DD147680A5 - Kohleverfluessigungsverfahren mit mehreren einsatzkohlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kohlenverfluessigungsverfahren, das von mindestens zwei Kohlesorten ausgeht, die durch Vermischen ein Kohleeinsatzgut ergeben. Dieses Kohleneinsatzgut wird mit Wasserstoff, geloester, normalerweise fester Umlaufkohle, fluessigem Umlaufloesungsmittel und Umlaufmineralrueckstand zu einer Kohleverfluessigungszone zur Loesung und zum Hydrocracken des kohlenwasserstoffhaltigen Material zur Erzeugung eines Gemisches aus Kohlenwasserstoffgasen, geloester fluessiger, normalerweise fester Kohle und auspendiertem Mineralrueckstand, Abtrennung von Wasserstoff,Kohlenwasserstoffgasen und Naphtha aus einer Rueckstandsaufschlaemmung, Rezirkulation eines Teiles der Ruec kstandsaufschlaemmung zum Einsatzkohlemischbehaelter, Leiten eines weiteren Teiles zu einer Produkttrenneinrichtung und des dritten Teiles zu Hydrokloneinrichtungen, dabei Trennung von verfluessigter Kohle und geloester, normalerweise fester Kohle mit kleinen Teilchen auspendierten Minealrueckstandes und Rezirkulation in die Verfluessigungszone und verfluessigter ohle und geoester, normalerweise fester Kohle mit verhaeltnismaeszig groszen Teilchen suspendierten Mineralralrueckstands und Einleitung in die Produkttrenneinrichtung.

Description

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Kohleverflüssigungsprozeß mit mehreren Einsatzkohlen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren für die Lösungsmittel-Verflüssigung von Kohlesorten, wie bituminöser oder subbituminöser Kohlesorten oder Lignite*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Während die begehrenswertesten Produkte von einem Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigungsverfahren Kohleflüssigkeiten und Kohlenwasserstoffgase sind, besteht bei derartigen Prozessen normalerweise immer die Möglichkeit, daß auch große Mengen gelöster, normalerweise fester Kohle gebildet werden. Gelöste, normalerweise feste Kohle ist wirtschaftlich weniger wert als verflüssigte Kohle und Kohlenwasserstoffgase, weil sie im festen Zustand vorliegt und im allgemeinen einen höheren Gehalt an Schwefel und anderen Verunreinigungsstoffen hat. Außerdem muß die gelöste, normalerweise feste Kohle, die aus der Verflüssigungszone als Aufschlämmung mit suspendiertem Mineralrückstand zurückgewonnen wird, in einem Trennungsschritt für Feststoffe und Flüssigkeit wie Filtration oder Absetzen aufbereitet werden. Da die suspendierten Mineralrückstandsteilchen sehr klein sind, ist der Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt sehr schwer durchzuführen und hat beträchtliche nachteilige Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Verflüssigungsvorganges·

Bei einem Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigüngsprozeß ist es möglich, den Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt zu vermeiden, indem eine Produktaufschlämmung der Verflüssigungszone aus

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gelöster, normalerweise fester Kohle und Mineralrückständen gebildet und diese Aufschlämmung in einen Vergaser zur Umwandlung ihres Kohlenwasserstoffanteiles in Viasserstoff und Synthesegas zur Verwendung in dem Prozeß geleitet wird« Die Produktaufschlämmung besteht aus der gesamten in der Verflüssigungszone erzeugten, gelösten, normalerweise festen Kohle und ist außerdem im wesentlichen frei von verflüssigter Kohle und Kohlenwasserstoffgasen, weil die in der Verflüssigungszone produzierte verflüssigte Kohle und die dort erzeugten Kohlenwasserstoffgase ohne weitere Verarbeitung hochwertige Brennstoffe darstellen. Diese Aufschlämmung kann im allgemeinen das gesamte für eine mit der Verflüssigungszone integrierte Vergasungszone erforderliche Kohlenwasserstof feinsatzgut darstellen, so daß für die Vergasungszone im wesentlichen kein weiteres kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgut gebraucht wird.

Man hat festgestellt, daß der Wärmewirkungsgrad eines integrierten Kohle-Verflüssigungs-Vergasungs-Prozesses verhältnismäßig gering ist, wenn die Menge an gelöster, normalerweise fester Kohle hoch ist, daß aber der Wärmewirkungsgrad auf einen verhältnismäßig hohen Wert gebracht werden kann, wenn die Menge an gelöster, normalerweise fester Kohle bis auf einen solchen Grad reduziert wird, daß es nach der Vergasung ausreicht, nur soviel Wasserstoff und Synthesegas zu produzieren, wie für die Prozeßbedingungen erforderlich sind. Die Optimierung des Wärmewirkungsgrades in einem integrierten Kohle-Verflüssigungs-Vergasungsprozeß wird unter Anmeldeaktenzeichen Nr. 905.298, eingereicht am 12. Mai 1978*

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von Bruce K. Schmid beschrieben und wird/unter Bezugnahme

einbezogen.

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Die Menge an gelöster, normalerweise fester Kohle kann in einem integrierten Kohle-Verflüssigungs-Vergasungsprozeß dadurch vorteilhaft gesenkt werden, daß die gesamte gelöste, normalerweise feste Kohle und Mineralrückstand enthaltende Aufschlämmung, die nicht der Vergasungszone zugeleitet wird, im Kreislauf geführt wird· Die Rezirkulation der Aufschlämmung führt zu mehreren vorteilhaften Auswirkungen in einem Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigungsprozeß. Zunächst wird durch die Rezirkulation der gelösten, normalerweise festen Kohle in der Produktaufschlämmung diesem Material eine Möglichkeit zur Umwandlung in einen wertvolleren flüssigen Brennstoff und in Kohlenwasserstoffgase geboten. Zweitens bildet der in der Aufschlämmung vorhandene Mineralrückstand einen Katalysator für in der Vorwärmzone beginnende und eich in der Auflösungs-(Reaktor)-zone fortsetzende Reaktionen, wodurch die Erzeugung verflüssigter Kohle sehr gefördert wird» Schließlich gibt es, da die gesamte gelöste, normalerweise feste Kohle, die aus der Verflüssigungszone stammt, entweder zurückgeleitet oder vergast wird, keine nennenswerte Menge an gelöster, normalerweise fester Kohle aus dem Prozeß, wodurch ein schwieriger Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt überflüssig wird und der V/irkungsgrad des Prozesses erhöht wird. Aus allen diesen angeführten Gründen ergibt eine Kombination von Kohleverflüssigungs-Vergasungs-Prozeß mit Aufschlämmungsrezirkulation zur Verringerung der Menge an gelöster, normalerweise fester Kohle, die als Vergasungseinsatzgut zur Verfügung steht, einen viel höheren Wärmewirkungsgrad als eine Kombination von Kohleverflüssigungs-Vergasungsprozeß ohne rezirkulierten Aufschlämmungsstrom.

Die Erzielung eines hohen Wärmewirkungsgrades in einem inte-

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grierten Verflüssigungs-Vergasungsvorgang macht es erforderlich, daß die gesamte Ausbeute an in der Verflüssigungszone erzeugter gelöster, normalerweise fester Kohle in die Vergasungszone geleitet wird, und daß diese gelöste, normalerweise feste Kohle im wesentlichen das gesamte kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgut für die Vergasungszone bildet. Die Integration von Verflüssigungszone und Vergasungszone zur Erzielung eines hohen VVärmewirkungsgrades macht es erforderlich, daß die Ausbeute an gelöster, normalerweise fester Kohle, aus der im wesentlichen alle verflüssigte Kohle und Kohlenwasserstoffgase entfernt worden sind, gerade so ausreichend ist, daß in der Vergasungszone der gesamte Prozeß-Wasserstoff und eine Menge Synthesegas erzeugt werden, die zur Deckung des Prozeßbrennstoffbedarfs in einem Umfang von 5 ·«« 100 Prozent ausreicht* Wenn irgendein anderes Produkt der Verflüssigungszone in dem Vergasereinsatzgut enthalten ist, wie verflüssigte Kohle oder Kohlenwasserstoffgase, oder wenn in der Verflüssigungszone eine Menge von gelöster, normalerweise fester Kohle erzeugt wird, die über die in der Vergasungszone für die Erzeugung von Prozeß-Wasserstoff und Synthesegasbrennstoff benötigte hinausgeht, dann wird der Wärmewirkungsgrad des kombinierten Verflüssigungs-Vergasungs~P_rozesses reduziert.

Bei einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsprozeß ist die Rezirkulation eines Prozeßaufschlämmungsstromes eine Notwendigkeit, um die Nettomenge von normalerweise fester gelöster Kohle auf einen Grad zu senken, der zur Erzielung eines hohen VVärmewirkungsgrades des integrierten Prozesses niedrig genug ist« Wie oben erläutert wurde, kann der Kreislaufstrom zur Verminderung der Ausbeute an gelöster, normalerweise fester Kohle durch die Erhöhung des Anteils kata-

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lytischer Feststoffe in dem Prozeß und durch die Erhöhung der Gesamtverweilzeit von gelöster, normalerweise fester Kohle führen. Bei Einsatzkohlesorten, die hohe Anteile an Mineralrückstand erzeugen, kann die Konzentration an Feststoffen in der Kreislaufaufschlämmung und somit in dem Mischbehälter für die Einsatzkohle so hoch werden, daß sich Probleme hinsichtlich der Pumpfähigkeit des Ablaufs des Einsatzgutbehälters ergeben können. Ein hoher Anteil an Feststoffen in dem Einsatzkohlegemisch kann normalerweise durch Erhöhung der Geschwindigkeit der Umlaufaufschlämmung bei einer bestimmten Kohlebeschickungsgeschwindigkeit ausgeglichen werden, weil eine erhöhte Aufschlämmungs-Rezirkulationsgeschwindigkeit einen Verdünnungseffekt erzeugt. Bei Kohlesorten mit hohem Aschegehalt, z. B. Kohlesorten, die über 15 ... 20 Masse-% anorganische Mineralstoffe auf Trokkenbasis enthalten, muß die Rezirkulationsgeschwindigkeit 80 weit erhöht werden, daß der Feststoffbestand in dem Kohlemischbehälter so weit gesenkt wird, daß sich erhebliche wirtschaftliche Nachteile in Form von Pumpkosten für die Aufschlämmung und der Vorwärmergröße ergeben. Bei einer bestimmten Anlagengröße kann eine derartige Situation zu einer erheblichen Verminderung der Rohkohle-Beschickungsgeschwindigkeit führen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verflüssigung von Kohle aufzuzeigen, bei dem durch geeignete Prozeßführung das Abtrennen von gelöster, normalerweise fester Kohle aus der verflüssigten Kohle entfällt und außerdem Energie zur Prozeßführung bereitgestellt wird.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Schwierigkeit durch Verringerung der Menge rezirkulierter Feststoffe unter Beibehaltung einer ausreichenden katalytischen Wirksamkeit zu beseitigen« Außerdem kann bei einer bestimmten Feststoffrezirkulationsgeschwindigkeit die katalytische Wirksamkeit gesteigert werden. Diese Wirkungen können durch Abscheidung der Feststoffe in der Produktaufschlämmung erzielt werden, so daß die Beschickungsauf schlämmung für den Vergaser und die Umlaufaufschlämmung je einen nicht-aliquoten Anteil der gesamten Feststoffe enthalten, wobei die Feststoffe in der Umlaufaufschlämmung eine verhältnismäßig kleinere mittlere Größe haben und katalytisch aktiver sind als die Feststoffe in der Beschickungsaufschlämmung für den Vergaser« Erfindungsgemäß enthält die Umlaufauf schlämmung weniger als einen aliquoten Gewichtsanteil Feststoffe, und die Vergaserbeschickungsauf schlämmung enthält mehr als einen aliquoten Gewichtsanteil Feststoffe im Verhältnis zur gesamten Produktauf schlämmung der Verflüssigungszone«

Normalerweise ist flüssige Kohle das Primärprodukt des vorliegenden Prozesses. Normalerweise wird "flüssige Kohle" hier mit den Bezeichnungen "Destillatflüssigkeit" und "flüssige Kohle" angeführt, wobei beide Bezeichnungen gelöste Kohle meinen, die normalerweise bei Raumtemperatur flüssig ist, und auch den manchmal als Prozeß-Wasserstoff-Donator-Lösungsmittel bezeichneten Stoff mit umfassen« Eine konzentrierte Aufschlämmung von 454 ⁰C enthält das Material und wird aus der Verflüssigungszone gewonnen. Die konzentrierte Aufschlämmung enthält die gesamte anorganische Mineralsubstanz und das gesamte ungelöste organische Material (UOM) der Einsatzkohle, die anschließend als "Mineralrückstand"

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bezeichnet werden. Die Menge an UOM wird stets weniger als 10 oder 15 Masse-% der Einsatzkohle betragen· Die konzentrierte Aufschlämmung enthält auch die bei 454 C gelöste Kohle, die normalerweise bei Raumtemperatur fest ist und die hier als "normalerweise feste gelöste Kohle" bezeichnet wird*

In der Vergasungszone erzeugtes Synthesegas wird einer UmIagerungsreaktion unterzogen« wobei es in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt wird. Das Kohlendioxid wird anschließend zusammen mit dem Hydrogensulfid in einem Säuregasentfernungssystem entfernt. Im wesentlichen wird der gesamte auf diese Weise erzeugte gasförmige wasserstoff reiche Strom bei dem Verflüssigungsverfahren ausgenutzt. Es empfiehlt sich, mehr Synthesegas, als für die Bereitstellung von Prozeßwasserstoff erforderlich ist, zu erzeugen. Um in einem integrierten Kohle-Verflüssigungs-Vergasungsprozeß einen hohen Wärmewirkungsgrad erzielen zu können, sollten mindestens 60, 70 oder 90 und bis zu 100 Mol-Prozent dieses überschüssigen Anteils des Synthesegases als Brennstoff innerhalb des Prozesses verbrannt werden. Das überschüssige Synthesegas sollte keinem Methanisierungsschritt oder keinen anderen, Wasserstoff verbrauchenden Reaktionen wie Umwandlung zu Methanol, vor der Verbrennung in dem Prozeß unterzogen werden. Wenn der Vergasungsvorgang vollständig in den Verflüssigungsvorgang integriert ist, so daß nahezu das gesamte kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgut für die Vergasungszone aus der Verflüssigungszone stammt und im wesentlichen das gesamte gasförmige Produkt aus der Vergasungszone innerhalb der Verflüssigungszone entweder als Wasserstoffreaktant oder als Synthesegasbrannstoff verbraucht wird, erzielt das integrierte Verfahren einen unerwartet hohen Wärmewirkungsgrad«

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Der bei dem integrierten Kohle-Verflüssigungs-Vergasüngsprozeß erzielbare hohe Wärmewirkungsgrad ist in Figur 1 dargestellt. In Fig. 1 wird der Wärmewirkungsgrad eines integrierten Kohle-Verflüssigungs-Vergasungsprozesses mit der Ausbeute von normalerweise fester gelöster Kohle, d. h. bei 454 ⁰C gelöster Kohle, die bei Raumtemperatur fest ist, verglichen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten integrierten Prozeß wird das Feststoff-Abscheidungsverfahren uer vorliegenden Erfindung nicht angewandt, sondern eher die Notwendigkeit seiner Anwendung illustriert. In dem Prozeß von Fig. 1 wird Produktaufschlämmung in der Verflüssigungszone ständig in Umlauf gehalten, und die bei 454 ⁰C erhaltene Aufschlämmung von der Verflüssigungszone wird in die Vergasungszone geleitet und stellt die einzige kohlenwasserstoffhaltige Beschikkung für die Vergasungszone dar. Wenn sich die Menge der hergestellten und in die Vergasungszone geleiteten bei 454 C gelösten Kohle verändert, verändert sich automatisch die Zusammensetzung und Menge der Umlaufaufschlämmung in der Verflüssigungszone. Punkt A auf der Kurve stellt den allgemeinen Bereich des maximalen Wärmewirkungsgrades des Kombinationsprozesses dar. ,

Fig, 1 zeigt, daß der Wärmewirkungsgrad des integrierten Prozesses sehr niedrig bei über 35 oder 40 Prozent betragenden Ausbeuten an 454 ⁰C gelöster Kohle ist. Fig. 1 zeigt, daß die Ausbeute bei 454 C an gelöster Kohle bei fehlendem rezirkuliertem Mineralrückstand im Bereich von 60 Prozent in bezug auf die Einsatzkohle liegt. Fig. 1 zeigt, daß bei Rezirkulation von Mineralrückstand die Ausbeute bei 454 ⁰C an gelöster Kohle mäßig ist und nur 20 bis 25 Prozent beträgt, was dem Bereich des maximalen Wärmewirkurigsgrades des integrierten Prozesses entspricht« Die Kurve des Wärmewirkungs-

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grades in Fig, 1 wird ausführlich in der oben genannten Anmeldung, Anmeldeaktenzeichen Nr· 905· 298, erläutert.

Oftmals ist es schwierig, die Menge an normalerweise fester gelöster Kohle in einem integrierten Verflüssigungs-Vergasungsprozeß auf einen so niedrigen Stand zu reduzieren, daß die Prozeßleistungsfähigkeit im Bereich A optimiert werden kann. Eine Möglichkeit zur Oberwindung dieser Schwierigkeit besteht in der Erhöhung des Feststoffgehaltes des Aufschlämmungsumlaufstromes durch Verringerung der Menge normalerweise darin enthaltener flüssiger Kohle. In der Praxis ist die Anwendung dieses Verfahrens jedoch durch den festgelegten Feststoffanteil in dem Mischbehälter für die Einsatzkohle beschränkt. Bei einem integrierten Verflüssigungs-Vergasungsprozeß unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Ertrag bei 454 C an normalerweise fester gelöster Kohle auf eine mäßige Menge beschränkt, mit der ein optimaler Wärmewirkungsgrad A zum Teil durch die Anwendung eines zweiten Umlaufstromes erzielt wird. Der zweite Umlaufstrom besteht aus einem Hydroklon-Oberlaufstrom nach folgender Beschreibung.

In der Verflüssigungszone des vorliegenden Verfahrens befinden sich Vorwärm- und Lösungszonen in Reihe. Die Verflüssigungszone kann unabhängig betrieben werden, oder sie kann mit einer Vergasungszone,wie oben beschrieben, integriert werden. Die Temperatur der Reaktanten nimmt während des Durchlaufs durch eine Vorwärmwendel allmählich zu, so daß die Auslaßtemperatur des Vorwärmers allgemein im Bereich von bis 438 C und vorzugsweise zwischen 371 bis 404 ⁰C liegt.

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Normalerweise findet der größte Teil der Kohleauflösung in der Vorwärmzone statt, und exotherme Hydrierungs- und Hydrokrackreaktionen mit gelösten Kohlenwasserstoffen beginnen bei der Höchsttemperatur der Vorwärmzone aufzutreten_e

Die vorgewärmte Aufschlämmung gelangt anschließend in eine Auflösungs- oder Reaktorzone, in der die Hydrierungs- und Hydrokrackreaktionen weiter ablaufen« Die Auflösungszone ist normalerweise gut vermischt und hat eine relativ gleichmäßige Temperatur» Die durch die exothermen Reaktionen in der Auflösezone erzeugte Hitze erhöht die Temperatur innerhalb der Auflösezone auf zwischen 427 bis 482 C, vorzugsweise 339 bis 466 ⁰C. Die Verweildauer der Aufschlämmung in der Auflösezone ist länger als in der Vonvärmzone, Da darin exotherme Reaktionen ablaufen, kann die Auflösertemperatur mindestens 11, 27,5, 55,5 oder sogar 111 C über der Temperatur am Auslaß des Vorwärmers liegen.

Die Aüflösezone enthält keinerlei festes Katalysatorbett, weder stationär noch überspült, so daß es keinerlei echten oder Pseudo-Katalysatorantexl auf einer Zwischenposition in dem Reaktor gibt. Der einzige Katalysator sind die in der ProzeSaufschlämmung suspendierten Minerale, die in den Auflöser suspendiert in der Prozeßaufschlämmung hineingelangen und ihn so verlassen. Natürlich kann es ein leichtes Zurückbleiben von Feststoffen in dem Reaktor geben, aber im wesentlichen werden alle Teilchen schließlich aus dem Reaktor entfernt«

Der Wasserstoffdruck in der Vorwärm- und Auflösezone liegt im Bereich von 70 bis 280 und vorzugsweise 105 bis 174 kg/

cm · Der Wasserstoff wird generell an mehr als einer Stelle

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der Aufschlämmung zugesetzt» Zumindest ein Teil des Wasserstoffes wird der Aufschlämmung vor dem Einlaß der Vorwärrazone zugegeben« Zusätzlicher Wasserstoff kann zwischen der Vorwärm- und der Auflösezone und/oder als Äbschreckwasserstoff in der Auflösezone selbst zugesetzt werden· Abschreckwasserstoff wird an verschiedenen Stellen eingespritzt, wenn er in der Auflösezone zum Halten der Reaktionstemperatur auf einem bestimmten Wert gebraucht wird, wodurch beträchtliche Verkokungsreaktionen verhindert werden können. Das Verhältnis von Gesamtwasserstoff und Rohkohleeinsatz liegt im Bereich von 0,62 bis 2,48 und vorzugsweise 0,93 bis 1,86 m³/l<g.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer Vergaserzone liegen die maximalen Vergasertemperaturen allgemein im Bereich von 1 204 bis 1 982 C, vorzugsweise zwischen 1 260 und 1 760 C und am günstigsten zwischen 1 316 oder 1 371 und 1760 ⁰C. Bei diesen Temperaturen wird die anorganische Mineralsubstanz in flüssige Schlacke umgewandelt, die vom Boden des Vergasers abgezogen wird.

Durch den Verflüssigungsprozeß wird eine beträchtliche Menge sowohl verflüssigter Kohle als auch Kohlenwasserstoffgase für den Verkauf produziert· Wenn der Verflüssigungsprozeß ohne Vergasungszone betrieben wird, kann dadurch gleichfalls etwas normalerweise feste gelöste Kohle für den Verkauf erzeugt werden·Fehlt eine Vergasungszone, dann ist es jedoch besser, die normalerweise feste gelöste Kohle immer wieder bis zum restlosen Verbrauch zirkulieren zu lassen, wodurch die Ausbeute an verflüssigter Kohle und Kohlenwasserstoff gasen erhöht wird. Bei einem Verflüssigungsprozeß,

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der ohne integrierte Vergasungszone betrieben wird und mit einer reinen Ausbeute an normalerweise fester gelöster Kohle, kann ein Teil der P_rozeßaufschlämmung gefiltert werden, um eine von Feststoffen freie normalerweise feste gelöste Kohle zu erzeugen» Die feststofffreie normalerweise feste gelöste Kohle kann bis zum Verbrauch rezirkuliert oder als Produkt zurückgewonnen werden«

Wenn der Verflüssigungsvorgang mit einem Vergasungsvorgang verbunden ist, wird der Gesamtwärmewirkungsgrad des Prozesses durch die Anwendung von Verfahrensbedingungen erhöht, wodurch erhebliche Mengen von Kohlenwasserstoffgasen und flüssigen Brennstoffen erzeugt werden können, gegenüber Verfahrensbedingungen, mit deren Hilfe die Produktion von entweder Kohlenwasserstoffgasen oder Flüssigkeiten allein gewährleistet wird« Bei einem integrierten Verflüssigungs-Vergasungs-Vorgang sollte die Verflüssigungszone mindestens 8 oder 10 Masse-% gasförmiger C.-C.-Brennstoffe erzeugen und mindestens 15 bis 20 Masse~% bei 193 bis 454 ⁰C Destillatflüssigbrennstoff in bezug auf die eingesetzte trockene Kohle, Es wird ein Gemisch aus Methan und Äthan gewonnen, das als Pipeline-Gas verkauft wird. Es Wird ein Gemisch von Propan und Butan gewonnen und als LPG verkauft« Diese beiden Produkte sind sehr gesuchte Kraftstoffe, Ein im Bereich von 193 bis 454 C siedendes, aus dem Prozeß gewonnenes Heizöl ist ein sehr gesuchter Destillationsbrennstoff, der im wesentlichen frei von Mineralsubstanzen ist und weniger als ca, 0,4 bis 0,5 Masse-% Schwefel enthält", Hydrogensulfid wird aus dem Prozeßabiaufstrom in einem Säuregasentfernungssystem zurückgewonnen und in elementaren Schwefel umgewandelt.

Die aus der Auflösezone stammende Ablaufaufschlämraung läuft

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durch Dampf-Flüssigkeits-Trenneinrichtungen zur Entfernung eines aus Wasserstoff, Kohlenwasserstoffgasen, Naphtha und möglichervveise etwas Destillatflüssigkeit bestehenden Dampfes aus einer Rückstandsaufschlämmung, die im Lösungsmittelsiedebereich flüssige Kohle, normalerweise feste gelöste Kohle und suspendierte Mineralrückstände enthält. Im wesentlichen der gesamte Wasserstoff und fast, die gesamten bei einer unter dem Siedebereich der Lösungsmittelflüssigkeit liegenden Temperatur siedenden Kohlenwasserstoffe, einschließlich Kohlenwasserstoffgase und Naphtha werden als Kopfprodukt in den Dampf-rFlüssigkeit-Trenneinrichtungen entfernt« Eine geringe Menge Lösungsraittel-Siedebereichsflüssigkeit wird in dem Kopfstrom entfernt, während eine geringe Menge Naphtha in der Rückstandsaufschlämmung des Separators zurückbleiben wird.

Die Flashrückstandsaufschlämmung kann folgendermaßen in drei Teile aufgeteilt werden. Die erste Portion der Flashrückstandsauf schlämmung stellt zwischen 10 und 75 Masse-% der gesamten Rückstandsaufschlämmung dar und wird direkt in das Einsatzgutmischgefäß zurückgeleitet, wobei der erfindungsgemäße Hydroklon umgangen wird. Die fühlbare Wärme in der Flashrückstandsaufschlämmung erhitzt die Einsatzkohle in dem Mischgefäß und kann die Kohle trocknen, wenn diese feucht ist. Die zweite Portion der Flashrückstandsaufschlämmung stellt etwa 15 bis 40 Masse-% der gesamten Rückstandsaufschlämmung dar und wird einem Produkttrennsystem direkt zugeleitet, das aus atmosphärischen und Vakuum-Destillationseinrichtungen für die Entfernung von Destillat-Kohleflüssigkeiten, die im Bereich von 193 bis 454 ⁰C sieden, aus einer konzentrierten Aufschlämmung von bei 454 °C gelöster, normalerweise fester Kohle zusammen mit suspendierten Mineral-

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rückständen besteht. Die dritte Portion der Flashrückstandsauf schlämmung bildet etwa 10 bis 75 Masse-% Gesamtrückstandsauf schläRimung und wird durch den erfindungsgemäßen Hydroklon geleitet«

Die Flashrückstandaufschlämmung, von der die erste, zweite und dritte Portion aliquote Teile sind, enthält etwa 5 bis 40 Masse-% Feststoffe» Der Ablaufstrom aus dem Hydroklon besteht aus Überlauf- und Unterlaufströmen. Der Hydroklonüberlaufstrom enthält weniger als eine aliquote Portion auf Gewichtsbasis der Hydroklonfeststoffe, während der Hydroklonunterlaufstrom mehr als eine aliquote Portion Hydroklonfeststof fe auf Gewichtsbasis enthält. Der an Feststoffen magere Hydroklon-Oberlaufstrom bildet im allgemeinen etwa zwischen 40 und 80 Masse-% des Einsatzstromes des Hydroklons und enthält etwa 0,2 bis 20 Masse-% Feststoffe. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Feststoffe in dem Hydroklonüberlaufstrom ist geringer als der Teilchendurchmesser der Feststoffe im Unterlaufstrom und liegt im allgemeinen zwischen etwa 0,5 und 5 Mikrometer (Gesamtteilchen-Durchmesserbereich beträgt etwa 0,1 bis 10 Mikrometer). Der Hydroklonüberlaufstrom wird dem Mischbehälter für die Einsatzkohle entweder unabhängig von der ersten Portion der Flashrückstandsauf schlämmung oder mit dieser vermischt zugeführt. Der Hydroklonunterlaufstrom bildet gewöhnlich etwa 20 bis 60 Masse-% des Einsatzstromes für den Hydroklon und enthält etwa 10 bis 50 Masse-% Feststoffe. Der U_nterlaufstrom wird dem Produkttrennsystem zugeleitet, und zwar entweder unabhängig von der zweiten Portion der Flashrückstandsaufschlämmung oder mit dieser vermischt* ·

Der Hydroklon ist mit einem tangentialen Einlaufkanal ver-

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sehen, durch den der hindurchfließende Strom in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Im wesentlichen werden keine normalerweise dampfförmigen Kohlenwasserstoffe und wenig oder kein Naphtha zu dem Hydroklon geleitet. In dem Hydroklon werden keine ihm zugeführten Kohlenwasserstoffbestandteile getrennt oder konzentriert. Daher sind der Oberlaufstrom und der Unterlaufstrom bis auf den Feststoffgehalt ähnlich und haben etwa die gleicheZusammensetzung und den gleichen Siedebereich, wobei jeder etwa die gleiche Konzentration von verflüssigter Kohle und normalerweise fester gelöster Kohle enthält, wie sie in der Flashrückstandsaufschlämmung vorhanden ist.

Der 193 bis 454 ⁰C Flüssigkohleanteil der rezirkulierten ersten Portion Rückstandsaufschlämmung und des rezirkulierten Hydroklonüberlaufstromes enthält Wasserstoff-Donator-Kohlenwasserstoffe und bildet das Lösungsmittel für den Verflüssigungsprozeß. Die in diesen Umlaufströmen enthaltene bei 454 ⁰C gelöste, normalerweise feste Kohle kann ebenfalls einen Teil der Lösungsmittelfunktion übernehmen. Im allgemeinen werden die erste Portion von Rückstandsaufschlämmung und der Hydroklonüberlaufstrom das gesamte für den Prozeß gebrauchte Lösungsmittel enthalten, so daß ein gesonderter Lösungsmittelumlaufstrom nicht erforderlich ist. Auf Wunsch kann jedoch ein unabhängiger Lösungsmittelumlaufstrom eingesetzt werden. Im wesentlichen sollte die gesamte unter dem Lösungsmittelsiedebereich siedende Flüssigkeit als Kopfprodukt den Dampf-Flüssigkeits-Separatoren entnommen werden, um Rezirkulation und gleichzeitiges Überkracken davon zu verhindern. Eine Rezirkulation von unter dem Lösungsmittelsiedebereich siedenden Kohlenwasserstoffen

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würde zu schlechter WasserstoffÖkonomie, schlechter Selektivität und einer ungenügenden Ausnutzung des Reaktorraumes führen.

Die oben erläuterte erste Portion der Rückstandsaufschlämmung wird hier als erster Umlaufstrom bezeichnet/ während der Hydroklonüberlaufstrom hier als zweiter Umlaufstrom bezeichnet wird, weil er den ersten oder Hauptumlaufstrom ergänzt. Der erste und der zweite Umlaufstrom haben beide eine erhöhte Temperatur und tragen möglicherweise zur Erwärmung der Einsatzkohle in dem Mischbehälter und zur Entfernung von in der Einsatzkohle vorhandener Feuchtigkeit bei. Während der erste Umlaufstrom (Hydroklon-Umgehung) im allgemeinen zwischen etwa 5 und 40 Masse-% Feststoffe enthalten wird und praktisch etwa 20 Masse-% Feststoffe enthalten kann, wird der zweite Umlaufstrom (Hydroklonüberlauf) allgemein zwischen etwa 0,2 und 20 Masse-% Feststoffe enthalten und wird praktisch nur etwa 0,5 «·« 1 Masse-% Feststoffe enthalten. Der mittlere Durchmesser von Teilchen in dem ersten Umlaufstrom wird zwischen etwa 1 und 10 Mikrometer liegen (der Gesamtteilchen-Durchmesserbereich ist etwa 0,1 bis 40 Mikrometer) , während der mittlere Durchmesser von Teilchen in dem zweiten Umlaufstrom kleiner ist und,zwischen etwa 0,5 und 5 Mikrometer liegen wird. Das Masseverhältnis des zweiten und des ersten Umlaufstromes kann zwischen etwa 0,1 und 3 betragen und kann periodisch oder kontinuierlich zur Regulierung des Anteils relativ kleiner Feststoffteilchen in der Gesamtmenge umlaufender Feststoffteilchen eingestellt werden. Im allgemeinen wird der erste Umlaufstrom mit einer 0,2 bis 4 Masseteile Aufschlämmung je Masseteil Rohkohleeinsatzgut entsprechenden Geschwindigkeit zirkulieren, und der zweite

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Umlaufstrom wird mit einer 0,2 ··· 4 Masseteile Aufschlämmung je Masseteil Rohkohleeinsatzgut entsprechenden Geschwindigkeit zirkulieren.

Von den Eisensulfiden (Pyrit, Pyrrhx>tit) wird angenommen, daß sie die in dem zirkulierenden Mineralrückstand enthaltene katalytische Hauptmasse bilden. Durch die Rezirkulation dieses Materials wird die Umwandlung von gelöster, normalerweise fester Kohle in flüssige Kohle und gasförmige Kohlenwasserstoffe verbessert« Die Rezirkulation von Mineralrückstand ist begrenzt, da sie zu einer Viskositätserhöhung führt, durch die die Pumpfähigkeit der Einsatzaufschlämmung beeinträchtigt wird· Durch die Erfindung wird eine hohe Ausbeute an flüssiger Kohle ohne übermäßige Rezirkulation von Mineralrückstand durch Rezirkulation des Hydroklonüberlaufstromes zusätzlich zu der ersten oder konventionellen Umlauf auf schlämmung erzielt. Die durchschnittliche Größe der Teilchen in dem Hydroklonüberlaufstrom ist geringer, und diese Teilchen sind daher katalytisch aktiver als die Feststoffe in dem ersten Umlaufstrom. Die folgenden Beispiele zeigen, daß der Hydroklonüberlaufstrom in einer weitgehend unabhängigen Weise in bezug auf den ersten oder Hauptumlaufstrom arbeitet. .

Ausführunqsbeispiel Beispiel 1:

Die anschließend beschriebenen Versuche zeigen die Zugabe von Pyrit und Walzzunder für einen Kohleverflüssigungsprozeß, bei dem keine Aufschlämraungszirkulation angewandt wird.

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Bei diesen Tests wurde ein Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigungsprozeß ohne Aufschlämmungsrezirkulation sowohl ohne Zusatzmittel als auch mit verhältnismäßig großen Mengen pulverisiertem Pyrit (FeS₂)# das aus der Naßwäsche von Rohkohle gewonnen wurde, und mit einer verhältnismäßig großen Menge pulverisiertem Walzzunder (Fe₃O₄) durchgeführt. Walzzunder entsteht beim V/armwalzen auf aer Oberfläche des Eisens. Eisenoxide können innerhalb des Prozesses möglicherweise durch Reaktion mit Hydrogensulfid sulfidiert werden. Die Bedingungen und Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 wiedergegeben«

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Tabelle I¹

Verfahrensbedingungen

Kohle	Pittsburgh Seam, gewaschen
Druck	135 kg/cm2
Temperatur	450 0C
Lösungsmittel/Kohle
Masseverhältnis	1,56
Nennverweildauer der Auf
schlämmung	26,6 Minuten
Wasserstoff/Einleitungs
inenge	lf05 m3/l<g

Zusatzstoff

Gesamtzusatzstoff, Masse-%

MF-Kohle

Gesamteisen (Fe) in Einsatzaufschlämmung (enthält Fe in Einsatzkohle und Zusatzstoff), Masse-% MF-Kohle Ausbeuten, Masse-%, MF-Kohle-Basis

Ausbeuteangaben

keiner Pyrit Pyrit Walzzunder

0,0

3,0

7,5

4,25

0,9

4,9

2,1

4,8

3,9

5,0

₁₄ Gesamtöl (C₅ - 454 °C) 17,7 17,8 18,4

3,9

4,5 13,6

31. 3· 1980 GZ 56 525 12

gelöste, normalerweise

feste Kohle 454 ⁰C 62,0 62,9 62,4 65,6

Unlösliche organische

Substanz 6,4 6,3 6,7 7,8

⁺ Angaben veröffentlicht in SOLVENT REFINED COAL (SRC) PROCESS, Monatsbericht für den Zeitraum Februar 1978. The Pittsburgh & Midway Coal Mining Co», veröffentlicht März 1978, United States Department of Energy. Vertrag Nr. EX-76-C-01-496. FE/496-147 UC-90d. Seite 14

Die Angaben von Tabelle 1 zeigen, daß die Prozeßausbeuten bei einem ohne Aufschlämmungsrezirkulation durchgeführten Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigungsprozeß durch das Einblasen von verhältnismäßig großen Mengen pulverisierten Pyrits oder Walzzunders keine Verbesserung aufwiesen_e Das Einblasen von Pyrit hatte keine nennenswerte Auswirkung, wogegen das Einblasen von Walzzunder zu einer Verringerung der Ausbeute an flüssigem öl und Kohlenwasserstoffgas bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausbeute an gelöster, normalerweise fester Kohle führte.

Beispiel 2;

Es wurden Tests durchgeführt, die zeigen, welche Wirkung sich aus der Zugabe von pulverisiertem Pyrit, das aus der Naßwäsche von Rohkohle gewonnen wurde, zu einem Kohlenverflüssigungsprozeß mit Aufschlämmungsrezirkulation ergab. Die Bedingungen und Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 2 wiedergegeben»

	Einsatzkohle	31. 3	♦ 1980	ν	29,7
	Nennvervveildauer, h	GZ 56	525 12
21 7547 -2i-	Kohlebeschickungsge-			69,4
Tabelle 2+	schwindigkeit, kg/h/m			0,9
Aufschlämmungsformulierung	Pittsburgh	Seam (
(im Einsatzgutmischgefäß),	0,99	0,99
Masse-%
Kohle	339,2	344	29,7
Umlauf auf schlätnmung (mit			20,9
Lösungsmittel)
Zusatzstoff (Pyrit)
Aufschlämmungs-Mischungszusam-	29,3
mensetzung, (im Einsatzgut
mischgefäß) Masse-%	68,5
Kohle	2,2
Lösungsmittelflüssigkeit
29,3
23,8

1,01 340,8

30,0 21,5 (193 bis 454 ⁰C) gelöste, normalerweise

feste Kohle < 26,4 32,7 34,3

454 °C

Asche (aus der Umlaufaufschlämmung) 12,4 9,6 7,4 Unlösliche organische Substanz (aus der Umlaufauf-

schläfiimung) 5,9 6,2 6,8

Zusatzstoff (Pyrit)⁺⁺ 2,2 0,9 6,0

Wasserstoffeinsatzgeschwindig-

keit .

Masse-%, auf Aufschlämmung basierend 4,61 4,62 4,71

31. 3. 1980 GZ 56 525 12

217547

- 22 -

MSCF/Tonne Kohle 59,3 58,6 59,1 Nenntemperatur im Auflöser,

⁰C 455 455 455

Druck, kg/cm² 157,5 157,5 157,5

Ausbeuten^ Masse-% auf. .MF-Kohle-Basis

H₂O

CO, CO₂, H₂S, NH₃V^C4

Naphtha (C₅>193 C) Mitteldestillat (193 bis 249 °C) Schwerdestillat (·?- 249 ⁰C)

Gesamtöl (Cg-Schwerdestillat) gelöste, normalerweise feste Kohle bei 454 ⁰C

Unlösliche organische Substanz

Asche

Gesamtgehalt

H₂ umgesetzt (Gasrest) MAF-Umwandlung, %

' Enthält von dem zugesetzten Pyrit stammendes H₂S

' Korrigiert hinsichtlich der von dem zugesetzten Pyrit stammenden Asche

' Die Gesamtmenge ist infolge des zugesetzten Pyrits nicht

gleich 100 + % H₂.

6,8	6,0	5,8
4,5a	3,8a	3,2
17,6	17 ,2	16,6
11,4	9,4	7,3
7,8	5,9	6,8
25,5	23,6	23,4
44,7	40,9	37,5
23,5	27,5	29,8
5,2	5,2	5,9
6.2b	6,lb	6,4
108,5°	106,8°	105,2
5,8	5,8	5,2
94.5	94,4	93,7

31. 3. 1980 GZ 56 525 12

2 1754 7

- 23 -

** Pyrit von der Kohlewäsche, 85 % Pyrit, 15 % Gestein* 100 % durch Sieb der Maschengröße 150·

Angaben veröffentlicht in SOLVENT REFINED COAL (SRC) PROCESS, Monatsbericht für den Zeitraum März 1978, The Pittsburgh & Midway Coal Mining Co«, veröffentlicht April 1978, United States Department of Energy. Vertrag Nr. EX-76-C-01-496. FE/496-148 UC-90c, Seite 13.

Die Angaben in Tabelle 2 zeigen, daß das Einblasen von Pyrit, das aus der Naßwäsche von Kohle gewonnen wurde, bei einem Kohleverflüssigungsverfahren unter Anwendung von Rezirkulation einer Produktaufschlämmung einen erheblichen Einfluß auf das Verfahren hatte. Die Angaben zeigen, daß bei einem Zusatz von 0,0, 0,9 und 2,2 Masse-% Pyrit die Ausbeuten an geringwertigem normalerweise festem gelöstem Kohleprodukt 29,8, 27,5 bzw. 23,5 Masse-% betrugen, und die Ausbeuten an hochwertigem C₅+-Destillatprodukt 37,5, 40,9 bzw. 44,7 Masse-% ergaben. Daher hatte das Zugeben von Pyrit eine sehr vorteilhafte Wirkung in einem Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigungsprozeß unter Anwendung der Aufschlämmungsrezirkulation. Im Gegensatz dazu zeigen die Angaben von Tabelle 1, daß die Zugabe von noch größeren Pyritraengen keinen nennenswerten Einfluß in einem Prozeß ohne Aufschlämmungsrezirkulation hatte·

Die Angaben in Tabelle 1 und 2 zeigen daher, daß der Einsatz eines Aufschlämmungsrezirkulationsstromes das zugesetzte Pyrit zur katalytischen Wirksamkeit brachte, wogegen

31.. 3· 1980 GZ 56 525 12

21754 7

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Pyrit katalytisch nicht wirksam wurde, wenn es ohne Aufschlämmungsrezirkulation selbst in einer größeren Menge eingeblasen wurde«

Beispiel3s

Es wurden die Angaben von dem Pyrit und Walzzundermaterial, die in den Tests der Beispiele 1 und 2 in den Kohle-Verflüssigungsprozeß eingeblasen wurden, zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung ,ausgedrückt als Teilchendurchmesser in Mikrometer, herangezogen« Die Angaben dienten gleichfalls dazu, die Dichte und die Größenverteilung von Mineralteilchen (Mineralrückstandsteilchen umfassen anorganische Minerale plus ungelöste organische Substanzen) zu ermitteln, die von der Einsatzkohle in zwei typischen Kohleverflüssigungsverfahren ohne Aufschlämmungsrezirkulation erzeugt wurden. Schließlich dienten die Angaben noch dazu, die Teilchengrößenverteilung und die Dichte von Mineralrückstandsteilchen zu zeigen, die aus Einsatzkohle erzeugt wurden und im Ablauf eines typischen Kohleverflüssigungsverfahrens mit Aufschlämmungsrezirkulation vorhanden waren»

Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 3 wiedergegeben.

	Masseprozent	Mittlere Dichte von	5,38	Dichte von Prüffliis-	1,08	Tabelle 3	unter indizierter	Größe		1,9	21 75	8	OJ
	Walzzunder- Zusatz (pulveri siert)	Teilchen - g/cra	sigkeit g/cm bei		, Teilchen	Mineralrückstand, erzeugt von Ein satzkohle in Pro zessen ohne Auf schlämmung s rezir- kulation A B	Mineralrückstand erzeugt von Ein satzkohle in Pro zessen mit Auf schlämmung s rezir- kulation			43*	N Ul	*
Unter indizierter Größe -Durchmesser in Mikrometer	0,5 {%)	bei 30 0C	30 0C	Pyrit- Zusatz (pulve risiert)	1,5 (%) 2,5 (%)	7 (%)	1,12			Ol
0,5 (Mikrometer)	1,5		"7 / 0/\ ' \7o/	7,5 8,5	15		I	Ul ro	Η»
1	7,5	11	25 26	36		IO	Ul	iO CO O
2	15	16,5	43 40	56		UI I	ro
3	23	22	55 50	70	I
4	31	26	63 56	80
5	52,5	29	72 64	93
8	65	38	73 67	96
10	94	42	77 72	99
20	99	58	79 77	100
30 '	70
	2,48 2,66
4,17
	1,08 1,08
1,08

31· 3. 1980 GZ 56 525 12

Tabelle 3 zeigt, daß die in den Tests von Tabelle 1 und 2 in den Kohleverflüssigungsprozeß eingesetzten Walzzunderteilchen etwas höhere Größenwerte und die zugesetzten Pyritteilchen mäßig höhere Größenwerte aufwiesen als die typischen Größenwerte von Mineralrückstandsteilchen, die von Einsatzkohle in einem Kohleverflüssigungsverfahren ohne Aufschlämmungsrezirkulation erzeugt werden,, Tabelle 3 zeigt weiterhin, daß die von Einsatzkohle erzeugten Mineralrückstandsteilchen die im Ablauf eines Prozesses mit Aufschlämmungsrezirkulation zu finden sind, kleiner als Mineralrückstandsteilchen, die von Einsatzkohle in Prozessen ohne Aufschlämmungsrezirkulation erzeugt werden, sind« Schließlich geht aus Tabelle noch hervor, daß der größte Unterschied zwischen mittlerer Teilchendichte und Dichte der Testflüssigkeit(die der Dichte der Kohlenflüssigkeit, die normalerweise mit den Teilchen zusammen auftritt, nahekommt) im Falle von zugesetztem Walzzunder und Pyrit, ein geringerer Unterschied zwischen diesen Dichten im Falle des von der Einsatzkohle in einem Kohleverflüssigungsverfahren ohne Aufschlämmungsrezirkulation erzeugten Mineralrückstandes und der geringste Unterschied zwischen diesen Dichten in einem Kohleverflüssigungsprozeß mit Aufschlämmungsrezirkulation festzustellen ist.

Beim Einsatz eines Hydroklons zum Trennen der kleinen Teilchen von den großen tritt die maximale Trenntriebkraft bei aer Entfernung von kleinen Teilchen mit einem geringen Dichtedifferential im Verhältnis zur betreffenden Flüssigkeit von großen Teilchen mit einem hohen Dichtedifferential auf· Die Angaben in Tabelle 3 zeigen, daß in einem Kohleverflüssigungsprozeß mit Aufschlämmungsrezirkulation Teilchen mit geringerem Größen- und niedrigerem Dichtedifferential erzeugt werden als in einem ähnlichen Prozeß ohne den Schritt

31. 3. 1980 GZ 56 525 12

21754 7 . ₂₇.

der Aufschlämraungsrezirkulation. Die Werte von Tabelle 3 besagen daher, daß zugesetzte Eisenverbindungen katalytische > Aktivität in den Tests von Beispiel 2, aber nicht in den Tests von Beispiel 1 ergaben, da der Rezirkulationsvorgang die Größe der zugesetzten Feststoffe verringerte. Offensichtlich wird die chemische Reaktion zwischen anorganischen Mineralen und Hydrogensulfid, Wasserstoff oder anderen Stoffen in der Reaktionsurngebung durch den Rezirkulationsvorgang gefördert, wodurch möglicherweise die Größe, Dichte und Zusammensetzung suspendierter potentiell katalytischer Teilchen verändert werden. ' .

Die neue Lösung besteht darin, daß eingeblasene Teilchen von potentiell katalytischen Stoffen wie Eisensulfiden, die katalytisch nicht wirksam sind oder eine minimale katalytische Wirksamkeit besitzen unter dem Einfluß wiederholten Umlaufs eine Verringerung der Größe und/oder der Dichte oder eine Umwandlung in einen aktiveren chemischen Zustand zu verzeichnen haben und in einen stark katalytischen Zustand umgewandelt werden. Die katalytische Wirksamkeit eines festen Katalysators nimmt mit der wirksamen Teilchenoberfläche zu, und die äußere wirksame Oberfläche wird mit Abnahme des Teilchendurchmessers größer. In einem Kohleverflüssigungsverfahren mit einmaligem Durchlauf weisen die Teilchen des eingeblasenen Walzzunders oder Pyrits scheinbar die Größe vom Einsatzzustand auf, die für eine katalytische Wirksamkeit zu groß ist. Unter dem Einfluß von wiederholter Rezirkulation in den Versuchen nach Tabelle 2 erhalten die Teilchen des eingeblasenen Pyrits anscheinend eine geringere Größe und Dichte und werden in einen ehemischen Zustand gebracht, in dem sie katalytisch ebenso aktiv wie oder katalytisch noch aktiver als der Mineralrückstand sind, der von der Grundmas-

31· 3· 1980 GZ 56 525 12

2 1754 7 -²⁸-

se der Einsatzkohle erzeugt wurde«

Für die Erfindung wird ein Hydroklon zur Verstärkung der Wirkung der Rezirkulation auf die Größe und die Dichte von rezirkulierten katalytischen Teilchen eingesetzt. Die betreffenden katalytischen Teilchen können von der Einsatzkohle erzeugt oder eingeblasen werden. Der Hydroklon ermöglicht die günstige Rezirkulation relativ kleiner Teilchen, vor allem derjenigen mit einem verhältnismäßig geringen Teilchendifferential, so daß die Konzentration dieser Teilchen innerhalb des Prozesses erhöht wird·

Durch die Erklärung des gefundenen Einflusses, den der Umlaufstrom auf die eingeblasenen oder in situ erzeugten Teilchen in einem Kohleverflüssigungsprozeß gemäß der Darstellung in Tabelle 3 hat, ist es möglich, seine Vorteile zu verstärken_e Erfindungsgemäß wird ein Hydroklon parallel zu einem Primäraufschlämmungs-Umlaufstrom betrieben und der Hydroklonüberlaufstrom parallel zu dem Primärumlaufstrom oder vermischt mit diesem rezirkuliert« Der Hydroklonüberlaufstrom konzentriert selektiv die relativ kleinen Teilchen mit geringer Dichte des Zusatzstoff- oder Mineralrückstandes für die Rezirkulation und weist selektiv größere Teilchen mit höherer Dichte von der Kohleverflüssigungszone zurück» Dadurch erhöht der Hydroklonüberlaufstrom selektiv den Anteil der relativ kleinen Teilchen im Verhältnis zu den Gesamtfeststoffen in der gesamten Umlaufaufschlämmung und in der Verflüssigungszone, wodurch der mittlere Durchmesser der Teilchen in der Umlaufaufschlämmung verringert wird.

Gleich, ob die katalytischen Feststoffe ein zugesetztes katalytisches Mineral oder einen.von der Einsatzkohle erzeug-

31. 3· 1980 GZ 56 525 12

21754 7

- 29 -

ten Mineralrückstand oder beides enthalten, bei dem vorliegenden Verfahren wird eine induzierte Reduktion der mittleren Teilchengröße dieser Feststoffe genutzt und diese Wirkung verstärkt, um eine Verbesserung der katalytischen Aktivität der Feststoffe zu erzielen« Der induzierte Effekt der Teilchengrößenverringerung wird durch die unabhängige Tätigkeit eines Primäraufschläramungs-Umlaufstromes und eines Hydroklonüberlauf-Umlaufaufschlämmungsstromes verstärkt. Diese Umlaufströme fließen parallel und außerhalb der Verflüssigungszone. Damit diese Umlaufströme unabhängig wirken können, um die Größenreduzierung der Prozeßfeststoffe zu verstärken, müssen die Prozeßfeststoffe so klein sein, daß sie innerhalb der Prozeßaufschlämmungen festgehalten und im wesentlichen ohne ständige Feststoffansammlung innerhalb des Reaktors befördert werden können· Eine dauernde Ansammlung oder Speicherung von Feststoffen in dem Reaktor (z» B. als festes Katalysatorbett) würde eine unrationelle Nutzung von Reaktorraum durch relativ große Teilchen bedeuten, durch deren Umfähigkeit, aus dem Reaktor herauszufließen, ihr erfindungsgemäßer Vorteil nicht zur Wirkung kommt· Außerdem können relativ große Teilchen, die dauernd in dem Reaktor zurückbleiben, durch die Ablagerung von kleineren zirkulierenden Teilchen möglicherweise an Größe zunehmen, so daß die Zurückhaltung von Feststoffen in dem Reaktor einen Einfluß auf die Teilchengröße haben kann, der dem Effekt der Teilchengrößenverringerung entgegengesetzt ist.

Durch den voneinander abhängigen Einsatz eines Primärumlaufauf schlämmungsstromes und eines Hydroklonüberlauf-Umlaufaufschlämmungsstromes wird der mittlere Durchmesser von Prozeßfeststoff teilchen verringert und dadurch eine verstärkte katalytische Wirkung innerhalb des Prozesses bei einer be-

31. 3. 1980 GZ 56 525 12

stimmten Umlaufgeschwindigkeit der Gesamtfeststoffe erzielt. Durch die erhöhte katalytische Wirkung wird eine größere Ausbeute an verflüssigter Kohle bei einer bestimmten Umlaufgeschwindigkeit der Gesamtfeststoffe erzielt. Die Erfindung kann auch darin zum Ausdruck kommen, daß durch den verringerten Teilchendurchmesser eine konstante katalytische Wirksamkeit in dem Prozeß durch eine geringere Feststoffuralaufgeschwindigkeit aufrechterhalten werden kann. Bei einer bestimmten festgelegten Menge von Feststoffen in dem Einsatzkohle-Mischbehälter wird durch das letztere Ausführungsbeispiel eine Geschwindigkeitserhöhung der Einsatzkohlenmenge möglich, wodurch die Anlagenkapazität erhöht wird.

Damit die Rezirkulation der Minerale ihre volle Wirkung auf den Verflüssigungsprozeß ausüben kann, müssen die Minerale durch die Vorwärm- und Auflösezonen des Verflüssigungsprozesses geleitet werden. Der Kohleverflüssigungsprozeß beginnt in der Vorwärmzone und wird in der Auflösezone fortgesetzt* Die Auflösung der Einsatzkohle erfolgt vor allem in der Vorwärmzone» In der Vorwärmzone werden freie Radikale gebildet und mit Wasserstoff verbunden, da dort die Depolymerisierungsreaktionen stattfinden. Gelöste, normalerweise feste Kohle wird in der Auflösezone zu verflüssigter Kohle und Kohlenwasserstoffgasen hydrogekrackt. Da der vorwiegende Teil der Auflösung der Rohkohle in der Vorwärmzone erfolgt, wird der größte Teil der Mineralrückstandsteilchen aus der Kohlegrundmasse in der Vorwärmzone freigesetzt, während die Mineralrückstandsteilchen in der Auflösezone das Hydrokracken von in der Vorwärmzone gebildeter gelöster, normalerweise fester Kohle zu flüssiger Kohle und Kohlenwasserstoffgasen katalysieren.

31. 3· 1980 GZ 56 525 12

21754 7

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Beispiel 4:

Die unten wiedergegebenen Daten zeigen, daß der Durchmesser in Mikrometer von Mineralrückstandsteilchen, die von der Grundmasse einer Einsatzkohle innerhalb eines Kohleverflüssigungsprozesses gebildet wurden, teilweise ein Charakteristikura der Einsatzkohle ist, und zwar unabhängig von der Wirkung eines Aufschlämmungsrezirkulationsstromes· Die Angaben von Tabelle 4 zeigen die Größenverteilung der Teilchen von Mineralrückstand, der während der Lösungsmittel-Verflüssigung einer Pittsburgh-Seam-Kohle und einer Kentucky-Kohle in unabhängigen Prozessen ohne Aufschlämmungsrezirkulation entstanden ist·

31· 3. 1980 GZ 56 525 12

Tabelle 4 Volumenprozent von Teilchen unter indizierter Größe

Unterindizierte Größe Kentucky-Kohle Pittsburgh-Seam Durchmesser in Mikro- Kohle

meter Vol,-% Vol_a-%

5,5 12 18 25 30 51 70 82

⁺ Aus einer Darstellung, veröffentlicht von Elektric Power Research Institute in SRC QUARTERLY REPORT Nr. 1, Analyse von Betriebsversuchen 62 bis 70, !♦ Oanuar bis 31« März 1976, Solventraff inations-^Kohlepilotanlage. Veröffent- licht am 25. Ouni 1976, Seite 122·

Die Werte von Tabelle 4 zeigen, daß der Volumenanteil Teilchen mit einem Durchmesser unter 5 Mikrometer das etwa 3 l/2fache bei der Kentucky-Kohle im Verhältnis zur Pittsburgh-Seam-Kohle beträgt. Es ist allgemein bekannt, daß das Produkt der Lösungsmittelverflüssigung einer Kentucky-Kohle einen höheren relativen Anteil an flüssiger Kohle in bezug auf normalerweise feste gelöste Kohle im Verhältnis zu dem Produkt der Lösungsmittelverflüssigung einer Pittsburgh-Seam-Kohle aufweist.

2 (Mikrometer)	9
3	40
4	71
5	88
6	93
10	98
15	99
20	99,3

31· 3. 1980 GZ 56 525 12

217547

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In einem unabhängigen Ausführungsbeispiel wird ein Hydroklon eingesetzt, um eine katalytische Wirkung der kleineren Teilchen, die von einer bestimmten Kohle aus einer Reihe von Einsatzkohlön erzeugt wurden, herauszuheben und zu verstärken· Die von einer der Einsatzkohlen erzeugten kleineren Teilchen von Mineralrückstand können möglicherweise in dem Hydroklonüberlaufstrom konzentriert werden, während die größeren durch die andere Einsatzkohle erzeugten Teilchen möglicherweise in dem Hydroklonunterlaufstrom konzentriert werden können» Die sich daraus ergebende Ansammlung relativ kleiner katalytisch aktiver Teilchen in dem Umlaufstrom kann dazu führen, daß die Gesamtmasse an rezirkuliertem Mineralrückstand unter günstiger Auswirkung auf die Prozeßausbeuten eingeschränkt werden kann· Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform werden mehrere Kohlechargen für einen Prozeß eingesetzt, worin der mittlere Durchmesser der Mineralrückstandsteilchen, die von der Grundmasse einer der Einsatzkohlen erzeugt wurden, wesentlich kleiner ist als der mittlere Durchmesser der von der Grundmasse einer anderen Einsatzkohle erzeugten Mineralrückstandsteilchen· Der Hydroklon kann den Anteil kleiner Mineralrückstandsteilchen in dem Umlaufstrom so erhöhen, daß die Konzentration der von einer der Einsatzkohlen stammenden in dem Prozeß rezirkulierten Mineralrückstandsteilchen erhöht wird. Bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Kohle, von der die kleinen Teilchen stammen, mindestens 5 oder 10, und möglicherweise mindestens 20, 30 oder 50 Masse-% auf Trockenbasis der gesamten Einsatzkohle für den Prozeß betragen» Den Rest der gesamten Einsatzkohle bilden eine oder mehrere Einsatzkohlesorten, die Mineralrückstandsteilchen mit einer größeren oder einer anderen mittleren Größe bilden»

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Bei einem anderen unabhängigen Ausführungsbeispiel dar Erfindung wird ein fremder katalytischer Feststoff oder es werden fremde katalytische Feststoffe einem Kohle-Lösungsmittel-Verflüssigungsprozeß mit einem dem Einsatzzustand entsprechenden mittleren Teilchendurchmesser zugesetzt, der kleiner ist als der mittlere Durchmesser der in situ von der Grundmasse der Einsatzkohle in einem Zwangsdurchlaufverfahren ohne Aufschlämrnungsrezirkulation erzeugten Teilchen. Pyrit, der von der Naßwäsche der Kohle des Prozesses oder von der Naßwäsche von Kohle einer anderen Grube stammt, ist ein geeigneter fremder katalytischer Feststoff«, Kohlen werden häufig der Naßwäsche zur Senkung ihres Schwefelgehaltes unterzogen, da eine Kohle Schwefel durch Pyritextraktion während der Naßwäsche verliert· Wenn auch eisenhaltige Stoffe sich als katalytisch wirksame Stoffe erwiesen, so können doch auch andere katalytisch aktive Zusatzstoffe wie Metalle der Gruppe VI und Gruppe VIII verwendet werden. Der mittlere Einsatzzustand-Durchmesser solcher fremden Teilchen sollte vorzugsweise weniger als 3 Mikrometer betragen und liegt am besten unter 1 oder 2 Mikrometer. Ein besonders "günstiger mittlerer Durchmesserbereich im Einsatzzustand ist unter 2 Mikrometer und kann zwischen etwa 0,1 und 1 Mikrometer liegen» Durch ihre relativ geringe Größe können die Fremdteilchen in dem Hydroklonüberlaufstrom in einem größeren Masseanteil isoliert werden, als der aliquote Masseanteil dieser Teilchen im Einsatzzustand in bezug auf den von der Einsatzkohle erzeugten Mineralrückstand beträgt. Dadurch wird eine abhängige Wirkung zwischen der relativ geringen Teilchengröße der katalytischen Fremdstoffe und der Ausnutzung des Hydroklons geschaffen« -

Die Teilchengröße der fremden Feststoffe kann vor der Zugabe

31. 3. 1980 GZ 56 525 12

21754 7 -³⁵-

in den Prozeß durch mechanische Mittel wie Pulverisieren oder Mahlen oder durch chemische Maßnahmen wie Auflösung oder Präzipitation reguliert werden»

Fremde Feststoffe können so ausgewählt werden, daß die Feststoffe während wiederholter Rezirkulation unter Prozeßbedingungen auflösend zur Bildung von Teilchen reagieren, deren mittlerer Durchmesser so gering wie der mittlere Durchmesser der durch die Rezirkulation von Mineralrückstand von der Einsatzkohle gebildeter Teilchen oder kleiner als dieser ist» Der mittlere Einsatzzustand-Durchmesser fremder Feststoffe dieser Art kann größer als der mittlere Durchmesser der von der Einsatzkohle erzeugten rezirkulierenden Teilchen sein, obwohl der mittlere Einsatzzustand-Durchmesser auch kleiner als der mittlere oder gleich dem mittleren Durchmesser der von der Einsatzkohle erzeugten Umlauf teilchen sein kann. Innerhalb des Prozesses können viele Reaktionen zur Auflösung fremder Feststoffe bei wiederholter Rezirkulation ablaufen. Beispielsweise kann Fremdpyrit bei wiederholter Rezirkulation über die Reduktionsreaktion:

^H2 '

^FeS2 >> FeS + H₂S

zersetzt werden. Es können andere Zersetzungsreaktionen mit Pyrit oder anderen Zusatzstoffen stattfinden. Zum Beispiel können Eisenoxide bei wiederholter Rezirkulation zersetzende SuIfidierungsreaktionen zur Bildung von Eisen(III)-sulfid durchlaufen, denen zersetzende Reduktionsreaktionen zur Bildung von Eisen(II)-sulfid folgen können»

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Beispiel 5;

Die Angaben in Tabelle 2 zeigen, daß in einem Kohleverflüssigungsprozeß, bei dem Aufschlämmungsrezirkulation und Einblasen von Pyrit in unterschiedlichen Mengen oder, was äquivalent ist, Rezirkulation eines Hydroklonüberlaufstromes, der kleine Teilchen von Mineralrückstand aus dem Prozeß enthält, in verschiedenen Geschwindigkeiten angewandt wird, zu einer Verringerung der Menge gelöster, normalerweise fester Kohle in dem Einsatzgut-Mischbehälter führen kann« Da die gelöste, normalerweise feste Kohle in dem Einsatzgut-Mischbehälter direkt aus der Umlaufaufschlämmung stammt und da der nichtrezirkulierte Teil dieser Umlaufaufechlämmung das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgut für eine mit der Verflüssigungszone in der oben beschriebenen Weise verbundene Vergasungszone bildet, bedeutet die geringere Konzentration von gelöster, normalerweise fester Kohle in dem Einsatzgut-Mischbehälter verringertes Einsatzgut an gelöster, normalerweise fester Kohle für den Vergaser· Eine in dieser Weise reduzierte Einsatzgutbelastung des Vergasers ist überaus vorteilhaft, da, wie oben bereits erläutert wurde, ein hoher Wärmewirkungsgrad in einem integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsprozeß geringere Mengen an gelöster, normalerweise fester Kohle erfordert, als manchmal in einem Kohleverflüssigungsverfahren, bei dem unter Schwierigkeiten, die durch die Aufschlämmungspumpfähigkeit verursacht werden, gearbeitet wird, erreicht werden können»

Die Angaben in Tabelle 2 zeigen daher, daß die vorliegende Erfindung mit hohem Nutzen für einen integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsprozeß angewandt werden kann, bei dem

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21754 7

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ein Teil der Aufschlämmung von gelöster, normalerweise fester Kohle rezirkuliert wird und der Rest die Einsatzgutauf schlämmung für einen Vergaser bildet» Unter den dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Bedingungen enthalten die rezirkulierte Aufschlämmung und die Vergasereinsatzauf schlämmung eine aliquote Größenverteilung von Teilchen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch sind die suspendierten Teilchen in der Aufschlämmung der gelösten, normalerweise festen Kohle durch die Teilchengröße zumindest teilweise entmischt, wobei der rezirkulierte Aufschlämmungsteil mehr kleinere Teilchen und der Teil der Aufschlämmung für den Vergasereinsatz mehr große Teilchen im Verhältnis zur Größenverteilung in der nicht unterteilten Produktaufschlämmung enthält· Die durch die Größe der Aufschlämmungsteilchen bedingte Entmischung schafft einen neuen Freiheitsgrad für die Steuerung eines integrierten Verflüssigungs-Vergasungsprozesses, der eine Verringerung der Menge normalerweise fester gelöster Kohle in einem Prozeß ermöglicht, der sonst Beschränkungen infolge der Menge pumpfähiger Feststoffe unterliegt.

Figur 2 enthält ein Schema eines integrierten Kohleverflüssigungs-Vergasungsprozesses mit den hier beschriebenen Merkmalen« Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, wird pulverisierte nasse Rohkohle durch Leitung 1 einer Kohlevortrocknungszone 2 zugeführt. Auf Wunsch kann auch eine nasse Rohkohle, die verhältnismäßig kleine Teilchen Mineralrückstand bei der Auflösung erzeugt, auch durch Leitung 112 zugegeben werden. Der Vortrockenzone 2 wird durch die Leitung 3Wärme zugeführt, und durch das Trocknen der Kohle erzeugter Wasserdampf wird durch die Leitung 4 abgeleitet. Teilweise getrocknete Einsatzkohle wird durch Leitung 5 dem Mischbehälter 6 züge-

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1 754 7 - 38-

führt, in dem sich ein Rührwerk 7 befindet. Auf Wunsch kann ein katalytischer Zusatzstoff wie Pyrit, dessen Teilchen zu einem geringeren mittleren Durchmesser als dem des Mxneralrückstandes, der entweder durch die eine oder beide Einsatzkohlen erzeugt wurde, umgewandelt wurden oder werden, durch Leitung 114 in den Behälter 6 geleitet werden« Der Mischbehälter 6 wird unter einem Druck von etwa 7,6 cm Wassersäule gehalten» Die Temperatur in dem Mischbehälter 6 liegt zwischen etwa 150 und 260 ⁰C* Wärme wird dem Mischbehälter 6 mit Hilfe heißer lösungsmittelhaltiger Umlaufaufschlämmung zugeführt, die durch die Leitung 14 eintritt» Die Umlaufaufschlämmung in der Leitung 14 ist im wesentlichen frei von unter der im Mischbehälter herrschenden Temperatur siedenden Kohlenwasserstoffen. Die im wesentlichen vollständige Trocknung der Einsatzkohle erfolgt im Mischbehälter 6_e Durch das Trocknen der Einsatzkohle erzeugter Wasserdampf wird zusammen mit anderen Gasen durch die Leitung 8 in eine Wärmerückgewinnungszone 9 geleitet« Die Wärme wird in Zone 9 mit · Hilfe einer Kühlflüssigkeit wie Kesselspeisewasser, die durch Leitung 10 fließt, zurückgewonnen» Kondensat aus Zone 9 wird durch Leitung 11 abgeführt, während Hydrogensulfid und etwa vorhandene Kohlenwasserstoffgase durch Leitung 12 zurückgewonnen werden.

Etwa 1,5 bis 4 Masseteile Umlaufaufschlämmung pro Teil trockene Einsatzkohle gelangen durch die Leitung 14 in den Mischbehälter 6. Die Ablaufaufschlämmung vom Mischbehälter in die Leitung 16 ist im wesentlichen wasserfrei und durch den Feststoffgehalt beschränkt. Die Aufschlämmung in der Leitung 16 wird mit Hilfe einer Kolbenpumpe 18 gepumpt und mit durch Leitung 20 eintretendem Umlaufwasserstoff und mit durch die Leitung 92 eintretendem Zusatzwasserstoff vor dem

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21754 7 .

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Durchlauf durch den RÖhrenvorwärmofen 22, aus dem sie durch die Leitung 24 der Auflösezone 26 zugeführt wird, vermischt.

Die Temperatur der Reaktionsmittel in der Vorwärmerauslaßleitung 24 beträgt etwa 371 bis 404 ⁰C. Bei dieser Temperatur ist die Kohle teilweise in dem Umlauflösungsmittel gelöst, werden Teilchen von Mineralrückstand aus der Kohlegrundraasse freigesetzt und fangen exotherme Hydrierungs- und Hydrokrackreaktionen gerade an abzulaufen. Während die Temperatur der Aufschlämmung allmählich mit der Länge der Rohrleitungen in dem Vorwärmer 22 ansteigt, weist die Aufschlämmung innerhalb der Auflösungszone 26 im allgemeinen immer eine einheitliche Temperatur auf. Die durch die Hydrierungs- und Hydrocrackreaktionen in der Auflösezone 26 erzeugte Wärme erhöht die Temperatur der Reaktionsmittel auf einen Bereich von 339 bis 466 C. Durch die Leitung 28 strömender Löschwasserstoff wird an mehreren Stellen in die Auflösezone 26 zur Regulierung der Reaktionstemperatur und zur Abschwächung der Stärke der exothermen Reaktionen eingeblasen. Das Verhältnis von Gesamtwasserstoff zu trockener Einsatzkohle beträgt etwa 1,24 m /kg.

Der Ablaufstrom der Auflösezone fließt durch die Leitung 29 zu einem Dampf-Flüssigkeit-Trennsystem 30. Der von diesen Separatoren kommende heiße Kopfdampfstrom wird in einer Reihe von Wärmetauschern sowie durch nicht gezeigte zusätzliche Dampf-Flüssigkeit-Trennschritte gekühlt und durch die Leitung 32 abgezogen. Das flüssige Destillat von dem Dampf-Flüssigkeit-Separator 30 fließt durch die Leitung 34 zu einer atmosphärischen Fraktionierkolonne 36. Das nicht-kondensierte Gas in der Leitung 32 besteht aus nicht umgesetztem Wasserstoff, Methan und anderen leichten Kohlenwasser-

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Stoffen plus KUS und C0_· Das zurückgewonnene Hydrogensulfid wird in elementaren Schwefel umgewandelt, der durch die Leitung 40 aus dem Prozeß entfernt wird· Ein Teil des gereinigten Gases wird durch die Leitung 42 der Weiterverarbeitung im Tieftemperaturseparator 44 zur Entfernung eines großen Teils Methan und A'than als Pipeline-Gas, das durch die Leitung 46 strömt, und zur Entfernung von Propan und Butan als LPG, das durch die Leitung 48 strömt, zugeführt. Gereinigter Wasserstoff (Reinheit 90 %) in der Leitung 50 wird mit dem übrigen Gas aus dem Säuregasbehandlungsschritt in der Leitung 52 vermischt und bildet den Umlaufwasserstoff für den Prozeß,

Die Rückstandsaufschlämmung aus den Dampf-Flüssigkeit-Separatoren 30 fließt durch die Leitung 55 und wird in die Ströme 56 und 57 aufgeteilt» Strom 56 bildet die Primärumlauf auf schlämmung und enthält Lösungsmittel, gelöste, normalerweise feste Kohle und katalytische Mineralrückstände· Strom 56 enthält zwischen 5 und 40 Masse-% Mineralrückstand« Die Teilchen des Mineralrückstandes in Strom 56 haben einen mittleren Durchmesser zwischen etwa 1 und 10 Mikrometer· Es sind etwa 0,2 bis 4 Masseteile von Strom 56 pro Masseteil trockene Einsatzkohle vorhanden«, Von der nicht-zirkulierenden, durch die Leitung 57 fließenden Aufschlämmung wird ein Teil durch Leitung 58 der atmosphärischen Fraktionierkolonne 36 zur Abtrennung der Hauptprodukte des Prozesses züge- . leitet· Ein weiterer Teil nicht-rezirkulierender Aufschlämmung fließt durch die Leitung 59 und tritt tangential in den Hydroklon 60 ein, in der sie in einen feststoffarmen Oberlaufstrom, der durch die Leitung 61 fließt, und einen feststoffreichen Unterlaufstrom, der durch die Leitung 62 fließt, getrennt wird. Der feststoffarme Überlaufstrom ent-

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hält etwa 0,2 bis 10 Masse-% Mineralrückstand mit einem mittleren Durchmesser von etwa 0,5 bis 5 Mikrometer· Es sind etwa 0,2 bis 4 Masseteile vom Strom 61 pro Masseteil trokkener Einsatzkohle vorhanden» Die Ströme in den Leitungen und 61 werden etweder in die Leitung 14 zur Rezirkulation in den Einsatzgut-Mischbehälter 6 wie gezeigt vereinigt, öder sie können unabhängig in den Mischbehälter 6 zurückgeleitet werden. Die Ströme in den Leitungen 56 und 61 haben eine Temperatur, die höher als die Temperatur in dem Mischbehälter 6 ist, so daß sie das Wasser in der Kohle in dem Mischbehälter 6 erhitzen und fast vollständig entfernen·

Die Ströme in den Leitungen 57 und 62 werden in der Leitung 58 für die Weiterleitung an die atmosphärische Fraktionierkolonne 36 vereinigt. Die Aufschlämmung in der Fraktionierkolonne 36 wird bei atmosphärischem Druck destilliert, um einen Naphthakopfstrom durch die Leitung 63, einen Mitteldestillatstrom durch die Leitung 64 und einen Bodenproduktstrom durch die Leitung 66 zu entfernen· Der Bodenproduktstrom in der Leitung 66 gelangt zur Vakuumdestillationskolonne 68· Ein Verschnitt von aus der atmosphärischen Kolonne in der Leitung 64 zurückgewonnenem Heizöl und einem aus der Vakuumkolonne in der Leitung 70 zurückgewonnenem Mitteldestillat bildet das Hauptheizölprodukt für den Prozeß und wird durch Leitung 72 zurückgewonnen·

Die Bodenprodukte von der Vakuumkolonne, die aus der gelösten, normalerweise festen Kohle, ungelöster organischer Substanz und anorganischen Mineralsubstanzen bestehen, aber im wesentlichen ohne irgendwelche 193 bis 454 ⁰C Destillatflüssigkeit (oder Kohlenwasserstoffgase) , werden durch die

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Leitung 74 direkt der Partialoxydations-Vergaserzone 76 zugeführt« Stickstofffreier Sauerstoff für den Vergaser 76 wird in der Sauerstoffanlage 78 vorbereitet und durch die Leitung SO in den Vergaser geführt. Der Dampf gelangt durch die Leitung 82 in den Vergaser· Die Mineralbestandteile der durch die Leitungen 1 und 112 zugeführten Einsatzkohle und des durch die Leitung 114 zugeführten Pyrits werden durch die Leitung 84 in Form reaktionsträger Schlacke aus dem Prozeß entfernt, wobei die Leitung 84 vom Boden des Vergasers 76 wegführt. Synthesegas wird in dem Vergaser 76 erzeugt, und ein Teil davon geht durch die Leitung 86 zur Umlagerungsreaktorzone 88 für die Umwandlung mit Hilfe der Umlagerungsreaktion, bei der Dampf und CO in hU und CO« umgewandelt werden, worauf eine Gasentfernungszone 89 für die Entfernung von H₂ und COg folgt. Gereinigter Wasserstoff (Reinheit 90 bis 100 %) wird dann mit Hilfe eines Verdichters 90 auf Betriebsdruck verdichtet und durch die Leitung 92 als Zusatzwasserstoff für die Vorwärmzone 22 und die Auflösezone 26 geleitet.

Der Wirkungsgrad des Prozesses wird besser, wenn die Menge des in dem Vergaser 76 erzeugten Synthesegases nicht nur für die Lieferung des gesamten im Prozeß gebrauchten Wasserstoffes ausreicht, sondern auch für die Bereitstellung - ohne Methanierungs- oder einen anderen Umwandlungsschritt - von 5 bis 100 % des gesamten Wärme- und Energiebedarfs für den Prozeß«, Zu diesem Zweck strömt der Teil des Synthesegases, der nicht in den Umlagerungsreaktor gelangt, durch die Leitung 94 zur Säuregasentfernungsanlage 95, in der COp und HpS daraus entfernt werden_e Durch die Entfernung von HpS

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entspricht das Synthesegas den an einen Brennstoff gestellten Umweltanforderungen, während durch die Entfernung von COp der IVärmegehalt des Synthesegases so erhöht wird, daß eine höhere Verbrennungswärme erzielt werden kann. Ein Strom gereinigten Synthesegases geht durch die Leitung 98 zu dem Kessel 100. Der Kessel 100 ist mit Einrichtungen für die Verbrennung von Synthesegas als Brennstoff ausgestattet. Wasser fließt durch die Leitung 102 zu dem Kessel 100, in dem es zu Dampf umgewandelt wird, der durch die Leitung 104 als Prozeßonergiespender strömt, zum Beispiel zum Antreiben der Kolbenpumpe 18. Ein gesonderter Strom Synthesegas von der Säuregasentfernungsanlage 96 wird durch die Leitung 106 zu dem Vorwärmer 22 zur Verwendung als Brennstoff darin geführt. Das Synthesegas kann in ähnlicher Weise an jedem beliebigen anderen Punkt des Prozesses, an dem Energie gebraucht wird, verwendet werden. Wenn das Synthesegas nicht allen für den Prozeß benötigten Brennstoff liefern kann, dann können der Rest des Brennstoffes und die Energie, die in dem Prozeß gebraucht werden, von einem direkt innerhalb der Verflüssigungszone erzeugten nicht sehr gewünschten Heizstoff geliefert werden. Wenn es wirtschaftlicher ist, kann ein Teil oder die gesamte Energie für den Prozeß, die nicht aus dem Synthesegas gewonnen wird, von einer außerhalb des Prozesses gelegenen, nicht gezeigten, Quelle bezogen werden« wie beispielsweise einem Kraftwerk.

Claims (8)

1. Kohleverflüssigungsverfahren, gekennzeichnet dadurch, daß folgende Schritte ausgeführt werden: Vermischen eines gesamten Kohleeinsatzgutes aus zumindest zwei Einsatzkohlesorten in einem Einsatzkohle-Mischbehälter, Rezirkulation von gelöster, normalerweise fester Kohle, die flüssiges Lösungsmittel enthält, und Rezirkulation von aus den Einsatzkohlen stammendem Mineralrückstand; wobei eine der Einsatzkohlen mindestens 5 Masseprozent des Gesamtkohleeinsatzgutes bildet und bei Auflösung Teilchen von Mineralrückstand erzeugt, die einen kleineren mittleren Durchmesser als die Teilchen des von der übrigen Einsatzkohle gebildeten Mineralrückstandes haben; Leiten von Einsatzkohlen, Wasserstoff, gelöster, normalerweise fester Umlaufkohle, flüssigem Umlauflösungsmittel und Umlaufmineralrückstand zu einer Kohleverflüssigungszone zur Lösung des kohlenwasserstoffhaltigen Materials aus dem Mineralrückstand und zum Hydrokracken des kohlenwasserstoffhaltigen Materials zur Erzeugung eines Gemischs aus Kohlenwasserstof f gasen , gelöster flüssiger, normalerweise fester Kohle und suspendiertem Mineralrückstand; Leiten eines Ablaufstromes von der Verflüssigungszone durch Dampf-Flüssigkeit-Trenneinrichtungen zur Entfernung von Wasserstoff, Kohlenwasserstoffgasen und Naphtha als Kopfprodukt aus einer Rückstandsaufschlämmung aus flüssiger Kohle und gelöster, normalerweise fester Kohle mit suspendiertem Mineralrückstand; Rezirkulation eines ersten Teiles der Rückstandsaufschlämmung zu dem Einsatzkohle-Mischbehälter; Leiten eines zweiten Teiles der Rückstandsaufschlämmung zu einer Produkttrenneinrichtung; Leiten eines dritten Teiles der Rückstandsaufschlämmung durch Hydrokloneinrich-

+) die kein Festbett oder Katalysatorzusatz enthält

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tungen; Rückgewinnung - von der Hydrokloneinrichtung einer Überlaufaufschlämmung aus verflüssigter Kohle und gelöster, normalerweise fester Kohle mit verhältnismäßig kleinen Teilchen von suspendiertem Mineralrückstand; Rezirkulation der Oberlaufaufschlämmung zu der Verflüssigungszone zur selektiven Erhöhung des Anteils an in der Verflüssigungszone aus einer der Einsatzkohlen erzeugten Mineralrückstandsteilchen; Rückgewinnung - von der Hydrokloneinrichtung - einer Unterlaufaufschlämmüng aus verflüssigter Kohle und gelöster, normalerweise fester Kohle mit verhältnismäßig großen Teilchen suspendierten Mineralrückstandes; und Leiten der Unterlaufaufschlämmung zu der Produkttrenneinrichtung»

2« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Einsatzkohlen mindestens 10 Masseprozent des gesamten Kohleeinsatzgutes bildet·

3» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Einsatzkohlen mindestens 20 Masseprozent des gesamten Kohleeinsatzgutes bildet,

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Teil der Rückstandsaufschlämmung zwischen etwa 10 und 75 Masseprozent der gesamten Rückstandsaufschlämmung bildet·

5· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Rückstandsaufschlämmung zwischen etwa 5 und 40 Masseprozent Feststoffe enthält.

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6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die überlaufaufschlämmurig zwischen etwa 0,2 und 20 Masseprozent Feststoffe enthält» .

7· Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Durchmesser der Feststoffe in der Überlaufaufschlämmung zwischen etwa 0,5 und 5 Mikrometer liegt,

8* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch; daß die Verflüssigungszone kein Festbett von zugesetztem Katalysator enthält.

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