DD259413A1 - Verfahren zur feststoff-fluessig-trennung von feststoffhaltigen teeren und/oder oelen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststoff-Fluessig-Trennung von feststoffhaltigen Teeren und/oder Oelen der Kohleveredlung bzw. feststoffhaltigen Oelen der Erdoelverarbeitung, insbesondere zur Aufarbeitung von Heissabscheiderrueckstaenden der Kohlehydrierung oder Teerrueckstaenden der thermischen Kohleveredlung durch eine spezielle Kombination von Aufheizung und Rektifikation. Dabei wird die Aufheizung des Destillationseinsatzproduktes und die Abtrennung der Hauptmenge der Feststoffe aus diesem gleichzeitig in einem der Destillationskolonne vorgeschalteten Trommelruehrvorheizer durchgefuehrt, wobei die am Trommelrand abgeschiedenen Feststoffe ausgeschleust und die verdampften Anteile sowie die von den Daempfen mechanisch mitgerissenen unverdampften Anteile in der nachgeschalteten Destillationskolonne getrennt werden. Die mechanisch mitgerissenen unverdampften Anteile werden ueber den Kolonnensumpf in den Trommelruehrvorheizer zurueckgefuehrt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststoff-Flüssig-Trennung von feststoffhaltigen Teeren und/oder Ölen der Kohleveredlung bzw. feststoffhaltigen Ölen der Erdölverarbeitung. Bevorzugt kann das Verfahren zur Aufarbeitung von Heißabscheiderückständen der Kohlehydrierung eingesetzt werden. Ebenso ist das Verfahren einsetzbar für die Aufarbeitung von Staubdickteer der Kohledruckvergasung oder von Schwelteerrückständen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Feststoff-Flüssig-Trennung des Heißabscheiderrückstandes aus der Kohlehydrierung erfolgt bekannterweise durch Schleudern sowie Schwelen des Schleuderrückstandes. Auch Teer aus der thermischen Kohleveredlung wurde durch Schleudern von der Hauptmenge der Feststoffe befreit.

Bei neueren Verfahren zur Kohlehydrierung wird der Heißabscheiderrückstand in einer Vakuumdestillation in ein feststofffreies Destillat und einen hochfeststoffhaltigen Rückstand aufgetrennt. Um dabei einen maximalen Ölabtrieb zu realisieren, ist es notwendig, das Einsatzprodukt auf 420°C, möglichst 45O⁰C aufzuheizen. Das erfolgt im allgemeinen in einem Röhrenvorheizer. Nach DDWP 219640 erfolgt die Aufheizung des Heißabscheiderrückstandes gemeinsam mit einem wasserstoffreichen Gas unter Druck auf 450⁰C, wobei in einer Vorkolonne das Gas und leichte Dämpfe abgetrennt werden und das restliche Feststoff-Flüssig-Gemisch in die Vakuumkolonne entspannt wird. Die in der Vorkolonne abgetrennten leichten Dämpfe werden dabei als prozeßeigenes Strippmedium für die Vakuumkolonne verwendet.

Bei derartig hohen Temperaturen können aber Verkokungsreaktionen des Einsatzproduktes nicht ausgeschlossen werden. Eine Aufheizung unter Druck zusammen mit Wasserstoff oder eine Aufheizung zusammen mit Wasser oder Wasserdampf kann zwar dem Zukoken des Vorheizers entgegenwirken, jedoch verteuert das den Prozeß. Trotzdem ist es bei großtechnisch relevanten Reisezeiten des Vorheizers nicht möglich, die Temperatur im Produkt so weit zu steigern, daß der Ölabtrieb über 80 Ma.-% erreicht.

Es wurde schon versucht, durch nur mäßiges Aufheizen des Heißabscheiderrückstandes auf 375⁰C die Verkokung im Vorheizer zu umgehen. Die notwendige Restwärme wurde dabei durch Zumischung von überhitztem Wasserdampf zugeführt. Mit dieser Methode konnte mehr Öl aus dem Heißabscheiderrückstand abgetrieben werden, als mit der Vakuumdestillation. Als Nachteil erwies sich jedoch der ökonomisch nicht vertretbare hohe Dampfverbrauch, (s. Hydrogenation of Coal and Tar, Bureau of Mines, United States Department of the Inter IOR, 1967) Das nicht abgetriebene Öl liegt im Kolonnensumpf als Gemisch mit den festen Anteilen vor. Steigt der Feststoffgehalt über 50 Ma.-% an, so ist ein Flüssigaustrag aus dem Kolonnensumpf nicht mehr möglich, es müssen zum Austrag Sonderaggregate verwendet werden. Außerdem erhöht sich bei zunehmender Konzentration des extrem heißen Feststoffes im Kolonnensumpf entsprechend der Verweilzeit die Verkokungsneigung.

Um den sogenannten Schwierigkeiten auszuweichen, wird größtenteils auf einen Flüssiyaustrag des Vakuumrückstandes aus der Kolonne orientiert. Dieser mit maximal 50 Ma.-% festem recht ölreichem Rückstand wird dann verkokt oder vergast und damit stofflich genutzt.

Eine Verkokung des Vakuumrückstandes im Anschluß an die Vakuumdestillation ist zwar technisch möglich, aber ökonomisch aufwendig. Aus diesem Grund wird z. B. Exxon-Donor-Solvent-Prozeß neuerdings auf die Verkokung des Vakuumrückstandes im Flexicoker verzichtet (s. Langhoff, Josef "Kohlehydrierung Exxon-Donor-Solvent-Process + Flexicoking-Programm" Eggensteih-Leopoldshafen 1984).

Nach einem älteren Vorschlag erfolgt die Aufheizung des Heißabscheiderrückstandes in mehreren beheizten Blasen, die jeweils mit der Vakuumkolonne verbunden sind. Nach Erreichen eines maximalen Füllungsgrades wird die jeweilige Blase von der Vakuumkolonne abgetrennt und mit einem Kondensationssystem verbunden, um die bei der jetzt stattfindenden Verkokung entstehenden Spaltprodukte zu kondensieren. Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, daß durch die diskontinuierliche Arbeitsweise bedingt ein hoher mechanischer Arbeitsaufwand notwendig ist (Schaltvorgänge, Kokausbringung).

Bei der Vergasung von Kohle im Gegenstromschachtgenerator fällt ein hochfeststoffhaltigerTeeran. Da die Abtrennung der Feststoffe sehr aufwendig ist, wird dieser Staubdickteer oft auf die Kohleschüttung im Gegenstromschachtgenerator gegeben oder separat vergast. Eine Reinigung des Teeres ist mit Hilfe von Zentrifugen und ggf. Filtern möglich.

Das gilt auch für Teer aus der Schwelung oder Verkokung von Kohle. Nachteilig ist aber immer der Anfall eines Zentrifugenrückstandes, dere einerseits noch bis zu 50 Ma.-% Teer enthält, aber andererseits aufgrund seiner Konsistenz schwierig zu verwerten ist.

Der Nachteil aller bekannten Verfahren zur Feststoff-Flüssig-Trennung von feststoffhaltigen Teeren und/oder Ölen besteht darin, daß keine 100%ige Auftrennung in einer koninuierlich arbeitenden Verfahrensstufe möglich ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches, kontinuierlich arbeitendes Verfahren zur Feststoff-Flüssig-Trennung von feststoffhaltigen Teeren und/oder Ölen der Kohleveredlung bzw. feststoffhaltigen Ölen der Erölverarbeitung zu entwickeln, bei dem mit geringem Aufwand in einem Verfahrensschritt eine vollständige Trennung in eine feststofffreie Flüssigkeit und einen flüssigkeitsfreien Feststoff erfolgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einstufiges kontinuierlich arbeitendes Verfahren vorzugschiagen, bei dem feststoffhaltige Teere bzw. Öle der'Kohleveredlung oderfeststoffhaltige Öle der Erdölverarbeitung durch eine spezielle Kombination von Aufheizung und Rektifikation in eine feststofffreie Flüssigkeit und einen flüssigkeitsfreien Feststoff getrennt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufheizung des Destillationseinsatzprod,uktes und die Abtrennung der Hauptmenge der Feststoffe aus diesem gleichzeitig in einem der Destillationskolonne vorgeschalteten Trommelrührvorheizer durchgeführt wird, wobei die während der Aufheizung am Trommelrand abgeschiedenen Feststoffe ausgeschleust und die verdampften Anteile sowie von den Dämpfen mechanisch mitgerissenen unverdampften Anteile in der nachgeschalteten Destillationskolonne getrennt werden. Das dabei im Sumpf der Destillationskolonne anfallende Feststoff-Flüssig-Gemisch wird vor den Trommelrührvorheizer zurückgeführt.

Die gleichzeitige Aufheizung des Destillatio'nseinsatzproduktes und die Abtrennung der Hauptmenge der Feststoffe desselben erfolgt dabei in zwei aufeinanderfolgenden, dabei ineinander übergehenden Zonen des Trommelrührvorheizers, wobei in der ersten Zone verdampfbare Anteile ausgedampft und in der zweiten Zone die nichtverdampfbaren Anteile verkokt und die dabei entstandenen Koksverbände zerkleinert werden.

Das in der Destillationskolonne zu trennende Einsatzprodukt wird erfindungsgemäß einem Trommelrührvorheizers zugeführt.

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, daß das Einsatzprodukt schon teilvorgeheizt ist. Günstig ist eine Temperatur etwas unterhalb der Verkokungstemperatur des Einsatzproduktes. Diese'Teilvorheizung kann in einem bekannten Röhrenvorheizer erfolgen.

Heißabscheiderrückstand aus der Kohlehydrierung hat eine ausreichend hohe Temperatur, so daß eine Teilvorheizung nicht notwendig ist.

Eine direkte Entspannung des teiivorgeheizten Einsatzproduktes in den Trommelrührvorheizer kann zu einer Flaschverdampfung führen und damit zu hohen Dämpfegeschwindigkeiten, wodurch es zu einem unnötigen Mitreißen von Feststoffpartikeln in die Destillationskolonne kommen kann.

Es ist deshalb zweckmäßig, dem Trommelrührvorheizers einen Flashbehälter vorzuschalten. Die im Flash behälter entstehenden Produktdämpfe werden unter Umgehung des Trommelrührvorheizer der Destillationskolonne zugeleitet. Dabei ist es vorteilhaft, diese Dämpfe aufgrund ihrer Zusammensetzung oberhalb der Dämpfezuführung aus dem Trommelrührvorheizer in die Destillationskolonne einzuspeisen.

Der Rückstand aus dem Flashbehälter gelangt in den Trommelrührvorheizer. Hier wird der Rückstand durch von einer zentralen Welle angetriebene Rührarme auf der Trommelinnenwand verteilt. Die Trommel wird von außen beheizt, so daß über Wärmeleitung eine weitere Aufheizung des Rückstandes erfolgt. Da durch die Rührarme eine ständige Umwälzung des Rückstandes auf der Trommelinnenwand erfolgt, ist sowohl eine gute Wärmeabführung von der Trommelinnenwand als auch eine ausreichend große Oberfläche zum Ausdampfen gegeben.

Über die Trommelwand wird jedoch nur ein Teil der Wärme auf den Rückstand übertragen. Bedingt durch die Einwirkung der Rührarme wird im Rückstand selbst zusätzlich Wärme durch Reibung frei, die zur weiteren Freisetzung von Öl führt, und zwar noch bevor die Verkokungstemperatur erreicht wird. Es kommt somit zur teilweisen Umwandlung der Antriebsenergie des Rotors in Wärme.

Der Rückstand auf der Trommelinnenwand bewegt sich während des Umwälzens durch die Trommel hindurch. Dabei steigt die Temperatur ständig an, so daß es nach dem Abtrieb der destillierbaren Anteile zu einer Verkokung des Rückstandes kommt. Die dabei entstehenden Gase und Dämpfe gelangen zusammen mit den schon vor der Verkokungszone ausgedämpften Produkten in die Destillationskolonne. Der verkokte Rückstand wird durch die Bewegung der Rührarme von der Trommelinnenwand gelöst, zerkleinert und schließlich als flüssigkeitsfreier Feststoff ausgetragen.

In der Destillationskolonne erfolgt die Trennung des aufgeheizten Dämpfgemisches. Dazu wird mittels gekühltem Destillat eine Kondensation der Produktdämpfe herbeigeführt. Infolge der Rektifikation fallen die Destillate, Mittelöl und Schweröl feststofffrei an. Im Sumpf sammeln sich schwerste Öle, Asphaltene und von den Dämpfen aus dem Trommelrührvorheizer mechanisch mitgerissene Feststoffe. Dieses Sumpfprodukt wird vorteilhafterweise dem Trommelrührheizer wieder zugeführt, z. B. durch Mischung mit dessen Einsatzprodukt, es kann jedoch auch in vorgelagerte Verfahrensstufen zurückgeführt werden. Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung kann erreich werden, wenn zumindest einzelne Verfahrensstufen unter Vakuum betrieben werden. Es ist deshalb sinnvoll, zumindest die Destillationskolonne unter Vakuum zu betreiben. Noch besser ist es jedoch, das gesamte System Flashbehälter-Trommelrührvorheizer-Destillationskolonne unter abgestuften Vakuumbedingungen zu betreiben.

Durch den Einsatz von Strippdampf bereits im Trommelrührvorheizer ist es möglich, die Produktverteilung der anfallenden Destillate zu schwereren Produkten hin zu verschieben.

Durch den Einfluß des Wasserdampfpartialdruckes dampfen noch mehr Schweröle vor Erreichen der Verkokungszone aus und werden somit nicht gekrackt. Das ist besonders bei "der Aufarbeitung von Heißabscheiderrückstand aus der Kohlehydrierung von Bedeutung, da die schweren Öle zum Anmaischen der Kohle benötigt werden.

Entsprechend dieser erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung ist es möglich, bei der Aufarbeitung von Heißabscheiderrückstand der Kohlehydrierung oder von hochfeststoffhaltigem Teer aus der thermischen Kohleveredlung alle im Einsatzprodukt befindlichen destillierbaren Öle zu gewinnen, durch die Verkokung der nicht destillierbaren Anteile die Ölausbeute weiter zu steigern und dabei einen ölfreien Feststoff als Rückstand auszutragen. Mit einer Aufheizung des Einsatzproduktes zunächst auf eine Temperatur unterhalb der Verkokungstemperatur wird eine schonende Ausdampfung von Ölen erreicht und eine Störung im Aufheizsystem, z. B. Verkokung im Röhrenofen, vermieden. Im Trommelrührvorheizer wird die Temperatur allmählich gesteigert, so daß alle Flüssigkeit verdampft bzw. gekrackt wird. Dabei wird ein Großteil der Wärme durch "die Antriebsenergie des Rotors infolge dessen Reibung mit dem Rückstand eingetragen. Da der Antrieb des Rotors z. B. mit einer Dampfturbine erfolgen kann, ist es nicht notwendig, die Reibungswärme mit Elektroenergie zu erzeugen. In der dem Trommelrührvorheizer nachfolgenden Destillationskolonne werden die aufgeheizten Dämpfe fraktioniert und dabei von mechanisch mitgerissenen Feststoffen befreit. Die im Sumpf anfallende feststoffhaltige Fraktion kann ohne große Probleme abgepumpt werden. Durch die Rückführung in den Trommelrührvorheizer bedingt, ist es nicht notwendig, den Feststoffanteil im Kolonnensumpf zu maximieren, wodurch die bekannten Nachteile vermieden werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispieles und einer Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Verfahrensgestaltung als Übersicht.

Beispiel:

3 kg/h entspannter Heißabscheiderrückstand 1 aus der Hydrierung von Braunkohle mit einem Feststoffgehalt von 33% und einer Temperatur von 410°C wurden in den Flashbehälter 2 geleitet. Dieser stand unter einem Druck von 180Torr. Infolge der Entspannung verdampftes Öl 3 wurde direkt der Destillationskolonne 9 zugeführt. Der sich am Boden des Flashbehälters 2 sammelnde Rückstand 4 gelangte nach Mischung mit dem Sumpfprodukt 10 der Destillationskolonne 9 in den Trommelrührvorheizer 5. Hier erfolgte zunächst eine schonende Ausdampfung schwerer Öle bei langsam ansteigender Temperatur, wobei die benötigte Wärme von außen über die Trommelwandung und von innen über die Rührarme als Reibungswärme zugeführt wurde. Dieschonende Ausdampfung (160Torr) und durch den Einsatz von 0,05 kg/h Strippdampf mit einer Temperatur von 400⁰C. Der Übergang von der schonenden Ausdampfung zur Verkokung war gekennzeichnet durch den sprunghaften Anstieg der Temperatur oberhalb von 450⁰C. Infolge der Verkokung nahm der Anteil des Feststoffes gegenüber dem Einsatzprodukt zu. Es wurden 1,20kg/h trockener Feststoff 7 aus dem Trommelrührvorheizer 5 ausgeschleust. Die den Trommelrührvorheizer 5 verlassenden flüchtigen bzw. mechanisch mitgerissenen Produkte 8 gelangten in die Destillationskolonne 9. Die Kondensation der Dämpfe erfolgte mit Schweröl 11, welches eine Temperatur von 200⁰C hatte. Im Sumpf der Destillationskolonne 9 fielen 0,15kg/hfeststoffhaltiges Sumpfprodukt 10 an, welches vordem Trommelrührvorheizer 5 zurückgefördert und dem Flashrückstand 4 aus dem Flashturm 2 zugemischt wurden. Als staubfreie Produkte fielen 1,39kg/h Schweröl 11,0,29kg/h Mittelöl 13, undO,13kg/h Gas 12 an. Die Destillationskolonne 9 wurde unter einem Druck von 60Torr betrieben.

Claims (6)

1. Verfahren zur Feststoff-Flüssig-Trennung von feststoffhaltigen Teeren und/oder Ölen der Kohleveredlung bzw. feststoffhaltigen Ölen der Erdölverarbeitung durch eine spezielle Kombination von Aufheizung und Rektifikation, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufheizung des Destillationseinsatzproduktes und die Abtrennung der Hauptmenge der Feststoffe aus diesem gleichzeitig in einem der Destillationskolonne vorgeschalteten Trommelrührvorheizer durchgeführt wird, wobei die während der Aufheizung am Trommelrand abgeschiedenen Feststoffe ausgeschleust und die verdampften Anteile sowie die von den Dämpfen mechanisch mitgerissenen unverdarnpften Anteile in der nachgeschalteten Destillationskolonne getrennt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die gleichzeitige Aufheizung des Destillationseinsatzproduktes und die Abtrennung der Hauptmenge der Feststoffe desselben in zwei aufeinanderfolgenden, dabei ineinander übergehenden Zonen des Trornmalrührvorheizers erfolgt, wobei in der ersten Zone verdampfbare Anteile ausgedampft und in der zweiten Zone die nichtverdampften Anteile verkokt und die dabei entstandenen Koksverbände zerkleinert werden.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das in der Destillationskolonne als Sumpfprodukt anfallende Gemisch aus hochsiedenden Flüssigkeiten und Feststoffen dem Einsatzprodukt des Trommelrührvorheizers zugemischt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Einsatzprodukt auf eine Temperatur etwas unterhalb der Verkokungstemperatur desselben teilaufgeheizt wird, in einen dem Trommelrührvorheizer vorgeschalteten Flashturm geleitet und der darin anfallende Flashrückstand dem Trommelrührvorheizer zugeführt wird, während die im Flashturm anfallen Dämpfe unter Umgehung des Trommelrührvorheizers der Destillationskolonne oberhalb der Dämpfeeinspeisung vom Trommelrührvorheizer zugeführt werden.

5. Verfahren nach Punkt 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Destillationskolonne oder die Destillationskolonne und der Trommelrührvorheizer oder die Destillationskolonne und der Trommelrührvorheizer und der Flashturm unter Vakuum betrieben werden.

6. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in den Trommelrührvorheizer Strippdampf eingebracht wird.