DE2444827A1

DE2444827A1 - Verfahren zum hydrieren von kohle

Info

Publication number: DE2444827A1
Application number: DE19742444827
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl Chem Dr Rer Benning; Hannes Dipl Ing Kneissl; Helmut Dipl Ing Dr Ing Wuerfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE2444827C2

Description

"Verfahren zur Hydrierung von Kohle" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrierung von Kohle, bei dem die Kohle gemahlen wird, mit Ölkomponenten vermischt wird, die Mischung vorerhitzt wird und mit Wasserstoff unter geeigneten Druck-, Temperatur- und Verweilzeitbedingungen in Gegenwart eines die Hydrierung bewirkenden Katalysators hydriert wird, worauf das hydrierte Produkt abgezogen und destilliert wird.
Das Hydrieren von Kohle zur Herstellung flüssiger Brennstoffe ist seit langem bekannt. Es führt zu einem flüssigen Zwischenprodukt, das dann destilliert und in die gewünschten Fraktionen Gas, Naphtha, Mitteldestillat, Schweröl und Rückstand zerlegt wird. Soweit kostengünstiges Erdöl vorhanden ist, ist die Kohlehydrierung unwirtschaftlich.
Die Entwicklung der allgemeinen Rohstoffsituation veranlasst Länder, die über keine ausreichenden Erdölvorkommen, jedoch über Kohle verfügen, zum Rückgriff auf das Hydrierverfahren. Die Sicherstellung der Versorgung mit flüssigen Energieträgern verlangt nach der Errichtung von Hydrieranlagen. Diese erfordern verhältnismässig hohe Investitionen, die jedoch, solange genügend billiger zu verarbeitendes Erdöl zur Verfügung steht, nach dem bisherigen Stand der Technik ungenutzt bleiben müssen.
Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Kohlehydrierung von solcher Art zu entwickeln, dass die Anlagen zur Durchführung des Verfahrens in einem weiteren Umfang nutzbar sind.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, dass gemeinsam mit der Kohle Schweröl und/oder Rückstand aus der Erdölverarbeitung hydriert wird bzw. werden.
Die erfindungsgemässe Anlage kennzeichnet sich demgemäss einfach durch eine zusätzliche Zuführung für Schweröl und/oder Rückstände aus der Erdölverarbeitung zu dem Hydrierreaktor einer im übrigen bekannten Hydrieranlage mit einem Mischer, in den eine Kohleförderleitung und eine Leitung für ölkomponenten, insbesondere eine von einer dem Hydrierreaktor nachgeschalteten Destillieranlage ausgehende Rückführungsleitung münden und der über eine Vorerhitzungseinrichtung mit dem Hydrierreaktor verbunden ist, der weiterhin eine Wasserstoffzuführung aufweist.
Eine Hydrieranlage nach der Erfindung ist also sowohl für die Hydrierung von Kohle als auch für die Hydrierung von schweren Erdölprodukten eingerichtet und lässt damit praktisch neben der gemeinsamen Hydrierung als Grenzfälle auch eine alleinige Hydrierung von Kohle oder öl zu.
Das bedeutet: Die Anlage kann, solange es wirtschaftlich möglich ist, im wesentlichen ohne Veränderung für die zur Erzeugung mittlerer und leichterer Öle an sich bekannte Hydrierung von Schwerölen und/oder Rückständen aus der Erdölverarbeitung verwendet werden, und es wird Kohle hin zugenommen bzw. allein hydriert, wenn das Erdöl knapp wird oder ganz ausfällt.
Die gemeinsame Hydrierung ist insofern von besonderer Wichtigkeit, als man sich mit ein und derselben Anlage auf Erdölverknappungen verschiedensten Ausmasses einstellen kann und nicht etwa eine in vielen Beziehungen umständliche Arbeitsteilung unter verschiedenen örtlich auseinanderliegenden Anlagen vornehmen muss, die teils Erdölprodukte hydrieren und teils auf Kohle umgestellt sind.
Für die genannte Vermischung der Kohle mit Ölkomponenten werden vorzugsweise mindestens teilweise solche des hydrierten Produkts verwendet. Diese enthalten kohlestämmige.Öle, die bereits bei der Vorerhitzung zur Aufbereitung der Kohle für die Hydrierung dienen können, während diese Aufbereitung sonst erst bei der Hydrierung selbst, wo die betreffenden Öle entstehen, folgen kann. Im Falle der gemeinsamen Hydrierung kann man die Kohle jedoch auch, in der Regel zweckmässigerweise allerdings nur zu einem Teil, mit den schweren Erdölprodukten mischen; im übrigen werden diese direkt in den Hydrierreaktor eingeführt.
Ist die Kohle schwerer verarbeitbar als die Erdölprodukte, weil ihre Reaktionsgeschwindigkeit bei der Hydrierung entscheidend geringer als die der Erdölprodukte ist, soll nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die bei der Vorerhitzung eintretende Auflösung und chemische Aufspaltung der Kohle durch die Ölkomponenten aus dem hydrierten Produkt, insbesondere durch geeignete Druck-, Temperatur- und Verweilzeitbedingungen, soweit vorangetrieben werden, dass die Kohle, genauer gesagt deren Aufbereitungsprodukt, bei der Hydrierung eine der Reaktionsgeschwindigkeit der Erdölprodukte zumindest angenäherte Reaktionsgeschwindigkeit erhält. Auch eine Zugabe von Wasserstoff, eventuell auch schon von Katalysator, vor der Vorerhitzung kann die Kohle rea1tione'b ei er machen.
Die konsequente Ahrendung dieses Erfindungsgedankens auf den Grenzfall der Hydrierung von Kohle allein geht dahin, die bisher noch weitgehend im Reaktor selbst erfolgende Aufbereitung der Kohle für die Hydrierung, insbesondere durch Auflösung und Aufspaltung, ialberhaWt ganz in die Vorerhitzung zu verlegen und nicht den wertvollen Reaktorraum dafür in Anspruch zu nehmen, mit anderen Worten das Ausmass der Auflösung und chemischen Aufspaltung der Kohle durch die Ölkomponenten bei der Vorerhitzung, insbesondere durch geeignete Druck-, Temperatur- und Verweilzeitbedingungen 9 in Bezug auf die Rebktorarbeit zu optimieren. Das kann auch bei der gemeinsamen Hydrierung von Vorteilsein, wenn damit die Kohle die der Erdölprodukte übertreffende Reaktionsgeschwindigkeit erhält, jedenfalls zumindest dann, wenn der Anteil der Erdölprodukte verhältnismässig gering ist.
Als besonders geelgnet fur das erfindungsgemässe Verfahren ist ein sogenanntes wallendes Katalysatorbett anzusehen, bei dem kleine Pellets oder dgl. des Katalysators durch die Strömung des umgewälzten und dabei immer von unten her wieder eingeführten Durchsatzmaterials in ständiger Bewegung gehalten werden, während gleichzeitig stetig Durchsatzmaterial von unten zugeführt und hydriertes Produkt oben abgezogen wird.
Als Katalysatoren kommen die üblichen in Betracht, z.B. Co-Mo, Ni-Mo, Ni-W auf Al2O3-SiO2-Träger. Im Prinzip ist es auch möglich, mit einem billigen verlorenen Katalysator zu arbeiten, der beispielsweise schon in dem Mischer zugegeben wird; in diesem Fall kann man zur Durchmischung ein wallendes Bett aus einem mehr oder weniger inaktiven Material einrichten.
Weitere Massnahmen, die zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen können, sind in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angeführt.
Die Zeichnung zeigt im Schema eine Anlage zur gemeinsamen Hydrierung von Kohle und schweren Erdölprodukten.
Eine Kohlefördereinrichtung K führt zu einem Mischer M, dessen Austrag mit einer Vorbehandlungseinrichtung V verbunden ist, von der schliesslich eine Austrags- bzw. Einspeiseleitung zu einem Hydrierreaktor H führt. Eine Ölleitung , die einen Abzweig zum Mischer M aufweist und mit einem Erhitzer E in Form eines Wärmetauschers versehen ist, mündet unmittelbar in den Hydrierreaktor H. Eine Wasserstoffleitung W ist gleichfalls mit einem Erhitzer E versehen und mündet in den Hydrierreaktor H.
Sie weist einen Abzweig zur Ölleitung Ö und einen weiteren Abzweig zu der Verbindungsleitung zwischen dem Mischer M und der Vorbehandlungseinrichtung V auf.
Der Hydrierreaktor H ist durch eine Abzugs bzw. Speiseleitung, die über Zwischenabschalter Z verläuft, mit einer Destillationskolonne D verbunden. Die Destillationskolonne D weist Austrittsleitungen G für Gas, N für Naphtha, Md für Mitteldestillat, S für Schweröl bzw. R für Rückstand auf. Von den Austrittsleitungen S und R zweigt eine Rückführungsleitung zu dem Mischer M und zu dem Hydrierreaktor H ab.
Die genannten Leitungen sind mittels nicht dargestellter Ventile steuerbar.
Bei der Hydrierung von Kohle sind die mit gestrichelten Beilinien gezeichneten Leitungen in Benutzung. Die Kohle wird im Mischer mit Schweröl und Rückstand aus der Destillation vermischt. Die so entstandene Suspension wird nach Einleitung von Wasserstoff in die Vorbehandlungseinrichtung V gebracht. Hier wird unter geeigneten Temperatur-, Druck- und Verweilzeitbedingungen die Kohle durch rückgeführtes Hydrierprodukt bereits weitgehend gelöst und aufgespalten. Der gesamte Austrag der Vorbehandlungseinrichtung wird schliesslich, gleichzeitig mit direkt über die Leitung W strömenden, vorerhitzten Wasserstoff, in den Hydrierreaktor H eingeführt. Hier strömen das aus der Vorbehandlungseinrichtung kommende Produkt und der Wasserstoff in einem punktiert dargestellten wallenden Bett des Katalysatormaterials nach oben und werden, wie mit dem mehrmals geknickten Teil angedeutet, durch eine in dem Reaktor oder ausserhalb vorgeseherte Einrichtung bei den üblichen Druck- und Temperaturbedingungen umgewälzt. Die Umwälzung geschieht derart, dass die zu hydrierende Suspension immer wieder von unten her in das Katalysatorbett einströmt und es dadurch in Bewegung hält. Das aus dem Reaktor abgezogene hydrierte Produkt wird nach der Zwischenabscheidung in der Des tillationskolonne D in die gewünschten Fraktionen zerlegt. Schweröl und Rückstand werden zum Aufschiämmen der Kohle teilweise wieder verwendet.
Bei deL Hydrierung von Schwerölen und/oder Rückständen aus der Erdölverarbeitung sind die mit gepunkteten Beilinien gezeichneten Leitungen in Benutzung. Das Öl wird durch die Ölleitung Ö nach Vorerhitzung in den Hydrierreaktor H eingeführt, und zwar zur Erzeugung grösserer Mengen an leichteren Produkten, gleichzeitig mit einem Teil des bei der Destillation erhaltenen, rückgeführten Schweröls und Rückstands. Es kann dabei ganz oder teilweise mit dem für die Hydrierung benötigten Wasserstoff beladen werden; im übrigen wird der Wasserstoff nach Vorerhitzung unmittelbar in den Hydrierreaktor eingeleitet. Wie für die Kohlehydrierung beschrieben, wird nach Durchströmung des Katalysatorbetts unter Umwälzung das hydrierte Produkt abgezogen und in die angegebenen Fraktionen zerlegt, wobei auch hier Rückstand anfällt.
Bei gemeinsamer Hydrierung von Öl und Kohle können alle Leitungen benutzt sein. Der Ölstrom wird meist in der Hauptsache direkt in den Hydrierreaktor und nur zu einem kleineren Teil zu dem Mischer M geführt werden. Falls die Kohle nicht schon von vornherein eine passende Reaktionsgeschwindigkeit hat, wird die Reaktionsgeschwindigkeit des aus der Vorbehandlungseinrichtung V in den Hydrierreaktor eingeführten Produkts durch die Vorbehandlung der Reaktionsgeschwindigkeit der Erdölprodukte angenähert oder derart optimiert, dass sich eine bestimmte gewünschte Reaktionsführung bei der Hydrierung ergibt. Die Hydrierung und Destillation erfolgt wie oben beschrieben.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Hydrierung von Kohle, bei dem die Kohle gemahlen wird, mit Öl komponenten vermischt wird, die Mischung vorerhitzt wird und mit Wasserstoff unter geeigneten Druck-, Temperatur- und Verweilzeitbedingungen in Gegenwart eines die Hydrierung bewirkenden Katalysators hydriert wird, worauf das hydrierte Produkt abgezogen und destilliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass gemeinsam mit der Kohle Schweröl und/oder Rückstand aus der Erdölverarbeitung hydriert wird bzw. werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die genannte Vermischung der Kohle mit Ölkomponenten mindestens teilweise solche aus dem hydrierten Produkt verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer schwerer umsetzbaren Kohle die bei der Vorerhitzung eintretende Lösung und chemische Aufspaltung der Kohle durch die Ölkomponeitten aus dem hydrierten Produkt, insbesondere durch geeignete Druck-, Temperatur- und Verweilzeitbedingungen, soweit vorangetrieben wird, dass die Kohle bei der Hydrierung eine der Reaktionsgeschwindigkeit des Schweröls und/oder Rückstands aus der Erdölverarbeitung zumindest angenäherte Reaktionsgeschwindigkeit erhält.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmass der Lösung und chemischen Aufspaltung der Kohle durch die Ölkomponenten bei der Vorerhitzung, insbesondere durch geeignete Druck-, Temperatur- und Verwellzeitbedingungen, in Bezug auf die Reaktorarbeit optimiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder bei der Vorerhitzung der Kohle Wasserstoff zugegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vorerhitzung der Kohle Hydrier-Katalysator zugegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrierung in einem wallenden Katalysatorbett vorgenommen wird.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Hydrierung nach einem der Ansprüche 1-7 1it einem Hydrierreaktor und einem Mischer, in den eine Kohleförderleitung und eine Leitung für blkomponetten, insbesondere eine von einer dem Hydrierreaktor nachgeschalteten Destillieranlage ausgehende Rückführungsleitung, münden und der über eine Vorerhitzungseinrichtung mit dem Hydrierreaktor verbunden ist, der weiterhin eine Wasserstoffzuführung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrierreaktor darüberhinaus mit einer Zuführung für Schweröl und/oder Rückstand aus der Erdölverarbeitung versehen ist.

L e e r s e i t e