably 80 to 280 bar, preferably 80 to 250 bar, preferably 80 to 200 bar. The pressure during the hydrogenation should be at least 10 bar, preferably at least 20 bar, even more preferably at least 50 bar.

[0020] Die Dauer der Hydrierung des kohlenstoffhaltigen Materials beträgt 5 Minuten bis 12 Stunden, vorzugsweise 10 Minuten bis 10 Stunden, noch mehr bevorzugt 15 Minuten bis 8The duration of hydrogenation of the carbonaceous material is 5 minutes to 12 hours, preferably 10 minutes to 10 hours, more preferably 15 minutes to 8

Stunden, noch mehr bevorzugt 20 Minuten bis 7 Stunden, noch mehr bevorzugt 30 Minuten bis 6 Stunden.Hours, more preferably 20 minutes to 7 hours, even more preferably 30 minutes to 6 hours.

[0021] Gemäß einer bevozugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen(lll)-oxidhydroxid (FeO(OH)), Cobaltmolybdänsulfid, Fe203, Rotschlamm und Kombinationen davon.According to a preferred embodiment of the present invention, the at least one catalyst is selected from the group consisting of ferric oxide hydroxide (FeO (OH)), cobalt molybdenum sulfide, Fe 2 O 3, red mud and combinations thereof.

[0022] Der im Verfahren eingesetzte Katalysator kann vorzugsweise jegliche Form aufweisen, wobei es besonders bevorzugt ist, Katalysatoren in Partikelform (z.B. stabförmig, kreisförmig) dem Gemisch beizugeben. Die Größe (Länge bzw. Durchmesser) der Partikel beträgt vorzugsweise 10nm bis 1mm, vorzugsweise 10nm bis 500pm, vorzugsweise 10nm bis 200pm, vorzugsweise 10nm bis 200pm, vorzugsweise 10nm bis 100pm, vorzugsweise 10nm bis 5pm, vorzugsweise 10nm bis 1pm, vorzugsweise 10nm bis 500nm, vorzugsweise 20nm bis 200pm, vorzugsweise 20nm bis 100pm, vorzugsweise 20nm bis 50pm, vorzugsweise 20nm bis 1pm, vorzugsweise 20nm bis 500nm, vorzugsweise 30nm bis 1mm, vorzugsweise 30nm bis 500pm, vorzugsweise 30nm bis 200pm, vorzugsweise 30nm bis 10pm, vorzugsweise 30nm bis 10pm, vorzugsweise 30nm bis 5pm, vorzugsweise 30nm bis 1pm, vorzugsweise 30nm bis 500nm.The catalyst used in the process may preferably have any shape, it being particularly preferred to add catalysts in particulate form (e.g., rod-shaped, circular) to the mixture. The size (length or diameter) of the particles is preferably 10 nm to 1 mm, preferably 10 nm to 500 pm, preferably 10 nm to 200 pm, preferably 10 nm to 200 pm, preferably 10 nm to 100 pm, preferably 10 nm to 5 pm, preferably 10 nm to 1 pm, preferably 10 nm to 500 nm , preferably 20nm to 200pm, preferably 20nm to 100pm, preferably 20nm to 50pm, preferably 20nm to 1pm, preferably 20nm to 500nm, preferably 30nm to 1mm, preferably 30nm to 500pm, preferably 30nm to 200pm, preferably 30nm to 10pm, preferably 30nm to 10pm , preferably 30nm to 5pm, preferably 30nm to 1pm, preferably 30nm to 500nm.

[0023] Es ist besonders bevorzugt Eisen(lll)-oxidhydroxid (FeO(OH)) Katalysatoren einzusetzen.It is particularly preferred to use iron (III) oxide hydroxide (FeO (OH)) catalysts.

[0024] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Eisen(lll)-oxidhydroxid Katalysator y-FeO(OH) (gamma-FeO(OH)), a-FeO(OH) (alpha-FeO(OH)) oder eine Kombination davon.According to a further preferred embodiment of the present invention, the iron (III) oxide hydroxide is catalyst y-FeO (OH) (gamma-FeO (OH)), α-FeO (OH) (alpha-FeO (OH)) or a combination of them.

[0025] Besonders bevorzugt ist die Verwendung von y-FeO(OH) (gamma-FeO(OH)) als Katalysator, da dieser eine noch höhere Ausbeute an flüssigen Kohlenwasserstoffen aus kohlenstoffhaltigen Materialien ermöglicht.Particularly preferred is the use of y-FeO (OH) (gamma-FeO (OH)) as a catalyst, since this allows an even higher yield of liquid hydrocarbons from carbonaceous materials.

[0026] Der Katalysator ist im Gemisch vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 17 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthalten.The catalyst in the mixture is preferably in an amount of 0.1 to 20 wt .-%, preferably from 0.5 to 17 wt .-%, more preferably from 1 to 15 wt .-%, based on the entire mixture, included.

[0027] Um den Verflüssigungsprozess zu optimieren wird im erfindungsgemäßen Verfahren einIn order to optimize the liquefaction process is in the process according to the invention a

Katalysator eingesetzt. Dieser Katalysator wird dabei in der zuvor genannten Menge dem Gemisch umfassend kohlenstoffhaltiges Material und Wasserstoffdonor zugegeben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator im Gemisch in einer Menge von vorzugsweise 0,1 bis 19 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 17 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 16 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 13 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 11 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 19 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 16 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 13 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 11 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 19 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 16 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 13 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 11 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 19 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 17 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 16 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 13 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 11 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 19 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 11 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 17 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 16 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 13 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 11 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, enthalten.Catalyst used. This catalyst is added in the aforementioned amount to the mixture comprising carbonaceous material and hydrogen donor. According to a preferred embodiment, the catalyst in the mixture in an amount of preferably 0.1 to 19 wt .-%, preferably 0.1 to 18 wt .-%, preferably 0.1 to 17 wt .-%, preferably 0.1 up to 16% by weight, preferably 0.1 to 15% by weight, preferably 0.1 to 14% by weight, preferably 0.1 to 13% by weight, preferably 0.1 to 12% by weight , preferably 0.1 to 11 wt .-%, preferably 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, preferably 0.1 to 2 wt .-%, preferably 0.5 to 20 wt .-%, preferably 0.5 to 19 wt .-%, preferably 0.5 to 18 wt .-%, preferably 0.5 to 16 wt .-%, preferably 0.5 to 15 wt .-%, preferably 0.5 to 14 wt .-%, preferably 0.5 to 13 wt .-%, preferably 0.5 to 12 wt .-%, preferably 0.5 to 11 wt .-%, preferably 0.5 to 10 Wt .-%, preferably 0.5 to 5 wt .-%, preferably 0.5 to 2 wt .-%, preferably 1 to 20 wt .-%, preferably 1 to 19 wt .-%, preferably 1 to 18 wt .-%, preferably 1 to 16 wt .-%, preferably 1 to 14 G ew .-%, preferably 1 to 13 wt .-%, preferably 1 to 12 wt .-%, preferably 1 to 11 wt .-%, preferably 1 to 10 wt .-%, preferably 1 to 5 wt .-%, preferably 1 to 2 wt .-%, preferably 2 to 20 wt .-%, preferably 2 to 19 wt .-%, preferably 2 to 18 wt .-%, preferably 2 to 17 wt .-%, preferably 2 to 16 wt %, preferably 2 to 15% by weight, preferably 2 to 14% by weight, preferably 2 to 13% by weight, preferably 2 to 12% by weight, preferably 2 to 11% by weight, preferably 2 to 10 wt .-%, preferably 5 to 20 wt .-%, preferably 5 to 19 wt .-%, preferably 2 to 11 wt .-%, preferably 5 to 18 wt .-%, preferably 5 to 17 wt. -%, preferably 5 to 16 wt .-%, preferably 5 to 15 wt .-%, preferably 5 to 14 wt .-%, preferably 5 to 13 wt .-%, preferably 5 to 12 wt .-%, preferably 5 to 11% by weight, preferably 5 to 10% by weight.

[0028] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Schwarzlauge zusätzlich mit Schwefel oder H2S vermischt wird.According to a preferred embodiment of the present invention, the black liquor is additionally mixed with sulfur or H2S.

[0029] Die Zugabe von Schwefel zu dem zu verflüssigenden kohlenstoffhaltigen Material führt zu einer höheren Ausbeute bzw. zu einer erhöhten Verflüssigung des Materials. Bei kohlenstoffhaltige Materialien, die bereits Schwefel (in jeglicher chemischen Form) umfassen, kann auf die Zugabe von zusätzlichen Schwefel bzw. Schwefelverbindungen verzichtet werden. Werden hingegen kohlenstoffhaltige Materialien im erfindungsgemäßen Verfahren ist es von Vorteil Schwefel bzw. Schwefelverbindungen zuzusetzen, um die Verflüssigungsrate nochmals zu steigern. Im Gemisch des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Schwefel oder H2S vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthalten.The addition of sulfur to the carbonaceous material to be liquefied leads to a higher yield or to an increased liquefaction of the material. For carbonaceous materials which already contain sulfur (in any chemical form), the addition of additional sulfur or sulfur compounds may be dispensed with. If, however, carbonaceous materials in the process according to the invention, it is advantageous to add sulfur or sulfur compounds in order to increase the liquefaction rate again. In the mixture of the process according to the invention, sulfur or H 2 S is preferably present in an amount of from 0.1 to 20% by weight, preferably from 0.5 to 15% by weight, based on the total mixture.

[0030] Werden schwefelhaltige Verbindungen eingesetzt, bezieht sich die oben genannte Menge auf dem in der Verbindung vorkommenden elementaren Schwefel.When sulfur-containing compounds are used, the above-mentioned amount refers to the elemental sulfur occurring in the compound.

[0031] Das erfindungsgemäße Gemisch umfassend das kohlenstoffhaltige Material, den Wasserstoffdonor und den Katalysator kann Schwefel oder H2S in einer Menge von vorzugsweise 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthalten.The mixture according to the invention comprising the carbonaceous material, the hydrogen donor and the catalyst can sulfur or H2S in an amount of preferably 0.1 to 20 wt .-%, preferably from 0.1 to 18 wt .-%, preferably from 0 From 1 to 15% by weight, preferably from 0.1 to 12% by weight, preferably from 0.1 to 10% by weight, preferably from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.5 to 12 wt .-%, preferably from 0.5 to 10 wt .-%, preferably from 0.5 to 5 wt .-%, based on the total mixture.

[0032] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nicht fossile kohlenstoffhaltige Materialien verflüssigt werden. Das kohlenstoffhaltige Material kann aus der Gruppe bestehend aus einem Nebenprodukt der alkalischen Zelluloseherstellung, der sauren Zelluloseherstellung, des Organosolv-Verfahrens, des „steam explosion"-Verfahrens und Kombinationen davon ausgewählt sein.With the method according to the invention can not fossil carbonaceous materials are liquefied. The carbonaceous material may be selected from the group consisting of a by-product of alkaline cellulose production, acid cellulose production, the Organosolv process, the steam explosion process, and combinations thereof.

[0033] Bei vielen Verfahren, in denen Holz bzw. Pflanzen als Ausgangsmaterial eingesetzt wird, fallen kohlenstoffhaltige Zwischen-, Abfall- oder Endprodukte an, die weniger als 60 Gew.-% Kohlenstoff, bezogen auf das atro Material, umfassen und sich für eine Verflüssigung eignen. Diese kohlenstoffhaltigen Produkte bzw. Materialien können im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Besonders bevorzugt können lignin- und/oder hemi-cellulosehaltige Materialien mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verflüssigt werden, die bei der Herstellung von Zellulose anfallen. Derartige Verfahren sind u.a. das Sulfatverfahren bzw. der Kraft-Aufschluss (alkalische Zelluloseherstellung), das Sulfitverfahren (saure Zelluloseherstellung), das Organo-solv-Verfahren und das „steam explosion"-Verfahren. Ferner gibt es noch das Or-ganocell-Verfahren, das Asam-Verfahren, das Formacell-Verfahren und das Milox-Verfahren. Kohlenstoff- und insbesondere lignin-haltige Materialien, welche aus dem Sulfatverfahren stammen, sind besonders geeignet.In many processes in which wood or plants is used as starting material, carbonaceous intermediate, waste or end products which comprise less than 60% by weight of carbon, based on the atro material, accumulate and are suitable for a Liquefaction are suitable. These carbonaceous products or materials can be used in the process according to the invention. Particularly preferably, lignin and / or hemi-cellulose-containing materials can be liquefied by the process according to the invention, which are obtained in the production of cellulose. Such methods are i.a. the sulphate process (alkaline cellulose production), the sulphite process (acid cellulose production), the organo-solv process and the steam explosion process, and there is also the organo-cell process, the asam process , the Formacell method and the Milox method. Carbon and especially lignin-containing materials derived from the sulphate process are particularly suitable.

[0034] Das Nebenprodukt der Zelluloseherstellung, insbesondere der alkalischen Zelluloseherstellung, welches im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, ist Schwarzlauge.The by-product of cellulose production, in particular of the alkaline cellulose production, which is used in the process according to the invention is black liquor.

[0035] Schwarzlauge ist ein energie- und ligninreiches Nebenprodukt bei der Zelluloseherstellung und umfasst nach der Zellstoffabtrennung zurückbleibendes Lignin, Hemicellulose, Wasser und Chemikalien, die für die Extraktion benutzt werden. Schwarzlauge weist üblicherweise einen Feststoffanteil von 14-18% auf, wobei ca. 60 bis 70% des Feststoffanteils organische Holzkomponenten sind.Black liquor is an energy and lignin-rich by-product in cellulosic production and, after pulp separation, comprises residual lignin, hemicellulose, water and chemicals used for extraction. Black liquor usually has a solids content of 14-18%, with about 60 to 70% of the solids content being organic wood components.

[0036] Der Wassergehalt der Schwarzlauge wird vorzugsweise vor dem Vermischen mit dem mindestens einen Wasserstoffdonor und dem mindestens einen Katalysator reduziert. In diesem Schritt kann der Wassergehalt im Vergleich zur direkt aus dem Verfahren gewonnenen Schwarzlauge um mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 70%, vorzugsweise mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, reduziert werden. Verfahren zur Reduktion des Wassergehalts in Schwarzlauge sind dem Fachmann bekannt und umfassen vorzugsweise thermische Methoden.The water content of the black liquor is preferably reduced before mixing with the at least one hydrogen donor and the at least one catalyst. In this step, compared to the black liquor obtained directly from the process, the water content may be at least 10%, preferably at least 20%, preferably at least 30%, preferably at least 40%, preferably at least 50%, preferably at least 60%, preferably at least 70%, preferably at least 80%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, are reduced. Methods for reducing the water content in black liquor are known in the art and preferably comprise thermal methods.

[0037] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Wasserstoffdonor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,2,3,4-Tetrahydro-naphthalin (Tetra-Iin), Ameisensäure, Salze der Ameisensäure, 4,5-Dihydropyren, 9,10- Dihy-drophenanthren und Kombinationen davon.According to a preferred embodiment of the present invention, the at least one hydrogen donor is selected from the group consisting of 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene (tetra-imine), formic acid, salts of formic acid, 4,5-dihydropyrene, 9,10-dihydrophenanthrene and combinations thereof.

[0038] Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Tetrarhydronaphthalin (Tetralin) als Wasserstoffdonor, der gleichzeitig als Lösungsmittel dienen kann.Particularly preferred is the use of tetrarhydronaphthalene (tetralin) as a hydrogen donor, which can serve as a solvent at the same time.

[0039] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach der Verflüssigung des ligninhaltigen Materials bei Verwendung von Tetrahydronaphthalin als Wasserstoffdonor Naphthalin aus dem Gemisch rückgewonnen und zu Tetrahydronaphthalin rehydriert wird.According to another preferred embodiment of the present invention, after the liquefaction of the lignin-containing material using tetrahydronaphthalene as the hydrogen donor naphthalene is recovered from the mixture and rehydrated to tetrahydronaphthalene.

[0040] Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Figuren und Beispiele näher illustriert, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.The present invention will be further illustrated by, but not limited to, the following figures and examples.

[0041] Fig. 1 zeigt die Molekülgrößenverteilung von verflüssigtem Kraftlignin gemäßFIG. 1 shows the molecular size distribution of liquefied kraft lignin according to FIG

Beispiel 1.Example 1.

[0042] Fig. 2 zeigt die Molekülgrößenverteilung von verflüssigtem Kraftlignin gemäßFIG. 2 shows the molecular size distribution of liquefied kraft lignin according to FIG

Beispiel 2. Die Figuren 1 und 2 belegen, dass durch die erfindungsgemäße Verflüssigungsmethode (Fig. 1; Beispiel 1) größere Bruchstücke aus dem kohlenstoffhaltigen Material verflüssigt werden können und nicht -wie bei der Alternativvariante ohne Katalysator (Fig. 2; Beispiel 2) - verkohlen. BEISPIELE:Example 2. Figures 1 and 2 show that larger pieces of the carbonaceous material can be liquefied by the liquefaction method of the invention (Figure 1) and not, as in the alternative variant without catalyst (Figure 2; char. EXAMPLES:

Beispiel 1: [0043] 30,5g eines getrockneten kohlenstoff- und ligninhaltigen Materials einer Schwarzlauge („Kraftlignin"; atro) wurde mit 1,42g gamma-FeOOH, 1,77g Schwefel und 97,67g Tetralin vermischt. Das Gemisch wurde in einen Edelstahl-Autoklav überführt, der verschlossen und mit 50 bar Wasserstoff beaufschlagt wurde. Nach Erreichen der Zieltemperatur von 425°C wurde mit kontinuierlichem Wasserstoffzufluss bei 180 bar 30 min hydriert. Nach 30 min wurde der Reaktor abgekühlt und gewogen. Das gebildete Gas wurde abgelassen. Dadurch wurde die gebildete Gasmenge bestimmt. Danach wurden die Feststoffe durch Filtration abgetrennt und dessen Gehalt bestimmt. Der mit Flüssigkeit benetzte Reststoff wurde extrahiert, wodurch der absolute Feststoffgehalt bestimmt werden konnte. Der Kohlenstoffgehalt des Feststoffs nach der Hydrierung lag bei 10% (vor der Hydrierung 35,39%) . Somit wurden 78 des Kohlenstoffs in die Kohlenwasserstoffraktion verflüssigt und hydriert. EINWAAGEN:Example 1: 30.5 g of a dried carbon and lignin-containing material of a black liquor ("Kraftlignin"; atro) was mixed with 1.42 g of gamma-FeOOH, 1.77 g of sulfur and 97.67 g of tetralin After reaching the target temperature of 425 ° C., hydrogenation was continued for 30 minutes at 180 bar with continuous addition of hydrogen at 180 bar After 30 minutes the reactor was cooled and weighed The gas formed was vented. The amount of gas formed was then determined, the solids were separated by filtration and the content determined The liquid wetted residue was extracted to determine the absolute solids content The carbon content of the solid after hydrogenation was 10% (before hydrogenation 35.39%). Thus, 78% of the carbon in the hydrocarbon fraction was liquefied and hydrogenated.

Tabelle 1: Einwaagen [g]Table 1: Weighing weights [g]

Kraftlignin 30,5Kraft lignin 30.5

Tetralin 97,67Tetralin 97.67

Gamma-FeOOH 1,42Gamma FeOOH 1.42

Schwefel_1,77_Schwefel_1,77_

AUSWAAGENproduct weights

AuswaageFinal weight

Gesamtmasse 129,34Total mass 129.34

Gesamtverlust -0,1Total loss -0.1

Flüssigkeiten 107,38Liquids 107,38

Feststoffe 22,0Solids 22.0

Gase 3,4 [0044] Es wurden bei dem Versuch 9,71g flüssige Kohlenwasserstoff- und sauerstoffhaltige Verbindungen gebildet. BEISPIEL 2: [0045] 30,15g eines getrockneten kohlenstoff- und ligninhaltigen Materials einer Schwarzlauge („Kraftlignin"; atro) wurde mit 90,02g Tetralin vermischt. Das Gemisch wurde in einen Edelstahl-Autoklav überführt, der verschlossen und mit 50 bar Wasserstoff beaufschlagt wurde. Nach Erreichen der Zieltemperatur von 425°C wurde mit kontinuierlichem Wasserstoffzufluss bei 180 bar 30 min hydriert. Nach 30 min wurde der Reaktor abgekühlt und gewogen. Das gebildete Gas wurde abgelassen. Dadurch wurde die gebildete Gasmenge bestimmt. Danach wurden die Feststoffe durch Filtration abgetrennt und dessen Gehalt bestimmt. Der mit Flüssigkeit benetzte Reststoff wurde extrahiert, wodurch der absolute Feststoffgehalt bestimmt werden konnte. Es wurden Elementaranalysen von allen Einsatzströmen gemessen. Der Kohlenstoffgehalt des Restfeststoffs lag bei 16,65% und es wurden 72% des eingesetzten Kohlenstoffs verflüssigt.Gases 3.4 9.71 g of liquid hydrocarbon and oxygen-containing compounds were formed in the experiment. Example 2: 30.15 g of a dried carbon and lignin-containing material of a black liquor ("kraft lignin"; atro) was mixed with 90.02 g tetralin The mixture was transferred to a stainless steel autoclave which was capped and sealed with 50 bar hydrogen After the target temperature of 425 ° C. had been reached, hydrogenation was carried out for 30 minutes at 180 bar, followed by cooling and weighing the reactor for 30 minutes, the gas formed was vented The liquid-wetted residue was extracted to determine the absolute solids content, elemental analyzes of all feed streams were measured, the residual solids carbon content was 16.65%, and 72% of the carbon used was liquefied ,

EINWAAGENweights

Tabelle 2: Einwaagen [g]Table 2: Weighing weights [g]

Kraftlignin 30,15Kraft lignin 30,15

Tetralin_90,02_Tetralin_90,02_

AUSWAAGENproduct weights

AuswaageFinal weight

Gesamtmasse 129,34Total mass 129.34

Gesamtverlust -0,9Total loss -0.9

Flüssigkeiten 101,3Liquids 101.3

Feststoffe 17,7Solids 17.7

Gase 3,4Gases 3,4

Claims (8)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur Verflüssigung von Schwarzlauge umfassend: a) Vermischen der Schwarzlauge mit mindestens einem Wasserstoffdonor und mit mindestens einem Katalysator und b) Erhitzen des Gemisches aus Schritt a) auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 600°C bei einem Gesamtdruck von 10 bis 800 bar über einen Zeitraum von 5 Minuten bis 12 Stunden, wobei der Wassergehalt der Schwarzlauge vor dem Vermischen mit dem mindestens einen Wasserstoffdonor und dem mindestens einen Katalysator reduziert wird.A process for the liquefaction of black liquor comprising: a) mixing the black liquor with at least one hydrogen donor and with at least one catalyst and b) heating the mixture from step a) to a temperature in the range from 300 ° C to 600 ° C at a total pressure of 10 to 800 bar over a period of 5 minutes to 12 hours, wherein the water content of the black liquor is reduced before mixing with the at least one hydrogen donor and the at least one catalyst. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen(lll)-oxidhydroxid (FeO(OH)), Cobaltmolybdänsul-fid, Fe203, Rotschlamm und Kombinationen davon.2. The method according to claim 1, characterized in that the at least one catalyst is selected from the group consisting of iron (III) oxide hydroxide (FeO (OH)), Cobaltmolybdänsul-fid, Fe203, red mud and combinations thereof. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisen(lll)-oxidhydroxid Katalysator y-FeO(OH) (gamma-FeO(OH)), a-FeO(OH) (alpha-FeO(OH)) oder eine Kombination davon ist.3. The method according to claim 2, characterized in that the iron (III) oxide hydroxide catalyst y-FeO (OH) (gamma-FeO (OH)), a-FeO (OH) (alpha-FeO (OH)) or a Combination of it is. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gemisch der Katalysator in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 17 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthalten ist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the mixture, the catalyst in an amount of 0.1 to 20 wt .-%, preferably from 0.5 to 17 wt .-%, more preferably from 1 to 15 wt .-%, based on the total mixture. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwarzlauge zusätzlich mit Schwefel oder H2S vermischt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the black liquor is additionally mixed with sulfur or H2S. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Gemisch Schwefel oder H2S in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthalten ist.6. The method according to claim 5, characterized in that in the mixture sulfur or H2S in an amount of 0.1 to 20 wt .-%, preferably from 0.5 to 15 wt .-%, based on the total mixture is included , 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wasserstoffdonor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1,2,3,4-Tetra-hydronaphthalin (Tetralin), Ameisensäure, Salze der Ameisensäure, 4,5-Dihydropyren, 9,10-Dihydrophenanthren und Kombinationen davon.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one hydrogen donor is selected from the group consisting of 1,2,3,4-tetra-hydronaphthalene (tetralin), formic acid, salts of formic acid, 4,5 Dihydropyrenes, 9,10-dihydrophenanthrene and combinations thereof. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verflüssigung der Schwarzlauge bei Verwendung von 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin als Wasserstoffdonor Naphthalin aus dem Gemisch rückgewonnen und zu 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin rehy-driert wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen8. The method according to claim 7, characterized in that recovered after liquefaction of the black liquor using 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene as a hydrogen donor naphthalene from the mixture and rehy-driert to 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene , For this 2 sheets of drawings
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