DD147679A5 - Kohleverfluessigungsverfahren mit verbessertem schlammrueckfuehrungssystem - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist, durch eine verbesserte Schlammrueckfuehrung das Kohlenverfluessigungsverfahren wirtschaftlicher zu gestalten, die mechanische Betriebsfaehigkeit des Verfahrens zu verbessern und eine versaerkte Umwandlung von fester geloester Kohle bei einer bestimmten Grenzkonzentration der Feststoffe zu erreichen. Erfindunggemaesz wird von dem Restschlamm, der nach Abtrennung von gasfoermigen und fluessigen Kohlenwasserstoffen verbleibt und der aus fluessigen Kohlenwasserstoffen, fester geloester Kohle und auspendierten Mineralteilchen besteht, ein Teil in die Aufloeserzone zurueckgefuehrt. Ein anderer Teil des Restschlammes wird ueber einen Hydrocion geleitet, aus dem ein Ueberlaufschlamm, bestehend ausfluessiger Kohle, fester geloester Kohle und Teilchen aus auspendiertem Mineralrueckstand,deren mittlerer Durchmesser im Vergleich zu den Teilchen in dem ersten Anteil des Rueckfuehrschlammes kleiner ist, rueckgefuehrt wird. Der Unterlaufschlamm des Hydrocions, bestehend aus fluessiger Kohle, fester geloester Kohle und darin suspendierten Mineralrueckstandsteilchen mit einem groeszeren mittleren Teilchendurchmesser als im ersten Rueckstandsschlamm, wird in die Produkttrennungsanlage gefuehrt.

Description

Kohleverflüssigungsverfahren mit verbessertem Schlammrückführungssystem

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren für die Lösungsmittelverflüssigung von Kohle, beispielsweise Steinkohle, Moorkohle oder Braunkohle.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Obgleich besonders wünschenswerte Erzeugnisse aus dem Kohlelösungsmittelverfahren die flüssigen Kohlefraktionen sind sowie Kohlenstoffwasserstoffgase, liefern solche Verfahren normalerweise auch hohe Ausbeuten an normalerweise fester gelöster Kohle. Normalerweise ist feste gelöste Kohle wegen ihres festen Zustandes und ihres im allgemeinen höheren Gehaltes an Schwefel und anderen Verunreinigungen wirtschaftlich weniger wertvoll als die flüssige Kohlefraktion und die Kohlenwasserstoffgase. Da die normalerweise feste gelöste Kohle aus der Verflüssigungszone in einem Schlamm mit suspendierten Mineralrückständen zurückgewonnen wird, muß sie darüber hinaus in einem Feststoff/Flüssigkeit/ Trennungsschritt wie der Filtration oder dem Absetzverfahren weiterverarbeitet werden. Da die suspendierten Teilchen des mineralischen Rückstandes sehr klein sind, ist der Feststoff/ Flüssigkeit/Trennungsschritt sehr schwierig auszuführen und übt einen besonders nachteiligen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Verflüssigungsverfahrens aus.

Ein Kohle-Lösungsmittelverflüssigungs-Verfahren kann vorteilhaft eine Feststoff/Flüssigkeit/Trennungsstufe vermeiden,

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indem das Produkt der Verflüssigungszone eirier Vakuumdestillation unterzogen wird, um einen Produktschlamm der Verflüssigungszone aufzubereiten, der sich normalerweise aus fester gelöster Kohle und Mineralrückstand zusammensetzt, wonach dieser Schlamm durch einen Vergaser geschickt wird, um seinen Kohlenwasserstoffgehalt zu Wasserstoff und Synthesegas für die Verwendung im Verfahren umzuwandeln. Der Produktschlamm umfaßt die gesamte, normalerweise feste gelöste Kohle, die in der Verflüssigungszone erzeugt wird, und ist vorteilhafterweise im wesentlichen frei von flüssiger Kohlefraktion und Kohlenwasserstoffgasen, da die flüssige Kohlefraktion und die Kohlenwasserstoffgase, die in der Verflüssigungszone erzeugt werden, Brennstoffe mit hoher Qualität darstellen, die nicht weiter verarbeitet zu werden brauchen. Dieser Schlamm kann im wesentlichen die gesamte Kohlenwasserstoffbeschickung für eine Verkokungszone umfassen, die mit der Verflüssigungszone zusammengefaßt ist und wobei im wesentlichen keine weiteren kohlenwasserstoff haltigen Beschickungen von der Vergasungszone benötigt werden.

Es wurde festgestellt, daß der thermische Wirkungsgrad eines integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahrens verhältnismäßig klein ist, wenn die Ausbeute von normalerweise fester gelöster Kohle hoch ist, daß jedoch der thermische Wirkungsgrad bis auf ein relativ hohes Niveau erhöht werden kann, wenn die Ausbeute von normalerweise fester gelöster Kohle bis auf ein solches Niveau abnimmt, das bei der Vergasung ausreicht, lediglich genügend Wasserstoff und Synthesegas zu produzieren, um den Verfahrensanforderungen zu genügen. Die Optimierung des thermischen Wirkungsgrades in einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahren

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wird in der Patentanmeldung, Serien-Nr. 905.298 vom 12. Mai 1978 unter dem Namen von Bruce K. Schmid beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.

Die Ausbeute von normalerweise fester gelöster Kohle kann vorteilhaft in einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahren dadurch vermindert werden, daß der gesamte Schlamm, der normalerweise feste gelöste Kohle enthält sowie mineralische Rückstände, die nicht durch die Vergasungszone geschickt werden, rückgeführt wird. Die Schlammrückführung verleiht einem Kohle-Lösungsmittelverflüssigungs-Verfahren mehrere vorteilhafte Effekte. Erstens wird durch die Rückführung von normalerweise fester gelöster Kohle in den Produktschlamm diesem Material die Gelegenheit zur Umwandlung in wertvolleren, flüssigen Treibstoff und Kohlenwasserstoffgasen gegeben. Zweitens stellt der Mineralrückstand, der im Schlamm enthalten ist, einen Katalysator für Reaktionen dar, die bereits in der Vorerhitzerzone beginnen und in der Auflösungszone (Reaktorzono) fortgesetzt werden, wobei die Produktion von flüssiger Kohlefraktion begünstigt wird. Da schließlich sämtliche normalerweise feste gelöste Kohle, die in der Verflüssigungszone erhalten wird, entweder zurückgeführt oder vergast wird, kommt es zu keinem Nettoertrag an normalerweise fester gelöster Kohle im Verfahren, wodurch einem schwierigen Feststoff/Flüssigkeit-Separationsschritt vorgebeugt und die Verfahrensausbeute erhöht wird. Aus all diesen Gründen läuft eine Kombination eines Kohleverflüssigungs-Vergasungs-Verfahrens unter Einsatz der Schlammrückführung zur Verringerung der Menge an normalerweise fester gelöster Kohle, die als Vergasungsbeschickung verfügbar ist, bei einem sehr viel höheren thermischen Wirkungsgrad ab, als eine Kombina-

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tion eines Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahrens bei dem eine Schlammrückführung fehlt.

Die Erlangung eines hohen thermischen Wirkungsgrades in einer integrierten Verflüssigungs-Vergasungsoperation macht es erforderlich, daß der gesamte Ertrag an normalerweise fester gelöster Kohle, der in der Verflüssigungszone erzeugt wird, durch die Vergasungszone geschickt wird und daß diese normalerweise feste gelöste Kohle im wesentlichen die gesamte Kohlewasserstoffbeschickung für die Vergasungszone ausmacht. Zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades durch die Integration der Verflüssigungs- und Vergasungszonen ist es erforderlich, daß der Ertrag an normalerweise fester gelöster Kohle, aus der im wesentlichen sämtliche Flüssigkohlefraktionen und Kohlenwasserstoffgase entfernt worden sind, gerade ausreichend ist, um in der Vergasungszone den gesamten Verfahrenswasserstoff zu erzeugen sowie eine Menge an Synthesegas, die ausreichend ist, um mit 5 bis 100 % den Verfahrensheizstoffbedarf zu decken. Wird irgendein weiteres Erzeugnis der Verflüssigungszone in die Vergaserbeschickung mit einbezogen wie beispielsweise Flüssigkohlefraktion oder Kohlenwasserstoffgase, oder erzeugt die Verflüssigungszone eine Menge an normalerweise fester gelöster Kohle, die größer ist, als die für die Erzeugung von Verfahrenswasserstoff und Synthesegasheizstoff notwendige, so wird der thermische Wirkungsgrad der Kombination des Verflüssigungs-Vergasungsverfahrens verringert.

Ein integriertes Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahren erfordert die Rückführung eines Schlammstromes, um den Nettoertrag an normalerweise fester gelöster Kohle bis auf ein Niveau zu reduzieren, das ausreichend niedrig ist, um

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für das integrierte Verfahren einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen. Wie bereits ausgeführt, hat der zurückgeführte Strom die Neigung, den Ertrag an normalerweise fester gelöster Kohle dadurch zu reduzieren, daß die Menge an katalytischen Feststoffen innerhalb des Verfahrens erhöht wird und die Gesamtverweilzeit von normalerweise fester gelöster Kohle zunimmt. Bei Beschickungskohlen, die hohe Mengen an mineralischen Rückständen erzeugen, ist die Feststoff konzentration in dem zurückgeführten Schlamm so hoch und damit auch im Gemischtank für die Beschickungskohle, daß es zu Problemen mit der Pumpfähigkeit des Abganges des Beschickungsbehälters (Speisetank) kommt. Eine hohe Feststoffkonzentration im Getäischtank der Speisekohle wird normalerweise dadurch überwunden, daß die Rückführungsrate des Schlammes bei konstanter Kohlezugaberate erhöht wird, was auf den Verdünnungseffekt einer erhöhten Schlammrückführungsrate zurückzuführen ist. Bei Kohlen mit hohem Aschegehalt, d. h. Kohlen, die mehr als 15 oder 20 Gewichtsprozent anorganischer Mineralsubstanz auf Trockenbasis bezogen enthalten, muß die Rückführungsrate jedoch auf einen so hohen Viert erhöht werden, um die Feststoffkonzentration im Kohlemischgefäß herabzusetzen, so daß sich übermäßige wirtschaftliche Nachteile hinsichtlich der Pumpkosten für den Schlamm und der Größe des Vorerhitzers ergeben. Bei einer bestimmten Anlagengröße kann eine solche Situation eine erhebliche Einschränkung der Zufuhrrate an Rohkohle bedeuten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Kohleverflüssigungsverfahrens, mit dem die erwähnten Nachteile vermieden werden.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwierigkeiten zu umgehen durch Herabsetzung des Betrages der Feststoffe, die zurückgeführt werden, währenddessen noch eine ausreichende katalytische Aktivität erhalten bleibt oder bei einer vorgegebenen Rückführungsrate der Feststoffe die katalytische Aktivität erhöht wird.

Erfindungsgemäß werden diese Effekte dadurch erreicht, daß die Feststoffe in den Produktschlamm abgesondert werden, so daß der Beschickungsschlamm für den Vergaser und der zurückgeführte Schlamm jeweils ungleiche Anteile an Gesamtfeststoffen enthalten, wobei die Feststoffe im zurückgeführten Schlamm eine relativ kleinere mittlere Korngröße aufweisen und katalytisch aktiver sind als vergleichsweise die Feststoffe in dem Beschickungsschlamm für den Vergaser. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der zurückgeführte Schlamm weniger als einen äquivalenten Gewichtsanteil an Feststoffen und der Beschickungsschlamm für den Vergaser mehr als einen äquivalenten Gewichtsanteil an Feststoffen im Vergleich zu dem gesamten Produktschlamm der Verflüssigungszone.

Normalerweise flüssige Kohlefraktion ist das Hauptprodukt des vorliegenden Verfahrens. Die normalerweise flüssige Kohle wird hierin mit den Begriffen "Destillatflüssigkeit" und "Flüssigkohle" bezeichnet, wobei beide Begriffe auf eine gelöste Kohle hinweisen, die normalerweise bei Zimmertemperatur flüssig ist, einschließlich von dem, was gelegentlich als "Verfahrenswasserstoff-Donatorlösungsmittel" bezeichnet wird. In der Verflüssigungszone wird ein konzentrierter Schlamm erhalten, der lediglich Stoffe mit einem

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Schmelzpunkt von 454 ⁰C (850 ⁰F) enthält. Der konzentrierte Schlamm enthält sämtliche anorganische Mineralstoffe und die gesamte ungelöste organische Substanz (UOM) der Beschickungskohle, die nachfolgend gemeinsam als "mineralischer Rückstand" bezeichnet werden. Die Menge an UOM wird stets kleiner sein als 10 bis 15 Gewichtsprozent. Der konzentrierte Schlamm enthält ebenfalls die, nächste Kohle mit einem Schmelzpunkt von 454 ⁰C (850 ⁰F), die normalerweise bei Zimmertemperatur fest ist und hierin als "normalerweise feste gelöste Kohle" bezeichnet wird.

Das in der Vergasungszone erzeugte Synthesegas unterliegt einer Verdrängungsreaktion, um es in Wasserstoff und Kohlendioxid umzuwandeln. Das Kohlendioxid zusammen mit dem Schwefelwasserstoff werden in einem sauren Gasentfernungssystem abgezogen. Im wesentlichen wird der gesamte, gasförmige und wasserstoff reiche Strom, der so erzeugt worden ist, in den Verflüssigungsprozeß eingesetzt. Es ist vorteilhaft, mehr Synthesegas zu produzieren, als benötigt wird, um für den Verfahrenswasserstoff zu sorgen. Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad in einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahren zu erreichen, sollten mindestens 60, 70 oder 90 und bis zu 100 molprozent dieses überschüssigen Anteiles an Synthesegas als Heizstoff innerhalb des Verfahrens verbrannt worden. Das überschüssige Synthesegas sollte nichtieinem Methanisierungsschritt oder irgendwelcher anderer Wasserstoff verbrauchender Reaktionen vor der Verbrennung innerhalb des Verfahrens unterzogen werden, wie beispielsweise die Umwandlung zum Methanol. Wenn die Vergasungsoperation vollständig integriert ist in die Verflüssigungsoperation, so daß im wesentlichen die gesamte Kohlenwasserstoffbeschickung für die Vergasungszone

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aus der Verflüssigungszone kommt und im wesentlichen das gesamte gasförmige Produkt aus der Vergasungszone innerhalb der Verflüssigungszone verbraucht wird, und zwar entweder als Wasserstoffreaktionsmittel oder als Synthesegasheizstoff, so erreicht der integrierte Prozeß einen unerwartet hohen thermischen Wirkungsgrad.

Der erhöhte thermische Wirkungsgrad, wie er in einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahren erreichbar ist, wird in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1 ist der thermische Wirkungsgrad eines integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverf ahrens auf den Ertrag an normalerweise fester gelöster Kohle bezogen, d. h. auf gelöste Kohle mit einem Schmelzpunkt von 454 ⁰C (850 F), die bei Zimmertemperatur im festen Zustand vorliegt. Das integrierte Verfahren, wie es in Fig. 1 dargestellt wird, gilt nicht für die Methode der Feststoffabsonderung gemäß der vorliegenden Erfindung, sondern illustriert lediglich die Notwendigkeit dafür. In dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren wird der Produktschlamm in die Verflüssigungszone geführt und der Schlammertrag mit F. 454 C aus der Verflüssigungszone in die Vergasungszone eingeleitet, so daß dies die einzige kohlenstoffhaltige Beschickung für die Vergasungszone bedeutet. Wenn sich die Menge an aufgelöster Kohle mit F. 454 ⁰C (850 F), die aufbereitet und in die Vergasungszone geschickt wurde, verändert, so ändern sich automatisch Zusammensetzung und Betrag des rückgeführten Schlamms in die Verflüssigungszone. Punkt A auf der Kurve repräsentiert den allgemeinen Bereich des maximalen thermischen Wirkungsgrades dieser Verfahrenskombination.

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Fig. 1 zeigt, daß der thermische Wirkungsgrad des integrierten Verfahrens für Erträge an aufgelöster Kohle mit F. 454 ⁰C (850 ⁰F) von mehr als 35 oder 40 % sehr niedrig ist. Fig. 1 zeigt, daß bei Abwesenheit von rückgeführtem mineralischem Rückstand die Ausbeute an aufgelöster Kohle mit F. 454 ⁰C (850 F) im Bereich von 60 %, bezogen auf die Speisekohle, liegt. Fig. 1 zeigt, daß mit der Rückführung von mineralischen Rückständen die Ausbeute von aufgelöster Kohle mit F. 454 ⁰C (850 ⁰F) auf einen Bereich zwischen 20 und 25 % abnimmt, was dem Bereich des maximalen thermischen Wirkungsgrades für das integrierte Verfahren entspricht. Die Kurve des thermischen Wirkungsgrades in Fig. 1 wird im Detail in der bereits erwähnten Patentanmeldung, Serien-Nr. 905.298 diskutiert.

Oftmals ist es schwer, den Ertrag normalerweise fester gelöster Kohle in einem integrierten Verflüssigungs-Vergasungsverfahren auf ein ausreichend niedriges Niveau zu verringern, um eine Optimierung der Effektivität für den Bereich A zu ermöglichen. Eine Methode zur Überwindung dieser Schwierigkeiten besteht in der Erhöhung des Feststoffgehaltes des rückgeführten Schlammstromes durch Verringerung der Menge der darin normalerweise enthaltenen flüssigen Kohle. In der Praxis ist der Einsatz dieser Methode jedoch durch die eingeschränkte Konzentration der Feststoffe in dem Mischgefäß der Beschickungskohle begrenzt. In einem integrierten Verflüssigungs-Vergasungsverfahren, bei dem die Methode der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wird der Ertrag normalerweise fester gelöster Kohle mit F. 454 ⁰C (850 F) auf eine Konzentration herabgesetzt, mit der man in der Lage ist, einen optimalen thermischen Wirkungsgrad A teilweise durch Ausnutzung eines zweiten Rückführungsstromes

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zu erreichen. Der zweite Rückführungsstrom enthält einen Oberlaufstrom aus dem Hydroclon, wie er nachstehend beschrieben wird.

Die Verflüssigungszone des vorliegenden Verfahrens umfaßt Vorerhitzer- und Auflösungszonen, die in Reihe geschaltet sind. Die Kohleverflüssigungszone läßt sich unabhängig betreiben, oder sie kann mit der Vergasungszone in der bereits beschriebenen Weise integriert werden. Die Temperatur der Reaktionsteilnehmer steigt allmählich im Verlaufe der Passage durch eine Vorerhitzerschlange an, so daß die Ausgangstemperatur am Vorerhitzer im allgemeinen im Bereich zwischen 360 ⁰C und 438 ⁰C (680 ⁰F bis 820 ⁰F) liegt und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 371 ⁰C und 404 ⁰C (700 ⁰F bis 760 ⁰F).

Im allgemeinen erfolgt der größte Teil der Kohleauflösung innerhalb der Vorerhitzerzone, wobei die exothermen Reaktionen der Hydrierung und des Hydrocrackens, an der die aufgelösten Kohlenwasserstoffe beteiligt sind, bei der m_aximalen Temperatur der Vorerhitzerzone aufzutreten beginnen. Der Vorerhitzerschlamm wird sodann in die Lösungszone oder Reaktorzone geführt, worin die Hydrierungs- und Hydrocrackreaktionen fortgesetzt werden. Die Auflösungszone ist normalerweise gut verteilt und liegt auf relativ gleichförmiger Temperatur. Die Wärme, die durch die exothermen Reaktionen in der Auflösungszone entsteht, läßt die Temperatur innerhalb der Auflösungszone in einem Bereich zwischen 427 ⁰C und 482 ⁰C (800 ⁰F bis 900 ⁰F) steigen, vorzugsweise auf 339 °C bis 466 ⁰C (840 ⁰F bis 870 ⁰F). Die Verweildauer des Schlammes in der Auflösungszone ist langer als in der Vorerhitzerzone. Auf .Grund der darin auf-

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tretenden exothermen Reaktionen braucht die Temperatur des Auflösers nur mindestens 11 ⁰C₁ 27,5 ⁰C, 55,5 ⁰C oder sogar 111 ⁰C (20 ⁰F, 50 ⁰F, 100 ⁰F oder sogar 200 ⁰F) höher zu sein als die Temperatur am Ausgang des Vorerhitzers.

Die Auflöserzone enthält keinerlei fest angeordnetes Katalysatorbett, weder stationär noch aufgewirbelt, so daß es an keiner Zwischenstelle im Reaktor irgendeinen tatsächlichen oder scheinbaren Katalysatorwert gibt. Der einzige Katalysator sind die im Kohleschlamm suspendierten Mineralien, die in den Auflöser in Suspension mit dem Kohleschlamm gelangen und ihn so verlassen. Natürlich ist es möglich, daß es eine geringfügige Durchschlupfmenge an Feststoffen innerhalb des Reaktors gibt, im wesentlichen werden jedoch sämtliche Partikel aus dem Reaktor entfernt.

Der Wasserstoffdruck in den Vorerhitzer- und Auflöserzonen

liegt im Bereich zwischen 70 bis 280 kg kp/cm und vorzugsweise 105 bis 174 kg kp/cm 1.000 und 4.000 psi (1 psi = 214,3 Pa) und vorzugsweise zwischen 1.500 und 2.500 psi. Der Wasserstoff wird im allgemeinen an mehr als einer Stelle dem Schlamm zugeführt. Mindestens ein Teil des Wasserstoffes wird dem Schlamm vor Eintritt in die Vorerhitzerzone zugeführt. Weiterer Wasserstoff kann zwischen den Vorerhitzer- und Auflöserzonen und/oder als Abschreckwasserstoff in der Auflöserzone selbst zugeführt werden. Abschreckwasserstoff wird erforderlichenfalls an verschiedenen Stellen an der Auflöserzone zur Einhaltung der Reaktionstemperatur auf einen gewünschten Wert eingeführt, der stärkere Kokungsreaktionen vermeidet. Das Verhältnis von Gesamtwasserstoff zur Rohkohlebeschickung liegt im Bereich

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von 0,62 und 2,48 und vorzugsweise zwischen 0/93 und 1,86 m /kg. In der erfindungsgemäßen Verkörperung, bei der eine Vergasungszone mit einbezogen ist, liegen die maximalen Vergasertemperaturen im Bereich von 1.204 C und 1.982 ⁰C (2.200 ⁰F und 3.600 ⁰F) im allgemeinen, vorzugsweise aber zwischen 1.260 ⁰C und 1.760 ⁰C (2.300 ⁰F und 3.200 ⁰F), insbesondere aber bei 1.316 oder 1.371 C bis 1.760 ⁰C (2.400 ⁰F oder 2.500 ⁰F bis 3.200 ⁰F). Bei diesen Temperaturen wird die anorganische mineralische Substanz in schmelzflüssige Schlacke umgewandelt, die am Boden des Vergasers entfernt wird.

Der Verflüssigungsprozeß liefert eine erhebliche Menge sowohl an flüssiger Kohlefraktion als auch an Kohlenwasserstoffgasen für den Verkauf. Wenn das Verflüssigungsverfahren ohne eine Vergasungszone betrieben wird, so kann auch etwas normalerweise feste gelöste Kohle für den Absatz produziert werden. Bei Abwesenheit einer Vergasungszone ist es jedoch vorzuziehen, die normalerweise feste gelöste Kohle zur vollständigen Umwandlung zurückzuführen, wodurch der Ertrag an flüssiger Kohle und Wasserstoffgasen erhöht wird. In einem ohne eine integrierte Vergasungszone betriebenen Verflüssigungsprozeß und einem Ertrag an normalerweise fester gelöster Kohle kann ein Teil des Verfahrensschlammes gefiltert werden, um eine feststoff freie und normalerweise feste gelöste Kohle aufzubereiten. Die feststofffreie und normalerweise feste gelöste Kohle läßt sich zur vollständigen Verarbeitung zurückführen oder kann als Produkt wiedergewonnen werden.

Wenn die Verflüssigungsoperation mit einer Vergasungsoperation integriert ist, wird der Gesamtwärmewirkungsgrad des

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Verfahrens dadurch verbessert, daß Verfahrensbedingungen eingesetzt werden, die zur Produktion erheblicher Mengen sowohl an Kohlenwasserstoffgasen als auch an flüssigen Brennstoffen im Vergleich zu den Verfahrensbedingungen ausgelegt sind, die ausschließlich für die Herstellung von entweder Kohlenwasserstoffgasen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen vorgesehen sind. Bei einer integrierten Verflüssigungs-Vergasungsoperation sollte die Verflüssigungszone mindestens 8 oder 10 Gewichtsproaent von gasförmigen Heizstoffen C. bis C, und mindestens 15 bis 20 Gewichtsprozent von flüssigem Brennstoffdestillat zwischen 193 C und 454 ⁰C (380 ⁰F und 850 ⁰F) bezogen auf trockene Speisekohle liefern. Eine Mischung von Methan und Äther wird aufbereitet und als Ferngas verkauft. Eine Mischung von Propan und Butan wird aufbereitet und als Flüssiggas verkauft. Beide Erzeugnisse sind sehr gesuchte Brennstoffe. Heizöl mit einem Siedepunkt im Bereich zwischen 193 C und 454 C (380 F und 850 ⁰F), wie es aus dem Verfahren aufbereitet wird, ist ein hervorragender Kesselbrennstoff, der im wesentlichen frei ist von mineralischen Substanzen und weniger als etwa 0,4 oder 0,5 Gewichtsprozent Schwefel enthält. Schwefelwasserstoff wird in einem sauren Gasentfernungssystem aufbereitet und in elementaren Schwefel überführt.

Der Abgangsschlamm aus der Auflöserzone wird durch einen Dampf /Flüssigkeitseparator zur Entfernung eines Dampfes geleitet, der aus Wasserstoff besteht, Kohlenwasserstoffgasen, Erdöldestillaten und möglicherweise etwas Destillat aus einem Rückstandsschlamm, der Lösungsmittel im Siedebereich, flüssige Kohlefraktion, normalerweise feste gelöste Kohle und suspendierte Mineralrückstände enthält. In dem Dampf/

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Flüssigkeitseparator werden im wesentlichen der gesamte Wasserstoff und im wesentlichen alle Kohlenwasserstoffe, die bei einer Temperatur unterhalb des Siedebereiches aer Lösungsmittelflüssigkeit sieden, einschließlich Kohlenwasserstoffgase und Erdöldestillate über Kopf abgetrieben. Eine geringfügige Menge an Lösungsmitteln wird im Überkopfst rom abgetrieben, während eine kleine Menge an Erdöldestillat im Rückstandsschlamm des Separators zurückbleibt.

Der überflüssige Rückstandsschlamm kann nach den drei folgenden Möglichkeiten aufgeteilt werden. Der erste Teil des überschüssigen Rückstandsschlammes umfaßt etwa zwischen 10 und 75 Gewichtsprozent des gesamten Rückstandsschlammes und wird direkt in den Beschickungsmischbehälter zurückgeführt, wobei der Hydroclon gemäß der vorliegenden Erfindung umgangen wird. Die fühlbare Wärme im überflüssigen Rückstandsschlamm erhitzt die Speisekohle im Mischbehälter und trocknet die Kohle, wenn sie in einem nassen Zustand vorliegt. Der zweite Teil des überschüssigen Rückstandsschlammes besteht aus 15 bis 40 Gewichtsprozent des gesamten Rückstandsschlammes und wird direkt in ein Produktseparationssystem eingeleitet, das Vorrichtungen für die Destillation unter Atmosphärendruck sowie für die Vakuumdestillation zur Entfernung abdestillierter Kohleflüssigkeiten besitzt, die im Bereich von 193 ⁰C und 454 ⁰C (330 ⁰F und 850 ⁰F) sieden, und zwar aus einem konzentrierten Schlamm mit F. 454 C (850 F) aus normalerweise fester gelöster Kohle mit suspendiertem Mineralrückstand. Der dritte Teil des überflüssigen Rückstandsschlammes besteht aus etwa 10 bis 75 Gewichtsprozent des gesamten Rückstandsschlammes und wird durch den Hydroclon gemäß der vorliegenden Erfindung geleitet,

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Der überschüssige Rückstandsschlamm, von dem der erste, zweite und dritte Teil gleiche Abschnitte sind, enthält zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent Feststoffe. Der Abgang aus dem Hydroclon umfaßt Überlaufströme und Unterlaufströme. Der Überlaufstrom des Hydroclons enthält weniger als einen äquivalenten Anteil auf Gewichtsbasis der Hydroclonfeststoffe, während der Unterlauf st rom des Hydroclons mehr als einen äquivalenten Anteil auf Gewichtsbasis der Hydroclonfeststoffe enthält. Der an Feststoffen arme Überlaufstrom des Hydroclons macht im allgemeinen 40 bis 80 Gewichtsprozent des Beschickungsstromes in den Hydroclon aus und enthält zwischen etwa 0,2 und 20 Gewichtsprozent Feststoffe. Der mittlere Teilchendurchmesser der Feststoffe im Überlauf st rom des Hydroclons ist kleiner als der Teilchendurchmesser der Feststoffe im Unterlauf strom und liegt im allgemeinen zwischen 0,5 und 5 Mikrometer (der Gesamtteilchendurchmesser-Bereich liegt etwa bei 0,1 bis 10 Mikrometer)." Der Überlauf strom des Hydroclons wird zum Speisekohlemischbehälter zurückgeführt und zwar entweder unabhängig von oder in Mischung mit dem ersten Teil des überschüssigen Rückstandsschlammes. Der Unterläufst rom des Hydroclons umfaßt im allgemeinen zwischen 20 und 60 Gewichtsprozent des Beschickungsstromes des Hydroclons und enthält zwischen 10 und 50 Gewichtsprozent Feststoffe. Der Unterlauf st rom wird in das Produktseparationssystem entweder unabhängig oder in Mischung mit dem zweiten Teil des überschüssigen Rückstandsschlammes eingeleitet.

Der Hydroclon ist ausgestattet mit einem tangential angeordneten Einlaß und verleiht dem durchfließenden Strom eine Wirbelbewegung. Im wesentlichen werden keinerlei normalerweise dampfförmigen Kohlenwasserstoffe und nur wenig oder

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keine Erdöldestillate in den Hydroclon eingeleitet. Der Hydroclon separiert oder konzentriert die in ihn eingeleiteten Kohlenwasserstoffkomponenten nicht. Mit Ausnahme des Feststoffgehaltes sind daher die Oberlauf ströme und Unterlaufströme ähnlich und weisen etwa die gleiche Zusammensetzung und den gleichen Siedepunktbereich auf, wobei jeder etwa die gleichen Konzentrationen an flüssiger Kohle und normalerweise fester gelöster Kohle enthält, wie er sie im überschüssigen Rückstandsschlamm enthalten hat.

Der Flüssigkohlegehalt mit 193 ⁰C bis 454 ⁰C (380 ⁰F bis 850 F) des zurückgeführten ersten Teiles des Rückstandsschlammes und des rückgeführten Überlauf stromes des Hydroclons enthalten wasserstoff spendende Kohlenwasserstoffe und stellen das Lösungsmittel für den Verflüssigungsprozeß dar. Die mit F. 454 ⁰C (850 ⁰F) normalerweise feste gelöste Kohle, die noch in diesen zurückgeführten Strömen enthalten ist, kann ebenfalls eine gewisse Lösungsmittelfunktion übernehmen. Im allgemeinen werden der erste Teil des Rückstandsschlammes und der Oberlaufst rom des Hydroclons das gesamte Lösungsmittel enthalten, das von dem Verfahren benötigt wird, so daß ein unabhängiger Lösungsmittelrückführstrom nicht erforderlich ist. Sofern es für wünschenswert gehalten wird, kann jedoch ein unabhängiger Lösungsmittelrückführstrom eingesetzt werden. Im wesentlichen sollte die gesamte Flüssigkeit, die unterhalb des Siedebereiches des Lösungsmittels siedet, in dem Dampf/Flüssigkeitseparator über Kopf abgenommen werden, um eine Rückführung und die dabei auftretende "Übercrackung" zu vermeiden. Die Rückführung von Kohlenwasserstoffen, die unterhalb des Siedebereiches des Lösungsmittels sieden, würde eine schlechte Wasserstoffausnutzung bedeuten, eine geringe Selektivität und eine

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uneffiziente Ausnutzung des Reaktorraumes.

Der bereits erwähnte erste Teil des Restschlammes wird nachfolgend als der erste Rückführstrom bezeichnet, während der Überlaufstrom des Hydroclons nachfolgend als der zweite Rückführstrom bezeichnet wird, da er den ersten oder Hauptrückführstrom ergänzt.

Der erste und zweite Rückführstrom sind beide auf erhöhter Temperatur und können beide einen Wärmebeitrag zur Speisekohle im Mischbehälter und zur Entfernung sämtlicher verbleibender Feuchtigkeit in der Speisekohle leisten. Während der erste Rückführstrom (Hydroclon-Umgehungsstrom) im allgemeinen zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent Feststoffe und typischerweise etwa 20 Gewichtsprozent Feststoffe enthalten kann, enthält der zweite Rückführstrom (Hydroclon-Überlauf) im allgemeinen zwischen 0,2 und 20 Gewichtsprozent Feststoffe, typischerweise aber lediglich 0,5 bis 1 Gewichtsprozent Feststoffe. Der mittlere Teilchendurchmesser im ersten Rückflußstrom liegt zwischen 1 und 10 Mikrometer (Gesamtteilchendurchmesser-Bereich liegt etwa zwischen 0,1 bis 40 Mikrometer), während der mittlere Teilchendurchmesser im zweiten Rückflußstrom kleiner ist und zwischen 0,5 und 5 Mikrometer liegt. Das Gewichtsverhältnis vom zweiten zum ersten Rückführstrom kann zwischen 0,1 und 3 liegen und intermittierend oder kontinuierlich zur Regelung des Anteiles der relativ kleinen Feststoffteilchen der insgesamt zurückgeführten Feststoffteilchen eingestellt werden. Im allgemeinen wird der erste Rückführstrom mit einer Rate von 0,2 bis 4 Gewichtsteile des Schlammes pro Gewichtsteil der zugeführten Kohle rückgeführt und der zweite Rückführstrom mit einer Rate entsprechend 0,2 bis 4 Gewichtsteile des

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Schlammes pro Gewichtsteil der zugeführten Rohkohle.

Die Eisensulfide (Pyrit, Magnetkies) sind vermutlich der katalytische Hauptbestandteil, der im rückgeführten mineralischen Rückstand enthalten ist. Die Rückführung dieses Materials verbessert die Umwandlung von normalerweise fester gelöster Kohle zu Flüssigkohle und gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Die Rückführung des mineralischen Rückstandes ist begrenzt, da sie zu einer Viskositätszunahme führt, die die Pumpfähigkeit des Beschickungsschlammes einschränkt. Die vorliegende Erfindung erzielt eine hohe Ausbeute an Flüssigkohle ohne übermäßige Rückführung von mineralischem Rückstand durch Rückführung des Überlaufstromes vom Hydroclon zusätzlich zum ersten oder konventionellen rückgeführten Schlamm. Die mittlere Teilchengröße im Überlauf strom des Hydroclons ist kleiner, weshalb diese Teilchen katalytisch aktiver sind als die im ersten Rückführstrom enthaltenen Feststoffe. Die folgenden Beispiele zeigen, daß der Überlaufstrom des Hydroclons in bezug auf den ersten oder primären Rückführungsstrom außerordentlich unabhängig ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Die nachfolgend dargestellten Tests zeigen die Zugabe von Pyrit und Walzzunder zum Kohleverflüssigungsverfahren, in dem keine Schlammrückführung eingesetzt wird. Bei diesen

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AP C !O G₇₂₁₇ 542 £ I /O4 £ . Jg.. 56 524/12

Tests wird ein Kohlelösungsmittel-Verflüssigungsverfahren ohne Schlammrückführung sowohl ohne Zusatz als auch mit relativ großen Mengen an pulverisiertem Pyrit (FeS₂) betrieben, der durch Waschen der Rohkohle mit Wasser erhalten wurde, sowie mit einer relativ großen Menge an pulverisiertem Walzzunder (Fe_O.). Walzzunder wird auf der Oberfläche von Eisen während des Warmwalzens gebildet. Eisenoxide haben die Neigung, durch Reaktion mit Schwefelwasserstoff innerhalb des Verfahrens in Schwefelverbindungen überführt zu werden. Die Bedingungen und Resultate dieser Tests sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

(Die Daten wurden veröffentlicht in SOLVENT REFINED COAL (SRC) PROCESS, Monthly Report for the Period February, 1978. The Pittsburg & Midway Coal Mining Co., published March 1978, United States Department of Energy. Contract No. EX-76-C-01-496. FE/496-147 UC-90d. Page 14.) Coal Pittsburger Flöz, gewaschen

Druck 135 kp/cm² (1900 psig)

Temperatur 450 ⁰C (842 ⁰F)

Gewichtsverhältn. von Lösungsmittel/Kohle 1,56 Nominelle Verweilzeit des Schlammes 26,6 Minuten

Wasserstoff-Beschik-

kungsrate 1,05 m pro kg Kohle

(33.900 SCF/Tonne)

217542

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AP C 10 G/217 542

524/12

Leistungsdaten

Zusatz

keiner

Pyrit

Pyrit Walzzunder

Gesamtzusatz (Gew.-5S). bezogen auf MF-Kohle

0,0

Gesamteisen (Fe) im Beschickungsschlamm (einschließl. Fe in der Speisekohle und den Zusätzen)(Gew.-%)0,9

Ausbeuten in Gew.-% auf Kohlebasis

Gesamtöl (C₅:454 ⁰C) Normalerweise fest dispergierte Kohle (454 ⁰C)

Unlösliche organische Substanz

4,9 17,7

62,0 6,4

3,0

2,1

4,8

17,8

62,9

6,3

7,5

3,9 5,0

18,4 62,4

6,7

4,25

3,9

4,5

13,6

65,5

7,8

Die Daten von Tabelle 1 zeigen, daß in einem Kohlelösungsmittel-Verflüssigungsverfahren, das ohne Schlammrückführung durchgeführt wird, die Zugabe von relativ großen Mengen an pulverisiertem Pyrit oder Walzzunder die Ausbeuten des Verfahrens nicht verbessert. Die Zugabe von Pyrit hatte keinen wesentlichen Einfluß, während die Zugabe von Walzzunder zu einer Verringerung der Ausbeute an ölfraktion und Kohlenwasserstoff gas mit der gleichzeitigen Erhöhung der Ausbeute an normalerweise fester gelöster Kohle zur Folge hat.

21.4.1980

AP C 10 G/217 542 217542 -21- 56 524/12

Beispiel 2

Es wurden Tests durchgeführt, um den Einfluß des Zusatzes von pulverisiertem Pyrit, der durch Waschen der Rohkohle mit Wasser erhalten wurde, zum Kohleverflüssigungsverfahren zu zeigen, bei dem eine Schlammrückführung eingesetzt wird. Die Bedingungen und Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle dargestellt.

Tabelle 2

$Die Daten wurden veröffentlicht in SOLVENT REFINED COAL (SRC) PROCESS, Monthly Report for the Period March, 1978. The Pittsburg & Midway Coal Mining Co., Published April 1978, United States Department of Energy. Contract No. EX-76-C-01-496. FE/496-148 UC-90d. Page 13.)

Speisekohle Pittsburg-Flöz

(gewaschen)

Nominelle Verweilzeit

in Stunden 0,99 0,99 . 1,01

Kohlenbef	chickungsrate	21	»2	21	,5	21	,3
(kg/hr/m°		(339	,2)	(344)		(340,	8)

Schlammzusammensetzung (im Beschickungsmischbehälter) (Gew.-%) Kohle 29,3 29,7 30,0

Rückgeführter Schlamm (mit Lös.M.)

Zusatz (Pyrit)

Schlammischzusammeηsetzung (im Beschickungsmischbehälter) (Gew.-%) Kohle

Flüssiges Lösungsmittel (193 C bis 454 C)

68,5	69,4	70,0
2,2	0,9	0,0
29,3	29,7	30,0
23,8	20,9	21,5

217542

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AP C 10 G/217 542 56 524/12

Fortsetzung Tabelle 2

Speisekohle	26,4	Pittsburg-Flöz	Ausbeuten, Gew.-^ bezoqen auf MF-Kohle	6,8	6,0	34,3
		(gewaschen)	H2O	4,5a	3,8a
Fest dispergierte Kohle	12,4		Co, CO2, H2S, NH3	17,6	17,2	7,4
(454 0C +)		32,7	l" 4	11,4	9,4
Asche (aus zurückge			Erdöldestillat (C5,193 C)
führtem Schlamm)	5,9	9,6	Mittleres Destillat	7,8	7,9	6,8
Unlösliche organische	2,2		(193-249 °C)			0,0
Substanz (aus dem rückge			Schweres Destillat	25,5	23,6
führten Schäilmm)	4,61	6,2	( > 249 C)			4,71
Zusatz (Pyrit)xx	59,3	0,9	Gesamtöl (C -schweres	44,7	40,9	59,1
WasserstoffbeSchickungsrate			Destillat)
Gew.-% bezogen auf Schlamm	455	4,62	fest dispergierte Kohle	23,5	27,5	455
Volumen/Tonnen Kohle	(157,5)	58,6	(454 °c)			157,5)
Nominelle Auflösertem		unlösliche organische	5,2	5,2
peratur ( C)	455	Substanz	6,2b	6,lb	5,8
Druck (kg/cm )	(157,5) (	Asche	108,5°	106,8°	3,2
	Insgesamt			16,6
	H2 (reagiert,Gasgleichge	5,8	5,8	7,3
	wicht)	94,5	94,4
MAF-Umwandlung, %		6,8
	23,4
37,5
29,8
5,9
6,4
105,2
5,2
93,7

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a) Einschließlich Schwefelwasserstoff aus dem zugesetzten Pyrit.

b) Auf Asche korrigiert, bezogen auf zugesetztes Pyrit.

c) Die Gesamtmenge beträgt wegen des zugesetzten Pyrits nicht gleich 100 + % H₂.

Die Daten in Tabelle 2 zeigen, daß in einem Kohleverflüssigungsverfahren, bei dem eine Schlammrückführung eingesetzt wird, die Zuführung von Pyrit, der durch Waschen der Kohle mit Wasser erhalten wird, einen wesentlichen Einfluß auf das Verfahren ausübt. Die Daten zeigen, daß bei 0,0, 0,9 und 2,2 Gewichtsprozent zugesetztem Pyrit die Ausbeuten an minderwertiger, normalerweise fester gelöster Kohle 29,8; 27,5 bzw. 23,5 Gewichtsprozent betragen und die gesamte Ausbeute des hochwertigen C -Destillates 37,5; 40,9 bzw. 44_f7 Gewichtsprozent betragen. Der Zusatz von Pyrit übt daher einen besonders vorteilhaften Einfluß in einem Kohlelösungsmittel-Verflüssigungsverfahren unter Einsatz der Schlammrückführung aus. Im Gegensatz dazu zeigen die Daten in Tabelle 1, daß der Zusatz von besonders großen Mengen an Pyrit keinen wesentlichen Einfluß in einem Verfahren ausübt, bei dem eine Schlammrückführung nicht zum Einsatz kommt.

Die Daten der Tabellen 1 und 2 zeigen daher, daß der Einsatz eines rückgeführten Schlammstromes mit zugesetztem Pyrit eine erhöhte katalytische Wirksamkeit hat, während der zugesetzte Pyrit katalytisch nicht wirksam ist, wenn auch bei größeren Zugaben von einer Schlammrückführung abgesehen wird,

Beispiel 3

Es wurden Daten zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung aufgenommen, die als Teilchendurchmesser in Mikrometer aus-

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gedrückt wurde, und zwar von Pyrit und Walzzunder, die in den Tests der Beispiele 1 und 2 beim Kohleverflüssigungsverfahren eingesetzt wurden. Ebenfalls wurden Daten aufgenommen, um das spezifische Gewicht und die Korngrößenverteilung der Mineralteilchen zu zeigen (die Teilchen des Mineralrückstandes umfassen anorganische Mineralien plus ungelöster organischer Substanz), die von der Speisekohle in zwei typischen Kohleverflüssigungsverfahren herrühren, bei denen eine Schlammrückführung nicht zum Einsatz kam

Schließlich wurden noch Daten aufgenommen, um die Teilchengrößenverteilung und das spezifische Gewicht von Teilchen des Mineralrückstandes zu zeigen, der aus der Speisekohle herrührte und im Abgang eines typischen Kohleverflüssigungsverfahrens unter Einsatz von Schlammrückführung enthalten war. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 3 gezeigt,

217542

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AP C 10 G/217 542

56 524/12

Tabelle 3

Gewichtsprozentteilchen in der angezeigten Größe

Unter der angezeigten Größe - 0 in Mikrometer

Walzzunder Pyrit pulv. pulv.

Mineralrück- Mineralrückstand aus d, stand aus d. Speisekohle Speisekohle in Verfahren in Verfahren ohne Schlamm- mit Schlammrückführung rückführung

A B

0,5 Mikrometer	0,5 %	11	1	,5	% 2,5 %	"7 C/ ' /0
1	1,5	16,5	7	,5	8,5	15
2	7,5	22	25		26	36
3	15	26	43		40	56
4	23	29	55		50	70
5	31	38	63		56	80
8	52,5	42	72		64	93
10	65	58	73		67	96
20	94	70	77		72	99
30	99		79		77	100
Mittleres spez.		4,17
Gewicht d.Teil chen (g/cm ) bei 30 C	5,38		2,	48	2,66	1,9
Spezifisches Gewicht d.Test flüssigkeit		1,08
(g/cm3)bei 30 0C	1,08	1,	08	1,08	1,12

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AP C 10 G/217 542 £1/041 _ 26- 55 524/12

Tabelle 3 zeigt, daß die Teilchen des Walzzunders, wie sie in dem Verfahren der Kohleverflüssigung in den Tests der Tabellen 1 und 2 zugeführt werden, eine etwas größere Teilchengröße und die zugesetzten Pyritteilchen eine nur wenig größere Teilchengröße aufweisen, als die typische Teilchengröße der Teilchen des Mineralrückstandes, die aus der Speisekohle in einem Kohleverflüssigungsverfahren ohne Schlammrückführung erzeugt werden. Tabelle 3 zeigt weiterhin, daß die Teilchen des Mineralrückstandes, die aus der Speisekohle erzeugt werden, und im Abgang eines Verfahrens unter Einsatz d'er Schlammrückführung enthalten sind, kleiner sind als die Teilchen des Mineralrückstandes, die aus der Speisekohle in einem Verfahren erzeugt werden, bei dem eine Schlammrückführung nicht zum Einsatz kommt. Tabelle 3 zeigt schließlich, daß sich der größte Unterschied zwischen dem spezifischen Gewicht eines durchschnittlichen Teilchens und dem spezifischen Gewicht der Testflüssigkeit (das nahe dem spezifischen Gewicht der flüssigen Kohlefraktion ist, die diese Teilchen normalerweise.begleitet) im Falle des zugesetzten Walzzunders und Pyrit zeigt, ein kleinerer Unterschied zwischen diesen spezifischen Gewichten im Falle des Mineralrückstandes zum Ausdruck kommt, der aus der Speisekohle in einem Kohleverflüssigungsverfahren mit verringerter Schlammrückführung erzeugt wird, und daß die kleinste Differenz zwischen diesen spezifischen Gewichten in einem Kohleverflüssigungsverfahren auftritt, bei dem keine Schlammrückführung zum Einsatz kommt.

Beim Betrieb eines Hydroclons zur Trennung kleiner und großer Teilchen tritt die größte Antriebskraft zur Trennung auf, wenn die kleinen Teilchen mit einem geringen Gradienten des spezifischen Gewichts im Vergleich zu der gleichzeitig auf-

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tretenden Flüssigkeit von den großen Teilchen mit einem starken Gradienten des spezifischen Gewichts entfernt werden. Die Daten von Tabelle 3 zeigen, daß ein Kohleverflüssigungsprozeß unter Einsatz der Schlammrückführung Teilchen mit geringerer Teilchengröße und geringerem Gradienten des spezifischen Gewichts erzeugt, als ein ähnlicher Prozeß, dem eine Schlammrückführungsstufe fehlt. Die Daten der Tabelle zeigen damit, daß zugesetzte Eisenverbindungen in den Tests von Beispiel 2 eine katalytische Aktivität zeigen, nicht aber in den Tests von Beispiel 1, da der Rückführungsschritt die Teilchengröße der zugesetzten Feststoffe reduziert. Offensichtlich fördert der Rückführungsschritt die chemische Reaktion zwischen anorganischen Mineralien und Schwefelwasserstoff, Wasserstoff oder Stoffen aus der Reaktionsumgebung, die die Neigung haben, die Teilchengröße, Dichte und Zusammensetzung der suspendierten und potentiell katalytischen Teilchen zu ändern„

Erfindungsgemäß werden die zugegebenen Teilchen der potentiellen katalytischen Stoffe wie Eisensulfide, die katalytisch nicht wirksam sind oder von minimaler katalytischer Wirksamkeit in einen hochkatalytischen Zustand versetzt, wenn eine Verringerung der Teilchengröße und/oder des spezifischen Gewichts oder eine Umwandlung in einen chemisch aktiveren Zustand unter dem Einfluß der wiederholten Rückführung erfolgt. Die katalytische Aktivität eines festen Katalysators erhöht sich mit größer werdender Teilchenoberfläche, und die äußere Oberfläche vergrößert sich, wenn der Teilchendurchmesser abnimmt. In einem Kohleverflüssigungsverfahren mit einem einmaligen Durchlauf sind die zugegebenen Teilchen von Walzzunder oder Pyrit offensichtlich

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in der Größe, wie sie zugegeben werden und damit zu groß, um katalytische Wirksamkeit zu haben. Unter dem Einfluß wiederholter Rückführung in den Tests der Tabelle 2 haben sich die Teilchengröße und die Dichte der zugegebenen Pyritteilchen offensichtlich verringert und sich in einen chemischen Zustand umgewandelt, in dem sie katalytisch aktiv oder zumindest katalytisch wesentlich aktiver im Vergleich zu dem mineralischen Rückstand sind, der aus der Gangart der Speisekohle erzeugt wird.

In der vorliegenden Erfindung wird ein Hydroclon eingesetzt, um den ent-deckten Einfluß der Rückführung auf Teilchengröße und spezifisches Gewicht der rückgeführten katalytischen Teilchen zu verstärken. Die betreffenden katalytisch wirkenden Teilchen können aus der Speisekohle erzeugt Werden oder zugesetzt werden. Mit dem Hydroclon wird eine bevorzugte Rückführung relativ kleiner Teilchen erreicht, insbesondere derjenigen, die eine relativ kleine Differenz Teilchenschwere aufweisen, um die Konzentration dieser Teilchen innerhalb des Verfahrens zu erhöhen.

Es ist die Entdeckung des Einflusses, der durch den Rückführungsstrom auf die zugegebenen oder in situ erzeugten Teilchen bei einem Kohleverflüssigungsverfahren ausgeübt wird, wie er in Tabelle 3 dargestellt wurde, die diesen Vorteil auszubauen gestattet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hydroclon parallel mit einem primären Schlammrückführungsstrom betrieben und ein Hydroclon-Überlaufstrom parallel oder in Mischung mit dem primären Rückführungsstrom rückgeführt. Der Hydroclon-Überlaufst rom konzentriert selektiv für die Rückführung die relativ kleinen Teilchen mit geringer Dichte des Zusatzes oder des

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mineralischen Rückstandes und hält selektiv größere Teilchen mit höherer Dichte aus der Kohleverflüssigungszone zurück. Der Hydroclon-Überlaufstrom erhöht dadurch selektiv den Anteil der relativ kleinen Teilchen der Gesamtfeststoffe im gesamten rückgeführten Schlamm sowie in der Verflüssigungszone, in dem der mittlere Durchmesser der Teilchen im rückgeführten Schlamm reduziert wird.

Ob die katalytischen Feststoffe einen zugesetzten mineralischen Stoff oder mineralischen Rückstand enthalten, der aus der Speisekohle erzeugt wird, oder beide, so nutzt das erfindungsgemäße Verfahren eine entdeckte induzierte Reduktion der mittleren Teilchengröße dieser Feststoffe und verstärkt diesen Effekt, um eine Verbesserung der katalytischen Aktivität der Feststoffe zu erreichen. Der Effekt der induzierten Teilchengrößenverringerung wird durch die voneinander abhängige Operation eines Primärstromes von rückgeführtem Schlamm und eines Hydroclon-Überlaufstromes des zurückgeführten Schlammes verstärkt. Diese Rückführungsströme fließen parallel und außerhalb der Verflüssigungszone. Damit diese Rückführungsströme voneinander abhängig sind, um die Teilchengrößenverringerung der Verfahrensfeststoffe zu verstärken, müssen die Feststoffe eine ausreichend kleine Teilchengröße aufweisen, um im wesentlichen ohne dauerhafte Ansammlung von Feststoffen innerhalb des Reaktors in den Verfahrensschlämmen gehalten und mitgeführt zu werden. Die dauerhafte Ansammlung oder Ablagerung von Feststoffen innerhalb des Reaktors (z. B. ein festes Katalysatorbett) würde einen ineffizienten Verbrauch von Reaktorraum durch relativ große Teilchen bedeuten, deren Unfähigkeit, aus dem Reaktor herauszufließen, ihren günstigen Einfluß im Sinne der Erfindung verhindern. Darüber hinaus können relativ

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große Teilchen, die permanent im Reaktor bleiben, die Neigung haben, ihre Teilchengröße durch Ablagerung kleinerer Umlaufteilchen auf ihnen zu vergrößern, so daß die Zurückhaltung der Feststoffe innerhalb des Reaktors einen Einfluß auf die Teilchengröße ausüben kann, der dem teilchengrößenverringernden Effekt des vorliegenden Verfahrens entgegengerichtet ist.

Die voneinander abhängende Operation eines Primärstromes von Rückführungsschlamm und ein Hydroclon-Übergangsstrom von Rückführungsschlamm reduziert den mittleren Durchmesser der Teilchen der Feststoffe und liefert dadurch einen verstärkten katalytischen Effekt innerhalb des Verfahrens bei einer vorgesehenen Rückführungsrate der Gesamtfeststoffe. Der verstärkte katalytische Effekt kann dazu führen, eine erhöhte Ausbeute an flüssiger Kohlefraktion bei einer vorgegebenen Rückführungsrate der Gesamtfeststoffe zu liefern. Durch den erfindungsgemäß reduzierten Teilchendurchmesser innerhalb des Verfahrens kann eine konstante katalytische Aktivität erhalten bleiben, auch wenn eine reduzierte Rückführungsrate der Stoffe angewandt wird. Mit einem vorgegebenen, begrenzten Feststoffanteil im Speisekohlenmischbehälter ermöglicht die letztere Verkörperung eine Erhöhung der Speisekohlezufuhr und dadurch eine erhöhte Anlagenkapazität.

Damit die rückgeführten Mineralien ihren ganzen Einfluß auf das Verflüssigungsverfahren zur Wirkung kommen lassen, ist es erforderlich, daß die Mineralien sowohl durch die Vorerhitzerzone als auch durch die Auflöserzone des Verflüssigungsverfahrens rückgeführt werden. Das Kohleverflüssigungsverfahren beginnt in der Vorerhitzerzone und wird in der Auflöserzone aufrechterhalten. Die stärkste Speisekohlen-

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auflösung erfolgt innerhalb der Vorerhitzerzone. Es werden freie Radikale gebildet und mit Wasserstoff in der Vorerhitzerzone abgefangen, da hier die Depolymerisationsreaktionen auftreten. Aufgelöste, normalerweise feste Kohle unterliegt der Hydrocrackung zu flüssiger Kohle und Wasserstoffgasen in der Auflöserzone. Da der größte Anteil der Auflösung von Rohkohle in der Vorerhitzerzone erfolgt, werden die meisten Teilchen des Mineralrückstandes aus der Kohlegangart in der Vorerhitzerzone freigelassen, während in der Auflöserzone die Teilchen des Mineralrückstandes die Hydrocrackung von normalerweise fest dispergierter Kohle katalysieren, die in der Vorerhitzerzone zu Flüssigkohleanteil und Kohlenwasserstoffgase überführt wird.

Baispiel 4

Die nachfolgenden Daten zeigen, daß der Durchmesser der Teilchen des Mineralrückstandes, ausgedrückt in Mikrometern, die aus der Kohlegangart einer Speisekohle innerhalb eines Kohleverflüssigungsyerfahrens gebildet werden, unabhängig von dem Einfluß eines Schlammrückführungsstromes charakteristisch für die Speisekohle ist. Die Daten der Tabelle zeigen die Korngrößenverteilung der Teilchen des Mineralrückstandes, die während der Lösungsmittelverflüssigung einer Kohle aus dem Pittsburg-Flöz sowie einer Kentucky-Kohle in unabhängigen Verfahren erzeugt werden, bei dem eine Schlammrückführung nicht zum Einsatz kam.

Tabelle 4

(Aus einer Graphik, die veröffentlicht wurde von Electric Power-Institut in SEC QUARTERLY REPORT Nr. 1, Analysis of Operations Runs 62 through 70, 1 Oanuary to 31 March 1976. Solvent Refined Coal Pilot Plant. Published 25 Dune 1976. Page 122.)

	32 -	21.4.1980
	in Vol.-% zur	AP C 10 G/217 542
217542 -		56 524/12
Teilchengrößenanteil	Kentucky-Kohle Vol.-SS	angezeigten Teilchen-
größe	9
Teilchengröße in Mikrometer	40	Kohle aus dem Pittsburg-Flöz Vol.-&
2 Mikrometer	71	5,5
3	88	12
4	93	18
5	98	25
6	99	30
IO	99,3	51
15	70
20	82

Die Daten der Tabelle 4 zeigen, daß der Anteil der Teilchen in Volumenprozent mit einem Durchmesser von unterhalb 5 Mikrometer bei der Kentucky-Kohle im Vergleich zur Kohle aus dem Pittsburg-Flöz um das Dreieinhalbfache höher ist. Es ist allgemein bekannt, daß das Produkt der Lösungsmittelverflüssigung einer Kentucky-Kohle eine relativ höhere Ausbeute an Flüssigkohleanteil in bezug auf normalerweise feste gelöste Kohle hat, wenn man ihm das Produkt der Lösungsmittelverflüssigung von Kohle aus dem Pittsburg-Flöz überstellt.

In einer unabhängigen Verkörperung der Erfindung wird zur Isolierung und Verstärkung eines katalytischen Effektes von kleineren Teilchen ein Hydroclon eingesetzt, wobei diese Teilchen aus einer Vielzahl von Speisekohlen erzeugt werden. Die kleineren Teilchen aus einer der Speisekohlen erzeugten Mineralrückstände konzentrieren sich im Überlaufstrom des

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Hydroclons, während die von einer anderen Speisekohle gebildeten größeren Teilchen im Unterlaufstrom des Hydroclons konzentriert werden. Der folgende Aufbau von relativ kleinen, katalytisch wirksamen Teilchen im Rückführungsschlamm macht es möglich, daß das Gesamtgewicht des Mineralrückstandes, der rückgeführt wird, mit einer vorteilhaften Auswirkung auf die Verfahrensausbeuten verringert werden kann. In dieser Verkörperung der Erfindung wird eine Vielza&l von Kohlebeschickungen in das Verfahren eingeführt, worin der mittlere Durchmesser der Teilchen des Mineralrückstandes, die aus der Gangart einer der Speisekohlen gebildet werden, wesentlich kleiner ist als der mittlere Durchmesser der Teilchen des Mineralrückstandes, die aus der Gangart der übrigen Speisekohlen gebildet werden. Der Hydroclon erhöht den Anteil der kleineren Teilchen des Mineralrückstandes im Rückführungsstrom, so daß die Konzentration der Teilchen des in das Verfahren rückgeführten Mineralrückstandes, wie sie sich aus einer der Speisekohlen ergeben, erhöht wird. In dieser Verkörperung der Erfindung umfaßt der Kohleanteil, aus dem die kleinen Teilchen herrühren, mindestens fünf oder zehn Gewichtsprozent und möglichst mindestens 20, 30 oder 50 Gewichtsprozent auf Trockenbasis der Gesamtspeisekohle für das Verfahren. Der verbleibende Anteil an der gesamten Speisekohle umfaßt eine oder mehrere Speisekohlen, die mineralische Rückstandsteilchen mit einer größeren oder verschiedenen mittleren Teilchengröße liefern.

In einer weiteren unabhängigen Verkörperung der Erfindung werden ein katalytischer Feststoff oder Feststoffe von außen zu einem Kohlelösungsmittel-Verflüssigungsverfahren mit einer mittleren Teilchengröße im Beschickungszustand züge-

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setzt, die kleiner ist als die mittlere Teilchengröße (Durchmesser) der Teilchen, die in situ aus der Gangart der Speisekohle bei einem einmaligen Durchlauf ohne die Zuhilfenahme von Rückführungsschlamm erzeugt wird. Pyrit, der aus dem Waschen der Speisekohle für das Verfahren mit Wasser oder dem Waschen einer Kohle eines anderen Abbaues erhalten wurde, stellt einen geeigneten, äußeren katalytischen Feststoff dar, Kohlen werden oftmals einer Wasserwäsche unterzogen, um ihren Schwefelgehalt herabzusetzen, da eine Kohle durch Zurückextraktion bei der IVasserwäsche Schwefel verliert. Obgleich eisenhaltige Stoffe die Neigung zu einer katalytischen Aktivität zeigen, lassen sich auch andere katalytisch aktive Zusätze einsetzen, die Metalle der Gruppen VI und VIII enthalten. Der mittlere Durchmesser im Beschickungszustand derartiger Fremdteilchen ist vorteilhaft kleiner als 3 Mikrometer und vorzugsweise kleiner als 1 oder 2 Mikrometer. Ein besonders vorteilhafter mittlerer Teilchengrößenbereich im Beschickungszustand liegt unterhalb von zwei Mikrometern und kann zwischen etwa 0,1 und 1 Mikrometer betragen. Die relativ kleine Teilchengröße der Fremdteilchen macht es möglich, daß sie in dem Hydroclon-Oberlaufstrom in einem größeren Gewichtsanteil isoliert werden, als ein äquivalenter Gewichtsanteil dieser Teilchen im Beschickungszustand zum Mineralrückstand, der aus der Speisekohle erzeugt wird. Somit besteht ein kooperativer Effekt zwischen der relativ geringen Teilchengröße der katalytischen Fremdstoffe und dem Ausweichen auf den Hydroclon.

Die Teilchengröße der Fremdstoffe kann vor der Einführung in das Verfahren durch mechanische Vorrichtungen reguliert werden, wie beispielsweise durch Pulverisieren oder Mahlen oder durch chemische Vorrichtungen, wie beispielsweise durch

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Auflösung und Ausfällung. "

Die Fremdstoffe können so ausgewählt werden, daß während der wiederholten Rückführung unter Verfahrensbedingungen die Feststoffe unter Zerfall Teilchen bilden, deren mittlerer Durchmesser so klein ist wie oder kleiner ist als der mittlere Durchmesser der Teilchen, die bei der Rückführung des Mineralrückstandes aus der Speisekohle erzeugt werden. Der mittlere Teilchendurchmesser der Fremdstoffe im Beschickungszustand dieses Typs kann größer sein als der mittlere Durchmesser der rückgeführten Teilchen, die aus der Speisekohle erzeugt werden, obgleich der mittlere Durchmesser im Beschickungszustand ebenfalls kleiner sein kann oder der gleiche sein kann wie der mittlere Durchmesser der rückgeführten Teilchen, die aus der Speisekohle erzeugt werden. Innerhalb des Verfahrens können beim Zerfall der Fremdfeststoffe bei wiederholter Rückführung zahlreiche Reaktionen auftreten. Von außen zugesetzter Pyrit kann beispielsweise einen Zerfall bei wiederholter Rückführung einer Reduktionsreaktion unterliegen:

^H2 FeS₂ ^ FeS + H₂S.

Weitere Zerfallreaktionen, bei denen Pyrit oder andere Zusätze beteiligt sind, können auftreten. Eisenoxide können beispielsweise bei der wiederholten Rückführung bei SuIfidierungsreaktionen Eisen(III)sulfid bilden, wonach sich im Verlaufe von Reduktionsreaktionen Eisen(II)sulfide bilden können.

Beispiel 5

Die Daten der Tabelle 2 zeigen, daß bei einem Kohleverflüssigungsverfahren unter Einsatz der Schlammrückführung

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die Zugabe von Pyrit in unterschiedlichen Mengen oder, was das gleiche ist, die Rückführung eines Hydroclon-Überlaufstromes in unterschiedlichen Raten mit einem Gehalt an kleinen Teilchen von mineralischem Rückstand eine Verringerung der Menge an normalerweise fester gelöster Kohle im Speisemischbehälter bewirkt. Da die normalerweise feste gelöste Kohle im Speisemischbehälter direkt aus dem rückgeführten Schlamm kommt und da der nicht rückgeführte Anteil dieses Rückführungsschlammes die kohlenwasserstoffhaltige Beschickung für eine Vergasungszone ausmacht, die mit der Verflüssigungszone in der bereits beschriebenen Weise zusammengefaßt wird, spiegelt sich die verringerte Konzentration von normalerweise fester gelöster Kohle im Speisemischbehälter durch eine verringerte Beschickung an normalerweise fester gelöster Kohle für den Vergaser wider. Eine derartige Vergaserbeschickung ist, wie bereits erwähnt, besonders vorteilhaft, da ein hoher Wärmewirkungsgrad in einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahren geringere Erträge an normalerweise fester gelöster Kohle erfordert, als sie gelegentlich in einem Kohleverflüssigungs-Verfahren erreichbar sind, der mit beeinträchtigter Pumpfähigkeit des Schlammes zu kämpfen hat.

Die Daten der Tabelle 2 zeigen daher, daß die vorliegende Erfindung mit großem Vorteil bei einem integrierten Kohleverf lüssigungs-Vergasungsverf ahren eingesetzt werden kann, in dem ein gewisser Teil der Aufschlämmung an normalerweise fester gelöster Kohle rückgeführt wird und der übrige Teil den Beschickungsschlamm für den Vergaser darstellt. Nach den Verfahren des bisherigen Standes der Technik weisen der rückgeführte Schlamm und der Beschickungsschlamm des Vergasers eine äquivalente Teilchengrößenverteilung auf. In dem

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erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch die suspendierten Teilchen in der Aufschlämmung der normalerweise festen gelösten Kohle zumindest teilweise hinsichtlich der Teilchengröße entmischt, wobei der rückgeführte Schlammanteil relativ reicher an kleineren Teilchen ist und der Schlammanteil für die Vergaserbeschickung relativ reicher an größeren Teilchen und zwar im Vergleich zur Teilchengrößenverteilung des nicht aufgeteilten Produktschlammes. Die Differenzierung der Teilchengröße in den Schlammpartikeln verleiht der Steuerung eines integrierten Verflüssigungs-Vergasungsverfahrens eine neuartige Unabhängigkeit, wodurch die Verminderung der Ausbeute an normalerweise fester gelöster Kohle in einem Verfahren möglich ist, dessen Feststoffkonzentration durch die beschränkte Pumpfähigkeit begrenzt ist.

Fig. 2 enthält die schematische Darstellung eines integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsverfahrens, der die hierin beschriebenen Merkmale verkörpert. Wie in Fig. 2 dargestellt wurde, wird pulverisierte, nasse Rohkohle durch eine Leitung 1 in die Kohlevertrocknungszone 2 geschieht. Im Bedarfsfall kann eine nasse Rohkohle, die relativ kleine Teilchen an Mineralrückstand bei der Auflösung liefert, ebenfalls durch Leitung 112 zugegeben werden. Die Wärmezufuhr zur Vortrockungszone 2 erfolgt durch Leitung 3, wobei der durch die Trocknung der Kohle erhaltene Wasserdampf über Leitung 4 entfernt wird. Die teilweise getrocknete Speisekohle wird durch die Leitung 5 zum Mischbehälter 6 geschickt, der mit Hilfe eines Rührwerkes 7 gerührt wird. Im Bedarfsfall kam in den Behälter 6 über Leitung 114 ein katalytischer Zusatz wie Pyrit zugegeben werden, dessen Teilchen einer Umwandlung zu einem kleineren mittleren Durchmesser unterliegen oder

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bereits durchgemacht haben, als der Mineralrückstand, der entweder durch eine oder beide Speisekohlen erzeugt wird. Der Mischbehälter 6 wird unter einem Druck von etwa 0,076 mWS (3 Inch) gehalten. Die Temperatur im Mischbehälter liegt zwischen 150 ⁰C und 260 ⁰C (300 ⁰F und 500 ⁰F). Die Wärmezufuhr zum Mischbehälter 6 erfolgt mit Hilfe eines rückgeführten Schlammes, der ein heißes Lösungsmittel enthält und durch die Leitung 14 zugegeben wird. Der Rückführungsschlamm in Leitung 14 ist im wesentlichen frei von Kohlenwasserstoffen, die unterhalb der Temperatur im Mischbehälter 6 sieden. Eine im wesentlichen vollständige Trocknung der Speisekohle wird im Behälter 6 erreicht. Der durch die Trocknung der Speisekohle zusammen mit anderen Gasen gebildete Wasserdampf wird durch Leitung 8 zur Wärmewiedergewinnungszone 9 abgeblasen. Die Wärme wird in Zone 9 mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit wiedergewonnen, wie beispielsweise bei Kesselspeisewasser, die durch die Leitung 10 geschickt wird. Das Kondensat wird aus der Zone 9 durch die Leitung 11 abgezogen, während Schwefelwasserstoff und irgendwelche anderen, eingeschlossenen Kohlenwasserstoffgase über Leitung 12 wiedergewonnen werden.

Etwa 1,5 bis 4 Gewichtsteile des rückgeführten Schlammes, bezogen auf den Anteil an trockener Speisekohle, werden in den Mischbehälter 6 über die Leitung 14 gegeben. Der Abgangsschlamm des Mischbehälters in Leitung 16 ist im wesentlichen wasserfrei und liegt unterhalb einer Feststoff-Konzentrationsgrenze-r

Der Schlamm in Leitung 16 wird gepumpt mit Hilfe einer Kolbenpumpe 18 und zugemischt mit rückgeführtem Wasserstoff, der durch die Leitung 20 eintritt, sowie mit Frischwasserstoff,

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der durch die Leitung 92 vor der Passage durch den Röhrenvorerhitzerofen 22, von wo aus er über die Leitung 24 zur Auflöserzone 26 abgegeben wird.

Die Temperatur der Reaktionsteilnehmer in der Vorerhitzer-Ausgangsleitung 24 beträgt etwa 371 ⁰C bis 404 ⁰C (700 ⁰F bis 760 ⁰F). Bei dieser Temperatur ist die Kohle teilweise in dem rückgeführten Lösungsmittel aufgelöst, die Teilchen des Mineralrückstandes sind aus der Kohlegangart freigesetzt, und die Reaktionen der exothermen Hydrierung und Hydrocrackung haben gerade eingesetzt. Während die Temperatur des Schlammes allmählich mit der Länge der Röhren im Vorerhitzer 22 steigt, befindet sich der Schlamm innerhalb der Auflöserzone 26 durchweg im allgemeinen auf einer gleichförmigen Temperatur.

Die durch die Reaktionen der Hydrierung und Hydrocrackung erzeugte Wärme erhöht die Temperatur der Reaktionsteilnehmer auf einen Bereich von 339 ⁰C bis 466 ⁰C (840 ⁰F bis 870 ⁰F). An einer Vielzahl von Stellen wird der Wasserstoff zur Abschreckung durch die Leitung 28 in die Auflöserzone 26 eingeführt, um die Reaktionstemperatur zu regeln und das Einsetzen der exothermen Reaktionen zu erleichtern. Das Verhältnis von Gesamtwasserstoff zur trockenen Speisekohle beträgt etwa 1,24 m /kg.

Der Abgang der Auflöserzone passiert die Leitung 29 zum Dampf-Flüssigkeitabscheidersystem 30. Der aus diesen Separatoren über Kopf abgehende heiße Dampf wird in einer Reihe von Wärmeaustauschern und zusätzlichen Dampf-Flüssigkeitsseparationsstufen gekühlt (nicht gezeigt) und über Leitung 32 abgenommen. Das flüssige Destillat des Dampf-

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Flüssigkeitsabscheiders 30 passiert die Leitung 34 zu einer Fraktionierkolonne 36 unter Atmosphärendruck. Das nicht kondensierte Gas in der Leitung 32 setzt sich aus nicht reagiertem Wasserstoff, Methan und anderen leichten Kohlenwasserstoffen zusammen, plus Schwefelvvasserstoff und Kohlendioxid. Der in der Sauergasgewinnungsanlage 38 wiedergewonnene Schwefelwasserstoff wird zu elementarem Schwefel umgewandelt, der über die Leitung 40 abgezogen wird. Ein Teil des gereinigten Gases wird durch die Leitung 42 zur Weiterverarbeitung im Gefrierabscheider 44 geleitet, um den größten Teil .von Methan und Äther als Ferngas abzunehmen, das durch Leitung 46 geleitet wird, sowie für die Entfernung von Propan und Butan als Flüssiggas, das durch Leitung geschickt wird. Der gereinigte Wasserstoff (90 % rein) in Leitung 50 wird gemischt mit dem verbleibenden Gas aus der sauberen Gasbehandlungsstufe in Leitung 52 und stellt den Rückführungswasserstoff für das Verfahren dar.

Der Rückführungsschlamm aus dem Dampf-Flüssigkeitsabscheider 30 wird durch die Leitung 55 geschickt und in den Leitungen 56 und 57 in zwei Schlammströme unterteilt. Der Strom in Leitung 56 umfaßt den primären Rückführungsschlamm und enthält Lösungsmittel, normalerweise feste gelöste Kohle und katalytischen Mineralrückstand. Der Strom in Leitung 56 enthält zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent Mineralrückstand. Die Teilchen des Mineralrückstandes im Strom in Leitung weisen einen mittleren Durchmesser zwischen etwa 1 und .Micrometer auf. Diese liegen zwischen etwa 0,2 und 4 Gewichtsteilen des Stroms in Leitung 56, bezogen auf den Gewichtsanteil an trockener Speisekohle. Von dem nicht rückgeführten Schlamm, der durch die Leitung 57 geleitet wird, wird ein Teil durch die Leitung 58 zur Fraktionierkolonne

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für die Trennung der Hauptbestandteile des Verfahrens geschickt. Ein weiterer Teil des nicht rückgeführten Schlammes wird durch Leitung 59 geschickt und gelangt tangential in den Hydroclon 60, worin er getrennt wird, um den feststoffarmen Überlauf st rom, der durch Leitung 61 geschickt wird, und einen feststoff reichen Unterlaufstrom, der durch Leitung 62 geschickt wird. Der feststoffarme Überlaufst rom enthält zwischen etwa 0,2 und 10 Gewichtsprozent Mineralrückstand mit einem mittleren Durchmesser zwischen etwa 0,5 und 5 Mikrometer. Dieses sind etwa 0,2 bis 4 Gewichtsteile des Stromes in Leitung 61, bezogen auf den Gewichtsanteil an trockener Speisekohle. Die Ströme in den Leitungen 56 und 61 werden beide in der Leitung 14 für die Rückführung zum Speisemischbehälter 6, wie bereits gezeigt, vereinigt oder können unabhängig voneinander zum Mischbehälter 6 zurückgeführt werden. Die Temperatur des Stromes in den Leitungen 56 und 61 liegt oberhalb der Temperatur im Mischbehälter 6, so daß sie erwärmen und im wesentlichen das gesamte Wasser in der Kohle im Mischbehälter 6 entfernen können. Die Ströme in den Leitungen 57 und 62 werden in der Leitung 58 vereinigt und gelangen in die Fraktionierkolonne 36. Der Schlamm in der Fraktionierkolonne 36 wird bei Atmosphärendruck destilliert, um über Kopf den Erdöldestillatstrom über die Leitung 63 abzunehmen, einen mittelschweren Destillatstrom durch die Leitung 64 und am Boden einen Strom durch die Leitung 66. Der Bodenstrom in der Leitung 66 gelangt in den Vakuumdestillationsturm 68. Eine Mischung aus im Atmosphärenturm aufbereitetem Heizöl aus der Leitung 64 und einem im Vakuumturm 68 aufbereiteten mittelschweren Destillat aus der Leitung 70 macht den Hauptbestandteil des Heizöls für das Verfahren aus und wird über die Leitung 72 erhalten. Die unteren

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Fraktionen des Vakuumturms 68 bestehen aus der gesamten, normalerweise festen gelösten Kohle, aus ungelöster organischer Substanz und anorganischen mineralischen Stoffen im wesentlichen ohne jede Destillatflüssigkeit mit F. 193 °C bis 454 ⁰C (380 ⁰F bis 850 ⁰F) oder Kohlenwasserstoff gehalten. Sie werden durch die Leitung 74 direkt in die partielle Oxydationszone des Vergasers 76 geleitet. Der stickstofffreie Sauerstoff für den Vergaser 76 wird in einer Sauerstoffanlage 78 aufbereitet und in den Vergaser 76 über die Leitung 80 geleitet. Der Dampf wird in den Vergaser 76 durch die Leitung 82 geschickt. Der Mineralgehalt der Speisekohlen, die über die Leitungen 1 und 112 zugegeben werden, sowie der durch die Leitung 114 zugeführte Pyrit werden aus dem Verfahren als inerte Schlacke durch die Leitung 84 entfernt, die sich am Boden des Vergasers 76 befindet. Das Synthesegas wird im Vergaser 76 produziert und ein Teil davon durch die Leitung 86 zur Verdrängungsreaktion in den Reaktor 88 geleitet, worin Dampf und Kohlenmonoxid umgewandelt werden zu Wasserstoff und Kohlendioxid und danach in eine Sauergasentfernungszone 89 zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid. Gereinigter Wasserstoff (90 bis lOO%ig rein) wird mit Hilfe eines Kompressors 90 komprimiert und durch die Leitung 92 als Frischwasserstoff für die Vorerhitzerzone 22 und die Auflöserzone 26 abgeführt.

Der Verfahrenswirkungsgrad läßt sich verbessern, wenn die Menge des im Vergaser 76 produzierten Synthesegases nicht nur ausreichend ist für die Bereitstellung von sämtlichem molekularem Wasserstoff, der für das Verfahren benötigt wird, sondern auch für die Befriedigung des gesamten Wärme- und Energiebedarfs des Verfahrens ohne eine Methanierung oder

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andere Umwandlungsstufe. An dieser Stelle wird der Anteil des Synthesegases, der nicht in den Verdrängungsreaktor eingegeben wird, durch die Leitung 94 zu einer Sauergasentfernungsanlage 96 geführt, worin Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff entfernt werden. Die Entfernung von Schwefelwasserstoff macht es möglich, daß das Synthesegas die Umweltstandards einhalten kann, die für einen Brennstoff gelten, während die· Entfernung von Kohlendioxid den Wärmeinhalt des Synthesegases erhöht, so daß eine höhere Verbrennungswärme erreicht werden kann. Ein Strom aus gereinigtem Synthesegas wird durch die Leitung 98 in den Kessel 100 geleitet. Der Kessel 100 ist ausgestattet mit Vorrichtungen zur Verbrennung des Synthesegases als Heizstoff. Durch die Leitung 102 strömt Wasser zum Kessel 100, worin es zu Dampf umgewandelt wird und durch die Leitung 104 zur Zuführung von Energie in den Verfahrensablauf geleitet wird, wie beispielsweise zum Antrieb der Kolbenpumpe 18. Ein separates Stromsynthesegas aus der Sauergasentfernungsanlage 96 wird durch die Leitung 106 zum Vorerhitzer 22 für die Verwendung als Heizstoff geleitet. Das Synthesegas kann in ähnlicher Weise an anderen Stellen des Verfahrens verwendet werden, bei denen Brennstoff benötigt wird. Wenn das Synthesegas nicht den gesamten Brennstoff liefert, der für das Verfahren benötigt wird, so können der fehlende Brennstoffanteil und die für das Verfahren erforderliche Energie aus jedem nicht primären Brennstoffstrom geliefert werden, der direkt innerhalb der Verflüssigungszone gewonnen wird. Wenn es wirtschaftlicher ist, kann ein Teil oder die gesamte Energie für das Verfahren, die nicht aus dem Synthesegas kommt, aus einer außerhalb des Verfahrens befindlichen Quelle (nicht gezeigt) genommen werden, wie beispielsweise aus einem Kraftwerk,

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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die mechanische Betriebsfähigkeit zu verbessern und eine verstärkte Umwandlung von normaler fest dispergierter Kohle bei einer bestimmten Grenzkonzentration der Feststoffe dadurch zu erreichen, daß ein Teil des Produktschlammes der Verflüssigungszone durch ein Hydroclon 60 geleitet wird, wobei der Hydroclon-Überlaufstrom 61 einen zweiten Rückführschlamm darstellt. Der Einsatz des zweiten Rückführschlammes erhöht den Anteil von relativ kleinen und katalytisch aktiveren Teilchen des Mineralrückstandes innerhalb des Verfahrens.

Claims (10)

21.4.1980 AP C 10 G/217 542 2 1 754 2 - 45 - 56 524/12 Erfindungsanspruch

1. Kohleverflüssigungsverfahren, gekennzeichnet dadurch, daß mineralhaltige Speisekohle, Wasserstoff, rückgeführtes flüssiges Lösungsmittel, rückgeführte, normalerweise feste gelöste Kohle sowie rückgeführter Mineralrückstand in eine Kohleverflüssigungszone, die kein Festbett oder Katalysatorzusätze enthält, zur Auflösung der kohlenwasserstoffhaltigen Stoffe und zur Erzeugung einer Mischung geführt wird, die aus Kohlenwasserstoffgasen besteht., aufgelöster flüssiger, normalerweise fester gelöster Kohle und suspendiertem Mineralrückstand, - daß ein Abgangsstrom der Verflüssigungszone über einen Dampf-Flüssigkeitsabscheider geführt wird, um über Kopf Wasserstoff, Kohlenwasserstoffgase und erdölähnliche Destillate aus einem Restschlamm zu entfernen, der aus flüssiger Kohle und normalerweise fester gelöster Kohle mit darin suspendiertem Mineralrückstand besteht, daß ein erster Anteil des Rückstandschlammes in die Verflüssigungszone rückgeführt wird, - daß ein zweiter Anteil des Rückstandschlammes in Vorrichtungen für Produkttrennung geführt wird, - daß ein dritter Anteil des Rückstandschlammes durch einen Hydroclon geleitet wird, - daß aus dem Hydroclon ein über Kopf abgehender Schlamm aufbereitet wird, der aus flüssiger Kohle und normalerweise fester gelöster Kohle besteht, die Teilchen aus suspendiertem Mineralrückstand enthält, deren mittlerer Durchmesser im Vergleich zu den Teilchen in dem ersten Anteil des Rückstandschlammes kleiner ist, - daß der Überlaufschlamm in der Verflüssigungszone zur Verringerung des mittleren Durchmessers der darin suspendierten Teilchen zurückgeführt wird,, - daß aus dem Hydroclon ein Unterlauf schlamm, bestehend aus flüssiger

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Kohle und normalerweise fester gelöster Kohle mit darin suspendierten Mineralrückstandsteilchen zurückgeführt wird, die vergleichsweise zu den Teilchen in dem ersten Teil des Rückstandschlammes einen größeren mittleren Durchmesser haben, - und daß der Unterlaufschlamm in die Produkttrennungsanlage geführt wird.

2. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Teilchendurchmesser des suspendierten Mineralrückstandes in dem ersten Teil des Rückstandschlammes zwischen 1 und 10 pm beträgt und der mittlere Durchmesser der Teilchen der suspendierten Mineralrückstände in dem Oberlauf schlamm kleiner ist und zwischen 0,5 und 5 ^m liegt.

3. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Überlauf schlamm weniger als eine äquivalente Gewichts·* menge an Feststoffen enthält und der Unterlaufschlamm mehr als eine äquivalente Gewichtsmenge an Feststoffen im Vergleich zum Gewichtsanteil der Feststoffe in dem dritten Anteil des Rückstandschlammes enthält.

4. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Produkttrennungsanlage eine Vakuumdestillation umfaßt.

5. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Teil des Rückstandschlammes zur Entfernung der Feststoffe daraus gefiltert wird und die gefilterte, normalerweise feste gelöste Kohle zur vollständigen Verarbeitung rückgeführt wird.

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6. Verfahren gemäß Punkt" 1, gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Anteil des Rückstandschlammes zwischen 10 und 75 Gewichtsprozent des gesamten Rückstandschlammes ausmacht.

7. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückstandschlamm zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent Feststoffe enthält.

8. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Oberlauf schlamm zwischen 0,2 und 20 Gewichtsprozent Feststoffe enthält.

9. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Speisekohle mindestens 15 Gewichtsprozent anorganische, mineralische Substanz auf Trockonbasis enthält.

10. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Speisekohle mindestens 20 Gewichtsprozent anorganische, mineralische Substanz auf Trockenbasis enthält.

Hierzu *?: Seiten Zeichnungen