DD148640A5

DD148640A5 - Kohleverfluessigungsverfahren unter einsatz einer selektiven waermezufuehrung

Info

Publication number: DD148640A5
Application number: DD79217543A
Authority: DD
Inventors: Lawrence J Kirby; Thomas E Richardson; Bruce K Schmid; John V Ward
Original assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1979-12-11
Publication date: 1981-06-03
Also published as: IN151940B; US4189375A; ZA795948B; EP0020631A4; WO1980001279A1; CS217973B2; JPS56500090A; PL220389A1; AU5229079A; CA1132925A; EP0020631A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prozesz zur Verfluessigung von Kohle, umfaszt die Erhitzung von lediglich einem Teil 70 des gesamten Prozeszwasserstroms 62 zur Erhoehung seiner Temperatur auf einen relativ hohen Wert und die Zumischung des besagten heiszen Wasserstoffs zu lediglich einem Teil 56 des gesamten Kohleschlamms 54 in dem nach oben stroemenden Bereich einer Aufloeserzone 58. Der Wasserstoffstrom weist eine relativ niedrige spezifische Waerme auf, weshalb die Zugabe einer relativ kleinen Waermemenge seine Temperatur auf einen Wert erhoeht, der ausreichend hoch ist, um die Reaktionen der Hydrocraeckung zu initiieren,wenn der heisze Wasserstoffstrom mit lediglich einem Teil 56 des Beschickungsschlamms des Aufloesers gemischt wird unter der Voraussetzung, dasz der Aufloeserbeschickungsschlamm zurueckgefuehrten mineralischen Rueckstand in einer Menge enthaelt, der ausreichend ist, um die Reaktionen der Hydrocrackung zu katalysieren. Da der zurueckgefuehrte Mineralrueckstand die Reaktionen der exothermen Hydrocrackung katalysiert, wird eine ausreichende Prozeszwaerme erzeugt, um die Zugabe des uebrigen Teils 60 des Aufloeserbeschickungsschlamms und des Prozeszwasserstoffs 74 in den abwaertsstroemenden Bereich einer Aufloeserzone 58 in einem relativ kalten Zustand zu ermoeglichen.

Description

217 543 ~^A~ Berlin, den 23.6.1980

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Kohleverflüssigungsverfahren unter Einsatz einer, selektiven Wärme ζ uführung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Losungsmitte!verflüssigung von Kohle.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kohleverflüssigungsverfahren, bei denen eine Mischung, bestehend aus mineralhaltiger Roheinsatzkohle,Wasserstoff flüssigem Umlauflösungsmittel, normalerweise fester gelöster Umlaufkohle und Umlaufmineralrückstand einer Kohleverflüssigungszone zugeführt werden, sind bekannt.

Es ist weiterhin bekannt, aus dem in der Verflüssigungszone erhaltenen Gemisch, bestehend aus gasförmigen Kohlenwasserstoff, flüssiger gelöster Kohle, normalerweise fester gelöster Kohle und Mineralrückstand, wertvolle gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe abzutrennen und wiederzugewinnen und einen Umlaufschlamm, bestehend aus normalerweise fester gelöster Kohle, flüssiger gelöster Kohle und dispergiertem Mineralrückstand, zurückzuführen·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Kohleverflüssigungsverfahrens, mit dem ein erhöhter Wärmewirkungsgrad erreicht werden kann.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmewirkungsgrad durch eine selektive Wärmezuführung zu verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Kohle zusammen mit zurückgeführten Schlamm, bestehend aus normalerweise fester gelöster Kohle, normalerweise flüssiger Kohlefraktion und Mineralrückstand, in einen Beschickungsschlamm-Mischbehälter geleitet wird, der bei einem Druck unterhalb des Verfahrensdrucks betrieben wird,

- daß der Abgangsschlamm des Mischbehälters auf Verfahrensdruck gebracht und der Abgangsschlamm des Mischbehälters bei Verfahrensdruck in einen Vorerhitzer geführt wird,-daß der Schlamm innerhalb des Vorerhitzers erhitzt wird,

- daß ein erster Teil eines Verfahrenswasserstoffstroms vorerhitzt wird, indem Wärme von außerhalb des Verfahrens eingesetzt wird, - daß das Mischen des vorerhitzten Wasserstoffs mit einem ersten Teil des Abgangschlamms aus dem Vorerhitzer unter Bildung einer Wasserstoff-Schlammischung erfolgt, - daß die vorerhitzte Wasserstoff-Schalmmischung in den nach oben strömenden Bereich einer Auflöserzone eingeleitet wird, um normalerweise feste gelöste Kohle einer exothermen Hydrocrackung zu flüssiger Kohle und Kohlenwasserst off gasen zu unterziehen, wodurch die Temperatur in der Auflöserzone erhöht wird, - daß ein zweiter und relativ kalter Teil des Verfahrenswasserstoffs bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur der Auflöserzone in einen nach unten strömenden Bereich der Auflöserzone eingeleitet wird, - daß ein zweiter Teil des Abgangsschlamms des Vorerhitzers bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur der Auflöserzone in den nach unten strömenden Bereich der Auflöserzone eingeleitet wird, - daß ein Abgangsstrom

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der heißen Auflöserzone über einen Hochtemperaturdampf Flüssigkeits-Separator geleitet wird,.'um über Kopf einen Strom abzuleiten, der aus Wasserstoff, Kohlenv/asserstoffgasen und Erdöldestillaten besteht, sowie aus einem Separatorschlamm aus normalerweise flüssiger Kohlefraktion und normalerweise fester gelöster Kohle mit suspendiertem mineralischem Rückstand, - daß ein Teil des SparatorSchlamms in Vorrichtungen zur Erzeugnistrennung geleitet wird und ein anderer Teil des Sparatorschlamms zu dem Mischbehälter zurückgefülirt wird*

In dem vorliegenden Verfahren wird nasse, zerkleinerte Speisekohle teilweise in einer thermischen Veftrocknungszone ge-r trocknet, Me teilweise getrocknete Kohle wird sodann aufgeschlemmt mit einem heißen, wieder in das Verfahren zurückgeführten Schlammstrom, der ein wasserstoffabgebendes Lösungsr. mittel enthält, und zwar bei einem Druck unterhalb des Verfahrensdruckes in einem belüfteten Speisekohlemischbehälter· Die Wärme in dem heißen, zurückgeführten Strom läßt die Temperatur in dem Mischbehälter auf einen Wert steigen, der genügend hoch ist, um im wesentlichen das gesamte Wasser zu verdampfen, das in der Speisekohle zurückbleibt· Zur raschen Entfernung des in der Trocknungszone gebildeten Wasserdampfs aus dem Verfahren wird der Wasserdampf unabhängig von der Abnahme des AbgangsSchlamms aus der Trockenzone abgeblasen. Bezüglich des Wärmewirkungsgrades des Verfahrens wäre es wünschenswert, wenn die Temperatur im Speisekohlemischbehälter den Höchstwert erreichen würde, der aus der im heißen, zurückgeführten Schlammstrom enthaltenen-Wärme zu erhalten ist.

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Allerdings ist wegen der Bildung eines Gels beim Zumischen der Speisekohle mit dem heißen, zurückgeführten Schlammstrom die maximale Betriebstemperatur im Speisekohlemischbehälter begrenzt. Die Geschwindigkeit der Gelbildung steigt mit zunehmender Temperatur im Speisekohlemischbehälter. Wenn die Temperatur im Speisekohlemischbehälter ausreichend hoch ist, wird, wenn genügend Zeit verstrichen ist, eine maximale Viskosität erreicht, die die Mischung zu dick macht, um noch gepumpt werden zu können. Hält man jedoch die Verweilzeit auf einen ausreichend niedrigen Wert, so wird die maximale Viskosität nicht erreicht, und der Schlamm im Mischbehälter wird in die Vorerhitzerzone gempumpt, bevor die Viskosität des Gels die Grenze der Pumpfähigkeit überschreitet. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein hohes Haß an direkter Wärmeübertragung erreicht, ohne daß der begleitende Nachteil einer besonders hohen Gelviskosität auftritt. Um dieses zuerreichen, sollte die Temperatur des Schlamms im Mischbehälter im Bereich zwischen 149 ⁰C und 260 ⁰C liegen (300 ⁰P bis 500 P) und die Verweilzeit des Schlamms im Mischbehälter 5 bis 30 Minuten betragen, wobei die relativ niedrigen Verweilzeiten bei verhältnismäßig hohen Temperaturen eingesetzt werden.

Die Temperatur im Speisekohlemischbehälter kann mit Hilfe eines Wärmeaustauschers in der Schlammrückführungsleitung zur Kühlung des zurückgeführten Schlamms reguliert werden. Allerdings ist diese Methode unwirksam, da sie eine indirekte Wärmeübertragung nötig macht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur des Speisekohlemischbehälters zumindestens teilweise durch direkte Wärmeübertragung in der Weise reguliert, daß der Peuchtigkeitsgehalt der Kohlebeschickung im Mischbehälter über eine Regulierung der Kohle-

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vortrocknungsstufe gesteuert wird· Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Umfang der in der Kohlevortrocknungszone erfolgten Trocknung, wenn die Temperaut im Mischer zu hoch ist, so reduziert v/erden, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Kohle im Mischer erhöht wird und die im Mischer erfolgende zusätzliche Trocknung die Temperatur darin herabsetzt· Wenn nötig, kann der Feuchtigkeitsgehalt der KohlebeSchickung zum Mischer reduziert v/erden, um die Wasserverdampfung darin herabzusetzen und dadurch die Temperatur im Mischer zu erhöhen. In der Vortrocknungszone werden zwischen 0 oder 5 und 90 Gewichtsprozent im allgemeinen und vorzugsweise zwischen etwa 30 und 70 Gewichtsprozent des Feuchtigkeitsgehalts der Speisekohle entfernt, wobei im v/esentliehen die gesamte zurückbleibende Feuchtigkeit im Mischer ausgetrieben wird· Wenn dem Mischer ungetrocknete Kohle zugesetzt wird, so werden eine maximale Kühlung und eine minimale Temperatur vorherrschen, und das Merkmal der Temperaturregelung, das durch die teilweise Vortrocknung möglich wird, wird nicht erreicht. Der Druck im Mischer liegt wesentlich unterhalb des Verfahrensdrucks und kann sogar kleiner sein als 3 in.W. (1 in.W. = 248,9 Pa)* Der Druck braucht nur ausreichend zu sein, um die Kondensationswärme des ausgetriebenen Wasserdampfs aufzubringen und das Abstreifen der eingeschlossenen Kohlenwasserstoffe oder schädlichen Gase, wie Schv/efelwasserstoff, vor dem Verlassen des Verfahrens zu ermöglichen·

Der Schlamm wird aus dem Mischer unabhängig vom abgetriebenen Dampfstrom entfernt· Der entfernte Schlamm wird auf Verfahrensdruck gebracht und in eine Vorerhitzerzone geleitet. Die Vorerhitzerzone umfaßt gewöhnlich, eine erhitzte, eingesteckte Durchflußspule, die die Wärme indirekt aus der Verbrennung von Verfahrensbrennstoff erhält· In einer unabhängigen Ver-

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körperung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält das Vorerhitzergefäß einen Teil oder die Gesamtwärme durch Zumischen eines heißen zurückgeführten Verfahrensstromes zur Erhöhung der Temperatur auf einen Wert, bei dem mindestens ein Teil der Kohle gelöst wird*

Der gesamte Schlamm aus der Vorerhitzerzone kann mit einem Teil oder mit dem gesamten Verfahrenswasserstoff gemischt werden und wird an den Einlaß einer Auflöserzone geleitet, wo die normalerv/eise fest gelöste Kohle, die im Schlamm enthalten ist, einer Hydrocrackung zu normalerweise flüssiger Kohlefraktion und Kohlenwasserstoffgasen unterzogen wird. Gemäß einer unabhängigen Verkörperung des vorliegenden Verfahrens der Erfindung wird jedoch ein besonders guter Wärmewirkungsgrad durch Zumischen von lediglich einem Teil des vorerhitzten Schlamms mit lediglich einem Teil des Verfahrenswasserstoffs erreicht, wonach diese teilweise Zumischung an dem Einlaß der Auflöserzone weitergeleitet wird· In dieser Verkörperung wird weniger als die Hälfte, mehr als die Hälfte oder im wesentlichen die gesamte externe Wärme, die für das Verfahren aufgebracht wird, zur Vorerhitzung des Teils des Verfahrenswasserstoffes verwendet, der für diese teilweise Zumischung vorgesehen ist· Obgleich jeder beliebige Betrag der externen Wärme ebenfalls für die Vorerhitzung des Verfahrensschlamms eingesetzt v/erden kann, braucht im Bedarfsfall im wesentlichen keine externe Wärme für die direkte Vorerhitzung des Verfahrens Schlamms aufgebracht zu werden sowie im wesentlichen keine weitere externe Wärme in die Auflöserzone eingeführt zu werden·

Da Wasserstoff eine niedrige spezifische Wärme hat, erhöht eine relativ kleine Wärmezufuhr die Temperatur des Wasserstoffs bereits auf einen relativ hohen Wert· Wenn der vorer-

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hitzte Wasserstoff lediglich mit einem Teil des Verfahrensschlamms direkt zugemischt wird, so erhöht sich die Temperatur der Zumischung rasch auf mindestens die Schwellentemperatur, die für das Einsetzen der Reaktionen der Hydrocrackung erforderlich ist. Da die Reaktionen der Hydrocrackung exotherm verlaufen, wird die weitere Verfahrenswärme autogen innerhalb der Auflöserzone aufgebracht, und es ist keine zusätzliche externe Wärme für das Verfahren erforderlich· Das Prinzip der Verkörperung der vorliegenden Erfindung gilt jedoch auch, wenn ein gewisser Betrag an externer Wärme an anderer Stelle in das Verfahren eingeführt wird, z· B. durch Vorerhitzen eines Teils des Schlamms, der in die Auflöserzone mit dem vorerhitzten Wasserstoff strömt. Der übrige Teil des Verfahrensschlamms und der verbleibende V/asserstoffteil können sodann im Gleichstrom'in die Auflöserzone eingeführt werden und reagieren unter dem Einfluß der autogen erzeugten Wärme.

Es zeigt sich, daß die Zumischung eines vorerhitzten Teils des Verfahrenswasserstoffsstroms mit lediglich einem Teil des in den. Auflöser geschickten Schlamms einen für das Einsetzen der Reaktionen der Hydrocrackung auslösenden Einfluß ausübt. Das schnelle Einsetzen der Reaktionen der Hydrocrackung in der partiellen Wasserstoff-Schlamm-Zumischung ist für den Erfolg des Auslöseeinflusses von Bedeutung, da die Auflöserzone ebenfalls in der Lage sein muß, unabhängig die relativ niedrige Temperatur des Verfahrenswasserstoffs und des zugeführten Schlamms in einem abwärts strömenden Bereich anzunehmen. Um zu gewährleisten, daß die Reaktionen im Auflöser unter diesen Bedingungen ablaufen, ist es wichtig, daß der mineralische Rückstand innerhalb des Verfahrens zurückgeführt wird und insbesondere, daß die Auslösereaktion in Gegenwart des zurückgeführten mineralischen Rückstands auftritt, da der zurückgeführte mineralische Rückstand ein hochwirksamer Katalysator

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für die Katalyse der Reaktionen der Hydrocrackung ist»Die durch die exothermen Reaktionen, wie sie in der Auflöserzone ausgelöst v/erden, erzeugte Wärme ist ausreichend, um die Temperatur der gesamten Masse im Auflöser einschließlich des AusgangsSchlamms des Vorerhitzers und des im Gleichstrom zugesetzten Wasserstoffs im Auflöser auf einen Wert zu erhöhen, der ausreichend ist, um die Hydrocrackung für das gesamte Auflösersystem aufrechtzuerhalten· Der Anteil des Verfahrenswasserstoffs, der nicht vorerhitzt wurde, kann daher in die Auflöserzone in einen abwärtsströmenden Bereich zugesetzt werden mit einer Temperatur unterhalb der mittleren Temperatur, die in der Auflöserzone vorherrscht. In ähnlicher Weise kann der Teil des AusgangsSchlamms des Vorerhitzers, der nicht mit vorerhitztem Wasserstoff gemischt wird, in die Auflöserzone in einen abwärtsströinenden Bereich bei einer Temperatur unterhalb der mittleren Temperatur in der Auflöserzone zugesetzt werden· Die Ströme der Reaktionsteilnehmer, die in den abwärts strömmenden Bereich des Auflösers gegeben v/erden, dienen daher nicht nur als Reaktionsteilnehmer, sondern auch als Abschreckströme·.Es zeigt sich, daß die externe Wärmezugabe zu lediglich einem Teil des gesamten WasserstoffStroms und die Zumischung dieses vorerhitzten Wasserstoffstroms mit lediglich einem Teil des in den Auflöser zugegebenen Schlamms, der den zurückgeführten mineralischen Rückstand zur Katalyse.der Reaktion in der Hydrocrackung enthält, den Zusatz einer minimalen externen Wärmemenge zur Strömung ermöglicht, die eine niedrige spezifische Wärme aufweist, um die Reaktionen der exothermen Hydrocrackung auszulösen und einen erheblichen Anteil, den meisten oder den gesamten verbleibenden Teil der für das Verfahren erforderlichen Wärme aufzubringen· Wenn beide Verkörperungen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gleich-

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zeitig praktiziert werden, so braucht nur wenig oder keine äußere Wärme zum Schlamm in die Vorerh.it ζ er zone oder zum Schlamm an irgend einer anderen Stelle des Verfahrens zuger führt werden, abgesehen von dem Teil des Wasserstoffatoms, der für die warmsauslösung zugesetzt und mit einem Teil des Auflöserschlamms vorgemischt wird.

Zwischen etwa 20 und 90 Volumenprozent des gesamten Wasserßtoff.stroms im allgemeinen und etwa zwischen 50 und 80 Volumenprozent des gesamten Wasserstoffstroms vorzugsweise können zur Reaktionsauslösung eingesetzt werden. Der auslösende Wasserstoffstrom kann im allgemeinen auf eine Temperatur zwischen 371 ⁰C und 649 ⁰C (700 V und 1200 ⁰P) vorerhitzt v/erden oder vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 427 ⁰C und 538 ⁰C (800 ^QP und 1000 ⁰P). Zwischen etwa 30 und 90 Gewichtsprozent des Abgangsschlamms aus dem Vorerhitzer im allgemeinen und zwischen etwa 40 und 70 Gewichtsprozent des Abgangsschlamms im Vorerhitzer vorzugsweise können als Schlammstrom für die Auslösung eingesetzt werden/ Der verbleibende Teil des Gesaratwasserstoffs und des Abgangschlamms aus dem Vorerhitzer wird in den abwärtsströmenden Bereich der Auflöserzone gebracht» Der übrige Teil des Gesamtwasserstoffs wird in die Auflöserzone bei einer Temperatur zwischen 38 ⁰C und 316 ⁰C (100 ⁰P und 600 ⁰P) einge leitet, während der übrige Teil des Vorerhitzerabgangs in die Auflöserzone bei einer .Temperatur eingegeben wird, die in der Vorerhitzerzone vorherrscht. Um einen ausreichenden katalytischen Effekt für die Auslöserreaktion zu gewährleisten, wird der Abgangsschlamm aus dem Auslöser mit einem Gehalt an mineralischem Rückstand zurückgeführte Das Gewichtsverhaltnis des zurückgeführten Schlamms mit P. 193 ⁰C (380 ⁰P) zur Trocknung der Speisekohle liegt zwischen etwa 1,5. und 4*

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Der heiße Abgangsschlamm des Auflösers wird in eine Dampf-Flüssigkeit s-Trennzone mit hoher Temperatur gegeben, worin der Separatordampfstrom mit hoher Temperatur aus Wasserstoff besteht, Kohlenwasserstoffgasen, Erdöldestillat und auch normalerweise Flüssigkohlefraktion mit höherem Siedepunkt, die in einem Separatorreststrom mit hoher Temperatur abgetrennt wird, der aus heißer, normalerweise flüssige Kohlefraktion sowie normalerweise fester gelöster Kohle mit suspendierten Mineralrückständen besteht· Beide Ströme sind heiß und können für die direkte Wärmeübertragung im Verfahren verv/endet v/erden. Der heiße Dampfstrom wird im v/esentlichen bei Verfahrensdruck (zur Vermeidung eines Energieverlusts, der bei einer bestimmten Druckverringerung auftritt) zur (zurückgemischten" Vorerhitzerzone geleitet und mit dessen Bestandteilen direkt gemischt, um ihnen die Warme zu übertragen. Nach dem gründlichen Mischen innerhalb der Vorerhitzerzone wird unabhängig davon ein kühler Vorerhitzerdampfstrom, bestehend aus Wasserstoff, Kohlenwasserstoffgasen, Erdöldestillat und normalerweise flüssiger Kohlefraktion mit höherem Siedepunkt durch einen Dampf/Flüssigkeits-Separator bei niedriger Temperatur geblasen und aus dem Verfahren entfernt. Für die Wiedergewinnung der Wärme von heißem Dampf aus der Auflöserzone durch direkten Wärmeaustausch ist das Belüften des Verfahrens mit einem aus der Vorerhitzerzone unabhängig von der Entfernung eines Schlammstroms aus der Vorerhitzerzone erhaltenen Dampfstroms entscheidend. Das Blasen von Dampf aus der Vorerhitzerzone unabhängig von der Schlarnmentfernung wird möglich gemacht, v/eil aufbereiteter und/oder zurückgeführter Wasserstoff aus der Vorerhitzerzone in den abwärtsgerichteten Verfahrensstrom zugesetzt wird. Es kommt zu einer Kondensation und Akkumulation innerhalb des Systems der Flüssigkeit, die in dem Temperaturbereich siedet, der durch die Temperatur des Hochtempe-

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raturseparators an der hohen Seite und der Temperatur der Vorerhitzerzone an der unteren Seite bei dem Druck des Systems defiliert wird. Diese akkumulierte.Flüssigkeit liefert einen vorteilhaften Effekt, da sie die Viskosität des Verfahrensschlamms verringert, die Wärmeübertragung verbessert und die Verfügbarkeit des wertvollen, wasserstoffabgebenden Lösungsmittels innerhalb des Systems verstärkt· Der Druck des heißen Schlamms im Hochtemperaturauflöser - Dampf/Plüssigkeits-Separator kann ohne* bedeutenden Wärmeverlust herabgesetzt werden, da der Schlamm im wesentlichen frei von gasförmigen Bestandteilen ist* Daher wird der Druck des heißen Schlammes reduziert und in das Speisekohlemischgefäß für die direkte Zumischung mit dessen Inhaltsstoffen zur Wärmelieferung zugemischt sowie auch zur Vervollständigung der Trocknung der Speisekohle. Auf diese Weise wird Wärme sowohl aus dem heißen Dampfstrom als auch aus dem heißen Flüssigkeitsstrom, die aus den Auflöser-Dampf/Flüssigkeits-Separatorvorrichtungen erhalten werden, durch direkten Wärmeaustausch innerhalb des Verfahrens wiedergewonnen. Wenn daher beide erfindungsgemäße Verkörperungen des Verfahrens gleichzeitig praktiziert werden, so wird eine Verbesserung oder Überlagerung der Wärmeeinsρarung aus dem bereits erwähnten Auslöseeffekt der Hydrocrackung dadurch erreicht, daß ein erster Teil der exotherm erzeugten Wärme an die Vorerhitzerzone abgegeben wird und ein zweiter Teil der exotherm erzeugten Wärme an den Speisekohlemischbe-. halter übertragen wird.

Die Vorerhitzertemperatur sollte auf einem Wert gehalten werden, der ausreichend hoch ist, um ein rasches Ansteigen der Viskosität des Verfanrenschlamras auf einen Höchstwert und deren nachfolgende Abnahme zu bewirken. Die nach dem Erreichen des Höchstwertes der Viskosität auftretende Abnahme ist eine

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Folge der Depolymerisationsreaktionen in dem Gel, das sich zwischen der Speisekohle und dem Verfahrenslösungsmittel, während es in Lösung gegangen ist, gebildet hat· Die Temperatur der Depolymerisation schwankt, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von 260 ⁰C und 399 ⁰C (500 ⁰F und 750 ⁰P) oder 316 ⁰C und 371 ⁰C (600 ⁰P und 700 ⁰P).

In der Auflöserzone erhöht die durch die exothermen Reaktionen erzeugte Wärme die mittlere Temperatur der Reaktionsteilnehmer auf einen Bereich zwischen 427 ⁰C und 482 ⁰C (800 ⁰P und 900 ⁰P), vorzugsweise 339 ⁰C und 466 ⁰C (840 ⁰P und 870 ⁰P). Die Verweilzeit des Schlamms in der Auflöserzone ist größer als in der Vorerhitzerzone. Die durchschnittliche Verweildauer des Schlamms in der Vorerhitzerzone liegt zwischen etwa 0,02 und 0,5 Stunden, während die durchschnittliche Verweilzeit in der Auflöserzone langer ist und zwischen 0,3 und 2 Stunden liegt. V/egen der darin auftretenden exothermen Reaktionen beträgt die mittlere Auflösertemperatur mindestens 11,1 ⁰C; 27,8 ⁰C; 55,5 ⁰C oder sogar 111,1 ⁰C (20 ⁰P; 50 ⁰P; 100 ⁰P oder sogar 200 ⁰P) mehr als die Temperatur des Vorerhitzers· Der Wasserstoffdruck in der Vorerhitzerzone und in der Auflöserzone liegt im Bereich zwischen 70 bis 280 kp/cm² (1000 bis 4000 psi) (1 psi = 214,3 Pa) und vorzugsweise 105 bis 175 kp/cm² (1500 bis 2500 psi).

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die beiliegende Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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Ungetrocknete und zerkleinerte Speisekohle mit einem Gehalt zwischen etwa 3 und 40 % V/asser wird durch eine Leitung zur Kohletrocknungszone 12 geschickt, in die Wärme über eine Leitung zur Entfernung von etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent des Wassergehalts der -Speisekohle geschickt wird. Der Wasserdampf wird über eine Leitung abgegeben·

Die teilweise getrocknete Kohle wird durch eine"Leitung zum Mischbehälter 20 geschickt, in dein die Kohle in einem zurückgeführten Schlamm aufgeschlemmt wird, der über die Leitung 22 zugegeben wird. Der zurückgeführte Schlamm in der Leitung 22 umfaßt ein flüssiges Lösungsmittel im Siedebereich zwischen 193 ⁰C und 454 ⁰C (380 ⁰P und 850 ⁰P), normalerweise feste gelöste Kohle im Siedebereich oberhalb von 454 ⁰C (850 ⁰P) und suspendierte mineralische Rückstände, die ungelöste organische Substanz enthalten· Der Mischbehälter 20 liegt auf einer Temperatur im Bereich zwischen 149 ⁰C und 260 ⁰C (300 ⁰P und 500 ⁰P), typischerweise 232 ⁰C (450 ⁰P) und bei einem Druck unterhalb des Verfahrensdrucks, d. h. unterhalb von etwa 100 psi (7kp/cm ), typischerweise im Bereich des Atmosphärendrucks, d. h. etwa 1 inch (0,0254 WS). Da der Behälter 20 über die Leitung 24 belüftet wird, muß der zurückgeführte Strom in der Leitung 22 im wesentlichen frei sein von Kohlenwasserstoffen, die bei der im Behälter 20 herrschenden Temperatur oder darunter sieden· Der rückgeführte Strom 22 weist einen Druck im Bereich des Atmosphärendrucks auf und eine Temperatur von etwa 441 ⁰Q (825 ⁰P). Die Menge der fühlbaren Wärme, die über den Schlamm in der Leitung 22 in den Mischbehälter 20 zugegeben wird, ist ausreichend, um eine im wesentlichen vollständige Trocknung der Speisekohle zu erreichen.Der im Behälter 20 und über der Leitung 24 gebildete Wasserdampf wird durch eine Kondensatortrommel 26 ge-

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schickt, aus der sämtliche eingeschlossenen Kohlenwasserstoffgase über die Leitung 28 wiedergewonnen werden und von denen die Wärme durch Erhitzen des Kesselspeisewassers, daß durch die Leitung 30 läuft, wiedergewonnen v/erden kann, wobei das sich bildende Kondensat über die Leitung 32 abgeschieden wird· Der Schlamm in Behälter 20 wird gründlich zurückgemischt mit Hilfe eines Zirkulationssystems, das aus einer Abgangsleitung 34 besteht, einer Umlaufpumpe 36 sowie einer Rückführungsleitung 38« Der Abgangsschlamm des Lüschbehälters wird durch die Leitung 40 geschickt und sodann auf einen Ver-

fahrensdruck von etwa 2000 psi (140 kp/cm ) mit Hilfe einer Kolbenpumpe 42 gebracht und sodann durch die Leitung 44 zum Vorerhitzerkessel 46 geführte Der Schlamm verbleibt im Kessel 46 für eine Verv/eilzeit von etwa 0,1 bis 0,2 Stunden, währenddessen er auf eine Temperatur zwischen 316 ⁰C und 371 ⁰C (600 ⁰P und 700 ⁰P) und typischerweise auf 338 ⁰C (640 ⁰P) vorerhitzt wird· Der Vorerhitzerkessel 46 wird gründlich zurückgemischt mit Hilfe eines Zirkulationssystems, das aus einer Abgangsleitung 48 besteht, einer Umlaufpumpe 50 sowie einer Rückfuhrungsleitung 52· Der Abgangsschlamm der Vorerhitzers 46 wird durch eine Leitung 54 geschickt und der Gesamtstrom so aufgeteilt, daß zwischen etwa 40 und 70 Gewichtsprozent davon durch die Leitung 56 in den nach oben strömenden Bereich in dem Auflöser 58 gegeben werden, während der verbleibende Teil des Schlamms etwa 30 bis 60 Gewichtsprozent ausmacht und in dem nach unten strömenden Bereich in den Auflöser 58 über eine Leitung 60 gegeben wird· Der Verfahrenswasserstoff, der hauptsächlich aus gereinigtem, zurückgeführtem Wasserstoff besteht, wird zusammen mit einer geringfügigen Menge an Zusatzwasserstoff durch die Leitung 62 eingeführt· Zwischen etwa 50 und 80 Volumenprozent des gesamten Wasserstoffstroms werden für die Verwendung als

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Wärineauslöser für das Verfahren vorgesehen und durch eine Leitung 64 zur Wasserstoffvorerhitzerspule 66 im Wasserstoff vorerhitzerof en 68 geführt» Sofern es wünschenswert ist, kann im wesentliehen sämtliche exotherme Wärme, die in der Verflüssigungszone eingesetzt wird, mit Hilfe der Brennstoffverbrennung im Wasserstoffofen 68 erhalten werden, so daß der Teil der Wasserstoffzuführung, der durch die Leitung und durch die Spule 66 geführt wird, den einzigen Verfahrens- strom darstellen kann, der die Wärme direkt aus einer Quelle von außerhalb des Verfahrens erhält·

Der aus dem Vorerhitzerofen 68 kommende heiße Wasserstoff hat eine Temperatur zwischen etwa 427 ⁰C und 538 ⁰C (800 ⁰F) und (1000 ⁰F) und wird durch die Leitung 70 für die Zumischung mit einem Teil des AbgangsSchlamms des Vorerhitzers 46 geschickt, der.durch die Leitung 56 kommt· Die Wasserstoff/ Schlamm-Mischung strömt durch die Leitung 72 in den aufwärt sströmenden Bereich des Auflösers 58· Die Menge der fühlbaren Wärme, die im Wasserstoffstrom in der Leitung 70 enthalten ist, ist ausreichend, um in Gegenwart eines katalytischem zurückgeführten mineralischen Rückstands die Temperatur des Schlammsegments in der Leitung 56 in den Bereich der Hydrocrackung zu erhöhen, so daß die Temperatur am Boden des Auflösers 58 autogen mit Hilfe der exothermen Hydrierung und der Reaktionen, der Hydrocrackung erhöht werden kann· Die Temperatur im Auflöser 58 steigt weiter über die gewünschte Auflösertemperatur von etwa 449 C bis 446 C (840 ⁰F bis 870 ⁰P), und zwar ohne Abschreckung. Um eine Abschreckung zu erreichen, wird der verbleibende Teil des Vorerhitzerschlamms in der Leitung 60 in den Auflöser 58 in dessen nach unten strömenden Bereich eingeleitet, während der nichtvorerhitzte Teil des Wasserstoffstroms den Ofen

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68 durch eine Leitung 74 umgeht, um im kühlen Zustand in den Auflöser 58 an mehreren Stellen in dessen nach unten strö· menden Bereich eingegeben zu werden· Der Abschreckungseffekt der Ströme in den Leitungen 60; 74 dient zur Aufrechterhält ung einer gleichförmigen Temperatur der Hydrocrackung im Bereich von 449 ⁰C und 466 ⁰C (840 ⁰P und 870 ⁰F), typischerweise etwa 454 ⁰G (850 P) im Auflöser 58·

Nach einer Verweilzeit von etwa 0,5 bis 2 Stunden im Auflöser 58, während der die gewünschten, zeitabhängigen Reaktionen der Hydrocrackung ablaufen können, wird ein Abgangsstrom aus dem Auflöser 58 über die Leitung 76 abgeleitet und in den Hochtemperaturseparator 78 geschickt· Der Hochtemperaturseparator 78 wird bei einer Temperatur von etwa 371 ⁰C bis 454 ⁰C (700 ⁰P bis 850 ⁰P), typischerweise etwa 441 ⁰C (825 ⁰F) gehalten und über Kopf ein Dampfstrom bestehend aus Wasserstoff, Kohlenwasserstoffgasen, C mit P· 193 ⁰C (380 ⁰P) von Erdöldestillaten und einer kleinen Menge höher siedender, aufgelöster flüssiger Kohlefraktionen durch die Leitung 80 abgeführt, während unabhängig davon durch eine Leitung 82 am Boden ein Schlammstrom, bestehend aus zumeist normalerweise flüssigen Kohlefraktionen im Bereich von 193 ⁰C.und 454 ⁰C (380 ⁰P und 850 ⁰P), dem gesamten Anteil von normalerweise fester gelöster Kohle mit p. 454 ⁰C (850 ⁰P) und suspendierten mineralischen Rückständen entfernt wird. Ein· Teil des Schlamms in der Leitung 82 wird durch die Leitung 84 zu einem V/iederaufbereitungssystem geschickt, das normalerweise Vorrichtungen zur Destillation unter Atmosphärendruck und zur Vakuumdestillation umfaßt sowie einen partiellen Sauerstoffvergaser zur Erzeugung von Wasserstoff für das Verfahren und möglicherweise auch zur Erzeugung von Synthesegas für die Verwendung.als Heiz-

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stoff im Wasserstoffofen 68· Der verbleibende Teil des Schlamms bestehend aus etwa 50 bis 90 Gewichtsprozent der Gesamtmenge, wird durch die Leitung 22 für die Rückführung in den Mischbehälter 20 geschickt, um das zurückgeführte, flüssige Kohlelösungsmittel für das Verfahren zu liefern, zurückgeführten Mineralrückstand, der als Katalysator für die Reaktionen der Hydrierung und der Hydrocrackung dient, sowie normalerweise feste gelöste Kohle, die einer Hydrocrackung und Umwandlung zu flüssiger Kohle unterzogen wir d ·

Der aus dem Hochtemperaturseparator 78 entfernte Dampf wird durch eine Leitung 80 geleitet und auf Verfahrensdruck gehalten, um einen Wärmeverlust zu vermeiden, der anderenfalls während der Entspannung in einem Gassystem auftreten würde«

Dieser heiße Dampf wird in den Vorerhitzer 46 geleitet, in dem er gut eingemischt wird, um eine direkte Übertragung seiner fühlbaren Wärme auf den Schlamm innerhalb des Vorerhitzers 46 zu erreichen, wodurch die Temperatur im Vorerhitzer 46 auf einen Bereich von 316 ⁰C bis 371 ⁰C (600 ⁰P bis 700 ⁰F), typischerweise etwa 338 ⁰C (640 ⁰P) erhöht v/ird. Der gekühlte Dampf im Vorerhitzer 46 wird kontinuierlich durch eine obere Leitung 86 abgebalsen. Der abgeblasene Dampf wird durch einen Wärmeaustauscher 88 geleitet und daraus mit Hilfe von Kesselspeisewasser, das durch die Leitung 90 geschickt v/ird, zurückgewonnen· Der gekühlte, abgeblasene Dampf wird sodann durch den Niedertemperaturseparator 92 geschickt. Der Niedertemperaturseparator 92 wird bei einer Temperatur im Bereich von 204 ⁰C und 260 ⁰G (400 ⁰P und 500 ⁰P), typischerweise etwa 232 ⁰C (450 ⁰P), gehalten. Ein

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Dampfstrom, der Wässerstoff für die Reinigung und für die Rückführung enthält, wird aus dem Separator 92 über die Leitung 94 aufgearbeitet und hinterläßt einen Flüssigkeitsstrom, der über die Leitung 96 zurückgewonnen wird.

In dem beschriebenen Verfahren v/erden heiße Dämpfe aus dem Auflöser 58 bei hohem Druck durch den Vorerhitzer 46 getrieben, um eine Wärmewiedergewinnung durch direkten Wärmeaustausch zu erreichen. Da diese Operation eine kontinuierliche Belüftung der Vorerhitzerzone erfordert, so daß Dämpfe daraus unabhängig vom Abgangsschlamm entfernt v/erden können, ist die Operation lediglich durchführbar, weil kein Wasserstoff in die Vorerhitzerstufe des Verfahrens zugegeben wird. Darüber hinaus wird der Wasserstoffstrom, der in den Auflöser 58 eingeführt wird, unterteilt, wobei ein Teil davon erhitzt wird, damit dieser als Wärmeauslöser v/irken kann, um die Hydrierung und die Reaktionen der Hydrocrackung in einem Teil des Auflöserbeschickungsschlamms zu unitiieren, Nach dem Auslösen der Hydrierung und der Reaktionen der Hydrocrackung erzeugt das Verfahren seine eigene Wärme auf dem Wege exothermer Reaktionen. Die starke gegenseitige Abhängigkeit der Verfahrensstufen ist ohne weiteres offensichtlich, da es die Einführung des WasserstoffStroms in das Verfahren nach der Vorerhitzerstufe ist, die den wärmesparenden Auslösungseffekt bewirkt· Die Tatsache, daß Wasserstoff nicht in die Vorerhitzerstufe eingeführt wird, ermöglicht ein Abblasen der heißen Auflöserdämpfe durch die Vorerhitzerzone und die Wiedergewinnung der exothermen Verfahrenswärme durch direkten Wärmeaustausch, wodurch sich diese noch dem wärmesparenden Effekt überlagert, der durch die Wasserstoffwärmeauslösung realisiert wird·

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Da die Dämpfe aus der Hochtemperaturseparator-Zone 78 bei einer Temperatur von 441 °C (825 ⁰F) in der Vorerhitzerzone 46 auf eine Temperatur von 338 ⁹C (640 ⁰P) abgeschreckt werden, kommt es innerhalb des Vorerhitzers 46 zu einer Kondensation und Akkumulation von Flüssigkeit, die im Bereich von 338 ⁰C bis 441 ⁰C (640 ⁰P bis 825 ⁰P) beim Druck des Systems siedet. Die akkumulierte Flüssigkeit zirkuliert durch die Vorerhitzerzone 46, die Auflöserzone 58 und die.Separatorzone 78. Ein vorteilhafter Effekt, der durch die akkumulierte Flüssigkeit zustande kommt, ist die Verringerung der Pumpprobleme infolge der Gelbildung. Darüber hinaus verbessert die akkumulierte Flüssigkeit den inneren, direkten Wärmeübergang innerhalb des Systems. Schließlich erhöht die angesammelte Flüssigkeit die Verfügbarkeit von wertvollem wasserstoffabgebendem Lösungsmittel innerhalb des Systems.

Claims

217 543 -20- 23.6.1980 AP C 10 G/217 543 56 527/11/32 Erfindungsanspruch

1· Kohleverflüssigungsverfahren, gekennzeichnet dadurch, daß Kohle zusammen mit zurückgeführtem Schlamm, bestehend aus normalerweise fester gelöster Kohle, normalerweise flüssiger Kohlefraktion und Mineralrückstand, in einen Beschickungsschlamm-Mischbehälter geleitet wird, der bei einem Druck unterhalb des Verfahrensdrucks betrieben wird, - daß der Abgangsschlamm des Mischbehälters auf Verfahrensdruck gebracht und der Abgangsschlamm des Mischbehälters bei Verfahrensdruck in einen Vorerhitzer geführt wird, - daß der Schlamm innerhalb des Vorerhitzers erhitzt wird, - daß ein erster Teil eines Verfahrenswasserstoffstroms vorerhitzt wird, indem Wärme von außerhalb des Verfahrens eingesetzt wird, - daß das Mischen des vorerhitzten Wasserstoffs mit einem ersten Teil des AbgangsSchlamms aus dem Vorerhitzer unter Bildung einer Wasserstoff-Schlammischung erfolgt, - daß die vorerhitzte Wasserstoff-Schlammischung inden nach oben strömenden Bereich einer Auflöserzone eingeleitet wird, um normalerweise feste gelöste Kohle einer exothermen Hydrocrackung zu flüssiger Kohle und Kohlenwasserstoffgasen zu unterziehen, wodurch die Temperatur in der Auflöserzone erhöht wird, - daß ein zweiter und relativ kalter Teil des Verfahrenswasserstoffs bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur der Auflöserzone in einen nach unten strömenden Bereich der Auflöserzone eingeleitet wird., - daß ein zweiter Teil des Abgangsschlamms des Vorerhitzers bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur der Auflöserzone in den nach unten strömenden Bereich der Auflöserzone eingeleitet wird, - daß ein Ab-

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gangsstrora der heißen Auflöserzone über einen Hochtemperaturdampf-Flüssigkeit3-Separator geleitet wird, um über Kopf einen Strom abzuleiten, der aus Wasserstoff, Kofrlenwasserstoffgasen und Erdöldestillaten besteht, sowie aus einem Separatorschlamm aus normalerweise flüssiger Kohlefraktion und normalerweise fester gelöster Kohle mit suspendiertem mineralischem Rückstand, - daß ein Teil des Separatorschlamms in Vorrichtungen zur Erzeugnistrennung geleitet v/ird und ein anderer Teil des Separatorschlamms zu dem Mischbehälter zurückgeführt wird.

2. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es umfaßt die Stufen der Einleitung des über Kopf abgeführten Stromes bei Verfahrensdruck in den Vorerhitzer zur direkten Zumischung mit dem darin befindlichen Schlamm, um den Vorerhitzerschlamm zu erhitzen, sowie das Abblasen des Vorerhitzers zu Niedertemperatur-Dampf/Flüssigkeits-Separatoren.

3· Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Teil des Verfahrenswasserstoffstroras zwischen etwa 20 und 90 Volumenprozent des gesamten Verfahrenswasserstoffs umfaßt und auf eine Temperatur im Bereich von 379 ⁰C und 650 ⁰C (700 ⁰E und 1200 ⁰F) vorerhitzt wird,

4. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Teil des Abgangschlamines des Vorerhitzers zwischen 30 und 90 Gewichtsprozent des Gesamtabgangschlamms des Vorerhitzers umfaßt·

5· Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nasse Speisekohle in den Mischbehälter -gegeben und die Tempera- ' tür des anderen Teils des Separatorschlamms oberhalb der

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Temperatur in dem Mischbehälter gehalten wird, so daß der andere Teil des Separatorschlamms dem Mischbehälter Wärme zuführt und die darin befindliche Kohle trocknet, und daß Dampf aus dem Mischbehälter unabhängig vom Abgangsschlamm des Mischbehälters zur Entfernung des Wassers daraus abgeblasen wird·

6. Verfahren gemäß Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß es umfaßt die Stufe der Zugabe von nasser Speisekohle zu einer Kohlevortrocknungszone zur Entfernung eines Teils des Feuchtigkeitsgehalts daraus, bevor die Speisekohle in den Mischbehälter eingeleitet wird·

7· Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Schlamms in dem Beschickungsschlammischb ehälter zwischen 149 ⁰C und 260 ⁰C (300 ⁰P und 500 ⁰P) und die Verweilzeit des Schlamms in dem Beschickungsschlammischbehälter zwischen etwa 5 und 30 Minuten beträgt,

8. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Teil des Verfahrensv/asserstoffs eine Temperatur im Bereich von 38 ⁰C und 316 ⁰C (100 ⁰P und 600 ⁰P) hat·

Hierzu Λ Se^e Zeichnung