DD276883A1

DD276883A1 - Verfahren zur olefinerzeugung aus kohleentgasungsprodukten

Info

Publication number: DD276883A1
Application number: DD29398979A
Authority: DD
Inventors: Werner Schwarz
Original assignee: Grotewohl Boehlen Veb
Priority date: 1979-12-08
Filing date: 1979-12-08
Publication date: 1990-03-14

Abstract

Nach diesem Verfahren wird das Entgasungsrohgas von Kohleentgasungsanlagen (Schweler, Koker) ohne vorherige Kondensation, Destillation und Wiedererhitzung, bei vollstaendiger stofflicher Nutzung der im Kohleentgasungsrohgas enthaltenen Kohlenstoffverbindungen und auf energetisch guenstige Weise ueber eine katalytische Gasphasenhydrierstrecke, in der im Kohleentgasungsrohgas enthaltene und von aussen zugefuehrte hochsiedende Kohlenstoffverbindungen zur Verbesserung der thermischen Spalteigenschaften hydriert werden, und ueber eine Mischstrecke zur Zumischung niedrigsiedender Kohlenwasserstoffgemische, Wasserdampf und Wasserstoff, den thermischen Spaltanlagen einer Olefinerzeugungsanlage zugefuehrt. Das die Gastrennanlage einer Olefinerzeugungsanlage verlassende Restgas enthaelt ueberwiegend Stickstoff, Wasserstoff und Methan. Es kann gemeinsam mit Synthesegas, das durch Vergasung des bei der Kohleentgasung entstehenden Kokses erzeugt wird, unter anderem zur Synthese von Ammoniak, von Kohlenwasserstoffen, von Methanol und zur Erzeugung von Wasserstoff und von Heizgas genutzt werden. Abprodukte wie Entgasungswasser (Schwefelwasser) entstehen nicht, so dass das vorgeschlagene Verfahren eine nahezu abproduktfreie Technologie realisiert. Die Erfindung ermoeglicht eine schrittweise Substituion von Erdoel und Erdoelprodukten durch Kohleentgasungsprodukte als Rohstoff fuer die pyrolytische Erzeugung von Olefinen.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Verwendung von gas- und dampfförmigen Kohleentgasungsprodukten, wie sie beispielsweise bei der Verschwelung von Braunkohlenbriketts nach dem Lurgi-Spülgasschwelverfahren als Schwelofengas anfallen, als Einsatzprodukt für Olefinerzeugungsanlagen anstelle von Erdöl bzw. von Erdölprodukten. Das Verfahren ist besonders in solchen Ländern vorteilhaft anwendbar, wo ausreichende Kohlevorkommen vorhanden sind und neben Olefinen auch noch Ammoniak, Methanol, synthetische Kohlenwasserstoffe und Heizgas erzeugt werden sollen. Das Verfahren ermöglicht nahezu alle, auch die aus dem Entgasungswasser (z. B. Schwelwasser) bisher nicht bzw. nur schwer gewinnbaren Kohlenstoffverbindungen, vollständig zu gewinnen und stofflich zu verwerten; dabei wird die bei den bekannten Entgasungsverfahren auftretende starke Umweltverschmutzung von Luft nahezu und von Wasser vollständig vermieden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Dia Hnuplvorfahron zur thormisch-chemischon Kohioveredlung sind die Kohleentgasung (Kokung und Schwelung) zur Erzeugung von Koks, Toor und Ölo, Gas, Schwofol und Phonolen, die Kohlevergasung mit Hilfe von Vergasungsmitteln (Luft, tochnischor Sauerstoff, Wasserdampf u.a.) zur Synthosegosorzeugung und die Kohlehydrierung. Die Kohlohydriorungsvorfahron sind z.Z. noch von geringer Bodoutung für dio stoffwirtschaftliche Nutzung der Kohle.

Boi don Kohlovorgasungsvorfahron habon sich industrioll die Verfahren nach Winklor, Koppors-Totzok und die Lurgi-Sauerstoffsowio dio PKM-Sauorstoff-Fostbott-Druckvorgasmg bewährt. Mil diesen Vorfahren lassen sich Gase mit Heizwerten zwischen bis eoOOkcal/Nm³ als Hauptprodukt und Toor und Schwofol als Nebenprodukt erzeugen.

Von don bokannton Entgosungsvorfahron wio der Hoizflächonschwolung (Retorlnnschwelung nach Riebeck, Kosag-Geissen-Schwolofon, Borsig-Goisson-Sckwolofon, Rollo-Ofon), dor Wirbelschichtschwelung und dor Spiilgnsschweiung (DEA-Vorfahren, Systom Groitzschon, Soidonschnur-Schwolofon, Schwolofon System Liirgü hat sich insbesondere das Spülgasschwolverfahren

nach Lurgi bewährt und wird noch heute industriell genutzt (z. B. Schwelereien in Espenhain und Bohlen). Bei diesen Verfahren werden aus brikettierter Braunkohle Koks, Schwelgas, Teer und Öle, Schwefel und Phenole (durch Extraktion aus Leichtöl und Schwelwasser) und andere Produkte gewonnen. Große Mengen von Kohlenstoffverbindungen, die in den Abprodukten (Schwelwasser, Abschwaden) enthalten sind, verunreinigen die Atmosphäre und die angrenzenden Flußläufe sehr stark. Während das Hauptziel der Schwelune von Kohlen der Teer und die Öle sind und Koks als Nebenprodukt anfällt, ist es Ziel der Hochtemperatur-Verkokung (z. B. der Braunkohlen-Hochtemperatur-Verkokung), einen stückigen, hinreichend abriebfesten Koks mit niedriger. Asche- und Schwefelgehalt für die Metallurgie und die Schwerchemie zu erzeugen. Für die Teer- und Ölgewinnung nach dem Schwelverfahren ist eine Schwelendtemperatur von 500-600⁰C ausreichend, während die Verkokungsendtemperatur bei 900-1000⁰C liegt.

Bei der Braunkohlen-Hochtemperatur-Vorkokung fallen etwa nur 50% der Teer- und Ölmenge vergleichsweise zur Braunkohlenschwelung an.

Die Verwendung von Kohleentgasungsprodukten zur Erzeugung von Olefinen ist nur hinsichtlich des Einsatzes von Leichtöl (GP-Anmeldung GPC10G/210238[S)) bekannt.

Zur Erzeugung von Olefinen durch thermische Spaltung werden z. Z. Äthan, Propan (aus Erdgas und Raffineriegasen), Erdölfraktionen unterschiedlicher Siedebereiche und das Erdöl selbst eingesetzt. Der Aufwand für die Olefinerzeugung, insbesondere bei der Gastrennung, ist bei der Gewinnung von Olefinen aus Äthan und Propan am geringsten und nimmt von Rohbezin als Einsatzprodukt über Gasöle bis hin zum Erdöl erheblich zu, weil die Anzahl der zu trennenden Komponenten im Pyrogas stark ansteigt und bei bestimmten Spaltverfahren (BASF, Farbwerke Hoechst AG u.a.) Verbrennungs- bzw. Rauchgase im Pyrogas enthalten sind. Außerdem steigt der Energieaufwand bei Spaltung höhersiedender Erdöl'raktionen bis hin zum Erdöl stark an, weil eine wesentlich größere Wassermenge zur Herabsetzung des Kohlenwasserstoff-Partialdruckes und zur Beherrschung der Verkokung erforderlich ist.

Vorteilhaft ist es, nach dem Steam-Cracker-Verfahren (Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasserdampf in Röhrenofen mit Wärmezufuhr von außen) auch bei hchersiedenden Erdölfraktionen zu arbeiten. Bis zum Gasöl ist dies bereits gelungen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Einsatzprodukte für thermische Spaltanlagen von Olefinerzeugungsanlagen, die bisher überwiegend aus Erdöl, Erdgas und Raffineriegasen gewonnen werden, durch Kohleentgasungsprodukte zu ersetzen. Dabei soll der Energieaufwand für die Olefinerzeugung reduziert, eine vollständige komplexe stoffwirtschaftliche Nutzung der Kohleentgasungsprodukte erreicht und eine möglichst abproduktfreie Technologie realisiert werden. Weiterhin sollen Ausgangsstoffe, insbesondere für die Synthesen von Kohlenwasserstoffen, Ammoniak, Methanol und anderen chemischen Grundstoffen, hergestellt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bei der Entgasung von Kohle, insbesondere bei der Schwelung von Braunkohlen entstehende Kohleentgasungsrohgas, insbesondere Schwelofengas (Teere, Öle und Gase enthaltend), das den Schwelofen mit einer Temperatur von mehr als 21O⁰C verläßt, ohne vorherige Aufbereitung über eine den Schwelöfen üblicherweise nachgeschaltete Kondensationsanlage, den thermischen Spaltanlagen einer Olefinerzeugungsanlage über einen Teer- und Staubabscheider zur Rückhaltung von mitgerissenem Staub und höchstsiedenden Kohleentgasungsprodukten, einem Wärmetauscher zur indirekten Aufheizung, einem Zyklon zur Abtrennung des restlichen Staubes, einem Gebläse, einer katalytischen Gasphasenhydrierstrecke, einer Mischstrecke und einem Wärmetauscher zur Einstellung der erforderlichen Temperatur des Einsatzproduktes am Eintritt zur Spaltanlage zuzuführen. Die katalytische Gasphasenhydrierstrecke wird zur Erhöhung der Olefinausbeute und zur Verringerung der Koksbildung in den thermischen Spaltanlagen eingesetzt. Die hier ablaufende raffinierende Hydrierung bestimmter Kohlenstoff· und HeteroVerbindungen und die spaltende Hydrierung hochsiedender Kohlenstoffverbindungen (bereits im Entgasungsrohgas vorhanden oder zusätzlich von außen zugeführt) bei Ausnutzung des ebenfalls im Entgasungsrohgas vorhandenen bzw. zusätzlich von außen zugeführten Wasserstoffs, verbessert die Eigenschaften des Einsatzproduktes für die thermische Spaltung in der Olefinerzeugungsanlage. Zusätzlich von außen zugeführte hochsiedende Kohlenstoffverbindungen können sein: Hochsiedende Erdölfraktionen, Roherdöl, Mittel- und Leichtöl aus Kohleentgasungs- und Vergasungsanlagon bzw. zurückgeführtes Pyrolyseöl aus der Gastrennung der Olefinerzeugungsanlage. In der Mischstrecke werden niedrigsiedende Kohlenwasserstoffgemische (Benzine, synthetische Kohlenwasserstoffe aus der Fischer-Tropsch-Synthose, Ethan, Propan u.a.) entsprechend eines Überschusses an inerten Bestandteilen (Stickstoff, CO2, H₂S, Wasserdampf) des Kohleentgasungsrohgases und bei Mangel an inerten Bestandteilen worden Wasserdampf als Prozeßdampf und Wasserstoff zur Begünstigung der Olefinbildung dem Einsatzprodukt für die thormische Spaltanlagc zugomischt.

Das Schwolofengas, oin Gomisch aus ocl ton Gason (CO₂, CO, H₂, CH₄, NH₃, N₂, H₂S), in welchen der Teer und die Öle toils in foinston Noboltröpfchon, teils als Dampf enthalten sind, hat boim Austritt aus don Schwelöfon eine Tomperatur von mehr als 210"C und enthalt boroits don für dio thormische Spaltung und damit zur Herabsetzung des Kohlenwassorstoff-Partialdruckes notwondigon Wasserdampf (Prozoßdampf) im Verhältnis Wasserdampf:Kohlenwasserstoff von otwa 1:1, so daß keine gosondorto Prozoßdampforzougung, wio für dio thormischo Spaltung von Kohlenwasserstoff-Gemischon aus Erdölfraktionen, orfordorlich ist.

Das dio thormischon Spaltanlngon vorlassondo Pyrogas wird in der in Olofinorzougungsanlagen vorhandenen Gastronnungsanlago in Ziel- und Nobonprodukto zerlegt. Nebon Ethylon, Propylon, d-Fraktion, Pyrolysebenzin, -öl u.a. fällt Röstgas an, das überwiegend Wasserstoff, Methan und Stickstoff enthält. Dioso Bestandteile des Rostgasos können zur Erzeugung von Ammoniak, Methanol, Synthosog*¹" "..a. nach bekannten Vorfahren vorwendet werden. Dio Erfindung wird nachfolgend an oinom Ausführungsbeispioi mit Vorfahronsschema (Fig. 1) erläutert.

Die in Röhrentrocknern bzw. in Wirbelschichttrocknern vorgetrockneten Einsatzstoffe 1 (Steinkohle, Braunkohle, Braunkohlenbriketts) werden der Entgasungsanlage 3 (Schwelanlage) zugeführt, dort unter Nutzung von Rauchgas 20 nachgetrocknej und entgast. Zur Trocknung und Entgasung wird Heizgas 2 benötigt, das in der Gasaufbereitungsanlage 28 aus dem Restgas 27 und aus dem Synthesegas 8, das in der Gaserzeugungsanlage 7 (beispielsweise einer Winkleranlage) aus Koks 6 entsteht, hergestellt wird. Bei der Entgasung entstehen Koks 6 und Entgasungsrohgas 5, das die Entgasungsanlage 3 bei der Spülgasschwelung mit einer Temperatur von 230-250⁰C und bei der Wirbelschichtschwelung mit etwa 395⁰C verläßt und den Staub- und Teerabscheider 9 zur weitgehenden Abtrennung von Staub- und höchstsiedenden Kohleentgasungsprodukten 10 durchströmt. Das weitgehend entstaubte und z.T. entteerte Entgasungsrohgas 5 wird dem mit überhitzten Wasserdampf 11 indirekt beheizten Wärmetauscher 12 zugeführt und dort auf die entsprechende Eintrittstemperatur für die nachfolgenden Stufen aufgeheizt; dann wird es über den Zyklon 13 (Entfernung des Reststaubes 4) durch das Gasgebläse 14 angesaugt, in die katalytische Gasphasenhydrierstrecke 33 gedrückt. Hier werden Gemische hochsiedender Kohlenstoffverbindungen 34 (Heizöl, Teer, Leicht- und Mittelöl), Pyrolyseöl 32 und Wasserstoff 31 zugesetzt, gemeinsam mit den Kohlenstoffverbindungen des Kohleentgasungsrohgases 5 zur weiteren Verbesserung der Spalteigenschaften des Einsatzproduktes 17 hydriert und in die Mischstrecke 35 gedrückt. Hier werden Gemische niedrigsiedender Kohlenwasserstoffe (Benzine, synthetische Kohlenwasserstoffe, Ethan, Propan u.a.) dem Kohleentgasungsrohgas 5 oder falls erforderlich Wasserdampf als Prozeßdampf 37 und Wasserstoff 31 zur Begünstigung der Olefinbildung zugemischt und zur Einstellung der Spaltanlagen-Eintrittstemperatur über den mit überhitztem Wasserdampf 15 beheizten Wärmetauscher 16 geleitet. Das so aufbereitete Entgasungsrohgas 5 wird als Einsatzprodukt 17 in der thermischen Spaltanlage 19(Röhrenspaltöfen, Lurgi-Rührgas-Sandcracker u. abgespalten. Die Spaltaniago 19 wird mit Heizgas 18 (z.B. Erdgas mit Heizgas 2 gemischt) oder je nach Spaltverfahren mit anderen Wärmeträgern zur Erreichung der Spalttemperatur beheizt. Das entstehende F'yrogas 21 wird in bekannter Weise in einer Gastrennanlage 22 aufbereitet. Die Ziel- und Nebenprodukte, wie Olefine 23, Pyrolysebenzin 24, Pyrolyseöl 32, Schwefelwasserstoff-, kohlendioxidhaltige Verbindungen und Ammoniak 25 werr<e:i in bekannter Weise weiterverarbeitet. Der im Pyrogas 21 enthaltene Wasserdampf (Prozeßdampf) wird in der Gastrennanlay..""" ' < ό lensiert und als nur noch Spuren von Kohlenstoffverbindungen enthaltendes Proze^wasser 26 abgeleitet. Das die Gastrennanlage 22 verlassende vom Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Ammoniak befreite Restgas 27 (Gemisch überwiegend aus Stickstoff, Wasserstoff Methan bestehend) wird der Gasaufbereitungsanlage 28 zugeführt und dort z. B. zu Methan 29, Stickstoff 30, Wasserstoff 31 und Heizgas 2 aufbereitet.

Claims

1. Verfahren zur Olefinerzeugung aus Kohleentgasungsprodukten, gekennzeichnet dadurch, daß das Entgasungsrohgas (5) einer Kohleentgasungsanlage (3) über einen Staub- und Teerabscheider (9), einem Wärmetauscher (12), einem Zyklon (13), einem Gasgebläse (14), einer katalytischen Gasphasenhydrierstrecke (33), einer Mischstrecke (35) und einem Wärmetauscher (16) einer thermischen Spaltanlage (19) zur Olefinerzeugung zugeleitet und dort ther.nisch gespalten wird.

2. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß der bereits im Entgasungsrohgas (5) enthaltene Wasserdampf als Prozeßdampf für die thermische Spaltanlage (19) genutzt wird.

3. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß neben Olefinen (23) Stickstoff (30) als Bestandteil des Restgases (27) gewonnen wird.

4. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß die im Kohleentgasungsrohgas (5) enthaltenen Verbindungen, wie Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Ammoniak, nahezu vollständig in der Gastrennanlage (22) einer Olefinerzeugungsanlage als Schwefelwasserstoff-, kohlendioxidhaltige Verbindungen und Ammoniak (25) gewonnen werden.

5. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß aus dem Restgas (27) Heizgas (2) erzeugt und in der Entgasungsanlage (3) eingesetzt wird.

6. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß Rauchgas (20) zur Trocknung der Einsatzstoffe (1) in der Entgasungsanlage (3) genutzt wird.

7. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß bei der Olefinerzeugung entstehendes Pyrolyseöl (32) in die katalytische Gasphasenhydrierstrecke (33) zurückgeführt, hydriert unc im Gemisch mit hydriertem Kohleentgasungsrohgas (5) in die thermische Spaltanlage (19) zur Olefinerzeugung eingesetzt wird.

8. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß von außen zugeführte Gemische hochsiedender Kohlenstoffverbindungen (34) unter Zusatz von Wasserstoff (31) in der katalytischen Gasphasenhydrierstrecke (33) hydriert und gemeinsam mit dem hydrierten Kohleentgasungsrohgas (5) zur Olefinerzeugung den thermischen Spaltanlagen (19) zugeführt wird.

9. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß in der Mischstrecke (35) Gemische niedrigsiedender Kohlenwasserstoffe (36) dem Entgasungsrohgas (5) zugemischt und den thermischen Spaltanlagen (19) zugeführt und dort thermisch gespalten werden.

10. Verfahren gemäß Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß in der Mischstrecke (35) Wasserdampf als Prozeßdampf (37) und Wasserstoff (31) dem Kohleentgasungsrohgas (19) zugeführt werden.