DD227722A5

DD227722A5 - Verfahren zur synthesegaserzeugung

Info

Publication number: DD227722A5
Application number: DD84268336A
Authority: DD
Inventors: Lothar Winckler; Klaus Fuhrmann; Ulrich Graeser; Peter Wenning
Original assignee: Veba Oel Entwicklungs Gmbh
Priority date: 1983-10-15
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1985-09-25
Also published as: US4583995A; EP0138214A2; CA1222630A; EP0138214A3; DE3337621A1

Abstract

Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen aus Rueckstaenden der Kohlehydrierung erfolgt zunaechst eine Vakuumdestillation des Hydrierrueckstandes zur Gewinnung weiterer Oelbestandteile. Zwecks verbesserter Handhabung des Vakuumrueckstandes, insbesondere beim Austragen aus der Vakuumkolonne sowie dem Transport zur Vergasungsanlage und dem Eintrag in diese wird der Hydrierrueckstand in einer ein- oder mehrwelligen Schneckenmaschine der Destillation unter vermindertem Druck unterworfen, wobei die entstehenden Gase und Daempfe abgezogen werden und der nicht verdampfte Rest in der Schneckenmaschine weiter verdichtet und in den Vergasungsreaktor eingebracht wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen aus Rückständen der Kohlehydrierung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus US-PS 3075912 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Rückstände der Kohlehydrierung, die von den gasförmigen bzw. flüssigen Produkten der Hydrierung in Heißabscheidern abgetrennt werden, wobei die Phasenreparierung unter Reaktionsdruck bei Reaktionstemperatur bzw. wenig darunter liegender Temperatur erfolgt, zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden, aus dem Wasserstoff, z.B. für das Hydrierverfahren gewonnen wird. Die Hydrierrückstände enthalten neben Feststoffen, wie nicht umgesetzter Kohle, Asche, Katalysatoren und nicht verdampfbarer flüssigen oder pastösen Zwischenprodukten wie Asphaltenen und Präasphaltenen, wertvolle verdampfbare Produktöle, die zur Steigerung der Flüssigproduktausbeute vor der Vergasung abgetrennt werden sollten.

Zur Abtrennung dieser verdampfbaren Ölbeimengungen sind verschiedene Verfahren wie Filtration, Schleudern, Vakuumdestillation usw. bekannt. Die gewonnenen Öle können als Anreibeöle bzw. Anreibölkomponenten für die Einsatzkohle verwendet werden. Allerdings enthalten die durch Filtration bzw. Schleudern abgetrennten Ölmengen z.T. erhebliche Beimengungen an nicht verdampfbaren, schwer hydrierbaren, öllöslichen Zwischenprodukten wie z. B. Asphaltenen und Präasphaltenen, die den Hydrierpr'ozeß ungünstig beeinflussen bzw. deren Abbau verschärfte Hydrierbedingungen erfordert. Die vorgenannten Schwierigkeiten können durch Einsatz der Vakuumdestillation überwunden werden. Die durch Vakuumdestillation des Hydrierrückstandes gewonnenen Öle stellen hochwertige Anreibeöle dar bzw. können unter verhältnismäßig milden Bedingungen weiter aufhydriert werden. Allerdings wirft die Handhabung des Vakuumrückstandes erhebliche Probleme auf. Insbesondere gestaltet sich das Austragen aus der Vakuumkolonne sowie der Transport zur Vergasungsanlage und der Eintrag in diese aufgrund der hohen Zähigkeit des stark feststoffangereicherten Materials äußerst schwierig.

Weiterhin bekannt sind ein- oder mehrwellige Schneckenmaschinen mit Gas- oder Dampfabführung z. B. aus den US-PSen 1156096 und 2615199. Sie werden speziell in der Kunststoffherstellung eingesetzt, in^dienen dort u.a. zur Gas- bzw. Monomerenentfernung aus Polymerisationsgemischen (s. M. Herrmann, „Schneckenmaschinen in der Verfahrenstechnik" Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1972). Obwohl seit Beginn der im technischen Maßstab durchgeführten Kohlehydrierung die mit der Ölabtrennung verbundenen Schwierigkeiten bekannt waren, wurden Vakuumschneckenmaschinen bislang nicht für die Aufarbeitung von Kohlehydrierrückständen eingesetzt. Bei der Aufarbeitung von Hydrierrückständen liegen andere Zielsetzungen als bei der Kunststoffherstellung vor: In der Kunststoffindustrie stellt die Schneckenmaschine einen Teil des Polymerisationsreaktors dar, wobei über die Monomerenentfaitung in der Vakuumzone ein Abbruch der Polymerisationsreaktion herbeigeführt wird, wohingegen im Fall der Kohlehydrierung die Feststoffanreicherung im Hydrierrückstand zielführend ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens, mit dem auf einfache und leicht zu handhabende Weise Rückstände aus der Kohlehydrierung zu Synthesegas verarbeitet werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwierigkeiten der bekannten Verfahren durch Verwendung einer Schneckenmaschine bei der Aufarbeitung der Rückstände aus der Kohlehydrierung zu überwinden.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Rückstand der Kohlehydrierung, welcher nicht nur als Rückstand der in US-PS 3075912 angewandten Verfahren, sondern auch anderer Verfahren (s. H.G. Frank u. A. Knop, „Kohleveredlung", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1979, S. 228-251) zu verstehen ist, in einer ein- oder mehrwelligen Schneckenmaschine einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wird, hierbei die verdampfbaren Anteile abgezogen werden und das verbleibende Gut in der Schneckenmaschine weiter verdichtet und direkt in den Vergasungsreaktor eingebracht wird. Der während der Destillation ständig seine Viskosität erhöhende Hydrierrückstand wird durch Schnecken laufend umgewälzt und dabei durch die Destillationszone der Schneckenmaschine geführt, wobei ihm die verdampfbaren Bestandteile entzogen

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Bei der Destillation des Hydrierrückstandes in der ein- oder mehrwelligen Schneckenmaschine werden insbesondere Drücke von 0,01 bis 0,6bar, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 bar angewandt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung fällt über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt des Hydrierabschlammes zu dessen Austritt der Druck von 0,6, vorzugsweise 0,1 bar auf 0,01 vorzugsweise 0,02 bar ab. Diese Maßnahme verringert die Gefahr von Störungen des Destillationsvorganges in der Schneckenmaschine.

Die Destillation des Hydrierrückstandes in der Schneckenmaschine erfolgt insbesondere bei Temperaturen von 200 bis 400⁰C, vorzugsweise 250 bis 350⁰C. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung steigt über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt zum Austritt des Hydrierrückstandes die Temperatur von 200, vorzugsweise 250°C auf 400, vorzugsweise 35O⁰C unter konstantem bzw. über die Länge der Schneckenmaschine fallendem Druck an. Hierdurch wird die Zeit, während der Hydrierrückstand hohe, Veränderungen begünstigende Temperaturen annimmt, verkürzt und die weitere Verarbeitung des von den flüchtigen Bestandteilen befreiten Rückstandes erleichtert. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Rückstände bis zu einer Endviskosität von etwa 2000mPas (250⁰C) bei der Destillatabtrennung gehandhabt werden. Die gasförmig aus der Schneckenmaschine abgezogenen Öle werden zweckmäßigerweise als Anreibeöle eingesetzt bzw. mit den übrigen Hydrierölen, z. B. den die Heißabscheider gasförmig verlassenden Hydrierprodukten vereinigt und zusammen mit diesen der Weiterbehandlung, z. B, einer Hydrierung unterworfen.

Erfindungsgemäß wird der Rest, das nicht verdampfte Gut, in der Schneckenmaschine anschließend verdichtet und direkt in den Vergasungsreaktor eingebracht. Zweckmäßigerweise besitzt die Schneckenmaschine hierfür neben der Destillierzone eine Verdichtungs2one verbunden mit einem Direkteintragsystem in einen Vergasungsreaktor. Das vorliegende Verfahren ist geeignet zur Verarbeitung sämtlicher Hydrierrückstände, die bei Hochdruckhohlehydrierprozessen anfallen, bei denen Kohle mit Anreibeöl angemaischt wird und gemeinsam mit Hydrierwasserstoff und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur umgesetzt wird, beispielsweise nach dem sogenannten Bergius-Pter-Verfahren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

Die beiliegende Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine typische Gasflammkohle des Ruhrgebiets wird nach Zerkleinerung mit einem aus dem Verfahren zurückgeführten Anreibeöl angemaischt und gemeinsam mit dem Hydrierwasserstoff und unter Zugabe eines Eisenkatalysators bei 300 bar und 470⁰C nach Vorheizung über Leitung 1 unter Prozeßdruck Hydrierreaktor 2 zugeführt.

Das Umsetzungsprodukt verläßt den Reaktor 2 über Leitung 3 und wird dem Heißabscheider 4 zugeführt, in welchem unter Prozeßdruck und bei 460⁰C die Abtrennung der unter den herrschenden Bedingungen flüchtigen Produkte von den festen bzw. flüssigen Umsetzungsprodukten erfolgt.

Diese flüchtigen Produkte werden über Leitung 4a über Kopf abgezogen und in bekannter Weise weiter aufgearbeitet. Die festen und flüssigen Reaktionsprodukte werden nach Entspannung auf Atmosphärendruck über Leitung 5 in die Vakuumschneckenmaschine 7 mit integrierter Verdichtungszone 15 eingespeist.

Hierbei erfolgt der Eintritt in die Vakuumschneckenmaschine 7 von unten her in den Flüssigraum, um damit einen Abschluß des Zulaufstromes der Produkte aus dem Heißabscheider 4 zu der Vakuumverdampfungszone 14 zu bekommen. Als Förderorgan für den Zulaufstrom wird ein zwangsfördemdes Pumpensystem 6, welches gleichzeitig als Dosiereinheit dient, eingesetzt.

Über Vakuumleitung 12 wird in der Schneckenmaschine 7, die mit einer Doppelschnecke ausgerüstet ist, ein Unterdruck von 0,1 bar erzeugt. Der eingesetzte Hydrierrückstand, der über Stutzen 8 der Schneckenmaschine 7 zugeführt wird, enthielt 0,5t Öl mit einem Siedebeginn von 325°C oder darüber, 0,15t höhermolekulare Komponenten, die zu etwa 0,1t als Asphaltene und zu etwa 0,05t ate Präasphaltene bestimmt wurden sowie 0,35t anorganische Komponenten, die sich aus 0,24t Asche und 0,111 unumgesetzter Kohle zusammensetzten. Der Ascheanteil wurde zu 32Gew.-% aus SiO₂, zu 26Gew.-% AI₂O₃, zu 25Gew.-% Fe₂O₃ und zu 17Gew.-% aus sonstigen Komponenten bestehend bestimmt.

Die Destillatabtrennung erfolgte bei einem Druck von 0,1 bar, wobei der Hydrierrückstand in der Vakuumdoppelschneckenmaschine 7 während der Destillatabtrennung von 350 auf 450⁰C aufgeheizt wurde. Es verdampften 0,40t an destillierfähigen Komponenten des Ölanteils, die über die Stutzen 9 aus der Verdampfungszone 14 und nach nicht dargestellter Abkühlung über Leitung 10 und Kondensatbehälter 11 mittels Leitung 13 abgezogen wurden. Die nichtkondensierten Anteile wurden über Kondensatbehälter 11 mittels Leitung 12 abgezogen.

Der Erweichungspunkt des Rückstandes nach Durchlaufen der Verdampfungszone 14 betrug 180°C. Die Viskosität desselben Rückstandes bei 250⁰C wurde zu 1 500mPas bestimmt. Seine Zusammensetzung wurde wie folgt bestimmt (Angaben bezogen auf wasserfreien Rückstand):

C	66,0Gew.-%
S	2,5Gew.-%
H	3,6 Gew.-%
N	1,0 Gew.-%
O	0,9 Gew.-%

Asche 26,0Gew.-%

Die über Leitung 13 abgezogenen destillierbaren Bestandteile können als wertvolle Anreibeölkomponenten in die Hydrierung zurückgeführt werden.

Verdampfungszone 14 ist vom Eingang 16 zum Vergasungsreaktor durch eine maschinentechnische Kompressionsstufe 15 getrennt, die durch eine geeignete Auslegung der Schnecke und die Anordnung geeigneter Schneckenelemente in diesem Bereich in bekannter Weise realisiert wird. Hierdurch erfolgt eine Verdichtung des neben anorganischen Bestandteilen und höhermolekularen Zwischenprodukten nur noch 0,11 Restöl enthaltenden Rückstandes, bevor dieser in den Vergasungsreaktor eintritt. Durch diese Maßnahme gelingt es, des ausgedampften Rückstand gegen den Druck im Vergasungsreaktor zu fördern und einen effektiven Verschluß gegenüber der Verdampfungszone 14 aufzubauen.

Die Beheizung der Schneckenmaschine erfolgte über eine Mantelbeheizung der Schneckenmaschine mittels überhitzten Dampf.

In technisch äquivalenter Weise kann die Beheizung aber auch mittels elektrisch beheizter Heizbacken oder durch Induktionsheizung oder bei Mantelbeheizung durch Rauchgas oder Wärmeträgeröle erfolgen.

Claims

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Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen aus Rückständen der Kohlehydrierung, gekennzeichnet dadurch, daß der Hydrierrückstand in einer ein- oder mehrwelligen Schneckenmaschine einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wird, die entstehenden Gase und Dämpfe abgezogen werden und der nicht verdampfte Rest in der Schneckenmaschine weiter verdichtet und direkt in den Vergasungsreaktor eingebracht wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Destillation bei Drücken von 0,01 bis 0,6bar, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 bar erfolgt.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt zum Austritt des Hydrierrückstandes der Druck von 0,6, vorzugsweise 0,1 bar auf 0,01, vorzugsweise 0,02bar abfällt.
4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Destillation bei Temperaturen von 200 bis 40O⁰C, vorzugsweise 250 bis 350⁰C erfolgt.
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt zum Austritt des Hydrierrückstandes die Temperatur von 200, vorzugsweise 250⁰C auf 400, vorzugsweise 350°C ansteigt.
6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Eintritt des flüssigen Hydrierrückstandes in die Schneckenmaschine (7) über ein zwangsförderndes Pumpensystem (6) von unten her in den Flüssigraum erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Schneckenmaschine (7) eine Verdampfungszone (14) aufweist, die durch eine maschinentechnische Kompressionsstufe (15) vom Eingang (16) zum Vergasungsreaktor getrennt ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung