DE2458863C2 - Process for making coal extracts - Google Patents
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Description
6565
zügen oder -extraktcn.trains or extracts.
Üblicherweise werden Kohleauszüge durch ein Verfahren hergestellt, bei dem Kohle, Teer, Pech oder ein ähnlicher kohlehaltiger Stoff "lit einem Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur digeriert bzw. extrahiert wird zum Erhalt eines Kohleauszugs im Lösungsmittel; dann wird der Auszug filtriert zum Entfernen eines wesentlichen Anteils ungelöster Stoffe, und das Filtrat wird konzentriert zum Erhalt eines Ausganfsmaterials mit niedrigem Mineraistoffgehalt.Usually coal extracts are made by a process in which coal, tar, pitch or a similar carbonaceous substance is digested or extracted in a solvent at elevated temperature is used to obtain a coal extract in the solvent; then the extract is filtered to remove one substantial amount of undissolved matter, and the filtrate is concentrated to obtain a starting material with low mineral content.
Dieses Filtrat ist tatsächlich eine konzentrierte Kohlelösung und in einer Anzahl Verfahren verwendbar, nämlichThis filtrate is actually a concentrated carbon solution and is useful in a number of processes, viz
1) als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Chemikalien und Petrochemikalien;1) as a raw material for the manufacture of chemicals and petrochemicals;
2) als Ausgangsmatenal für ein Verkokungsverfahren.2) as starting material for a coking process.
Es ist bekannt, daß durch Erwärmen eines solchen Ausgangsmaterials in einer Verkokungsanlage ein Koks herstellbar ist der in manchen Fällen zur Herstellung von Kohle-Eiektroden für Lichtbogenofen in der Stahlerzeugung u.dgl. geeignet ist Normalerweise müssen jedoch so hergestellte Elektroden sowie auch Ausgangsmaterialien für Petrochemikalien einen niedrigen Mineralstoffgehalt haben, da vorhandene Mineralstoffe bei späteren Reaktionen manchmal als Katalysatoren wirken können.It is known that by heating such a raw material in a coking plant, a coke can be produced in some cases for the production of carbon electrodes for electric arc furnaces Steelmaking and the like are suitable, however, electrodes made in this way must normally be used as well Petrochemical feedstocks are low in mineral content as minerals present can sometimes act as catalysts in later reactions.
Somit ist also die Filtration bei einem solchen Verfahren von großer Bedeutung. Selbstverständlich sind durch moderne Filtrationsverfahren sämtliche Mineralstoffe und andere Feststoffe aus dem Auszug entfernbar; bei großtechnisch durchgeführten Verfahren ergibt sich jedoch hierdurch eine Kostensteigerung. Wenn vor der weiteren Verarbeitung sämtliche Stoffe aus dem Auszug entfernt werden, besteht natürlich die Gefahr, daß die sehr feinen Partikel das Filtermittel verstopfen oder undurchlässig machen, so daß es häufig gereinigt werden muß. Das Filtermittel kann in diesem Zusammenhang auch ein Filterkuaifin sein, d. h. also, daß feine Partikel das Filtermittel undurchlässig machen und/oder einen Filterkuchen mit hohem Filterwiderstand zur Folge haben; in beiden Fällen ergibt sich ein niedriger Filtratdurchsatz. Wenn umgekehrt ein Filtermittel mit zu weiten Poren verwendet wird, verbleibt "vor der Weiterverarbeitung ein zu großer Anteil von suspendiertem Stoff im Filtrat.Thus, the filtration is of great importance in such a process. Of course all minerals and other solids are from the extract thanks to modern filtration processes removable; however, in the case of processes carried out on an industrial scale, this results in an increase in costs. If all substances are removed from the extract before further processing, of course there is Danger that the very fine particles clog the filter medium or make it impermeable, so that it often needs to be cleaned. In this context, the filter medium can also be a filter kuaifin, i. H. so, that fine particles make the filter medium impermeable and / or result in a filter cake with high filter resistance; in both cases the result is a low filtrate throughput. Conversely, if a filter medium with too wide pores is used, it remains "Too large a proportion of suspended matter in the filtrate before further processing.
Das Problem der Filtration des Auszugs nach erfolgter Digestion erfordert also eine gute Ausgewogenheit zwischen einem geeigneten Filtratdurchsatz und einem zufriedenstellenden Mineralstoffgehalt im erhaltenen Filtrat. Es wurde festgestellt, daß bei einem ivlineralstoffgehalt des Kokses von mehr als 1% zufriedenstellende Elektroden daraus nicht herstellbar sind; infolgedessen hängt die Herstellung eines für Elektroden geeigneten Kokses vom Unterhalten eines Mineralstoffgehaltes von weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 03 Gew.-°/o, im Koks ab.The problem of filtering the extract after digestion therefore requires a good balance between a suitable filtrate throughput and a satisfactory mineral content in the resulting filtrate. It was found that one If the coke has a mineral content of more than 1%, satisfactory electrodes cannot be produced from it are; consequently, making a coke suitable for electrodes depends on maintaining one Mineral content of less than 1% by weight, preferably less than 03% by weight, in the coke.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Kohleauszügen, bei dem Kohle, Kohleteer, Pech oder ein ähnlicher kohlehaltiger Stoff mit einem Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur zum Erhalt eines Kohleauszugs im Lösungsmittel digeriert, der erhaltene Auszug zum Entfernen eines beträchtlichen Anteils ungelöster Stoffe filtriert und das Filtrat zur Bildung eines Ausgangsmaterials mit niedrigem Gehalt an mineralischer Asche konzentriert wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Digerieren von Kohle, Teer,The inventive method for producing coal extracts, in which coal, coal tar, pitch or a similar carbonaceous substance with a solvent at an elevated temperature to obtain of a coal extract digested in the solvent, the extract obtained to remove a considerable Fraction of undissolved matter filtered and the filtrate to form a starting material with low content is concentrated in mineral ash, is characterized by the fact that the digestion of coal, tar,
Pech oder einem ähnlichen kohlehaltigen Stoff mit einem Lösungsmittel bei einer solchen Temperatur und während eines solchen Zeitintervall erfolgt, daß die Kohle so weit digeriert wird, daß ungelöste Kohle eine solche Korngröße und Beschaffenheit hat, daß ein Filterkuchen niedrigen spezifischen Widerstandes gebildet wird, und daß anschließend die Filtration bei erhöhter Temperatur und mit solcher Lösungsmittelkonzentration erfolgt, daß die Anstiegsgeschwindigkeit des Druckabfalls &ai Filtermittel minimiert wird.Pitch or similar carbonaceous substance with a solvent at such a temperature and takes place during such a time interval that the Coal is digested so far that undissolved coal has such a grain size and texture that a Filter cake of low resistivity is formed, and that subsequently the filtration at increased temperature and with such a solvent concentration that the rate of increase the pressure drop & ai filter medium is minimized.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kohle mit einem Lösungsmittel bei einer Temperatur von mindestens 3500C für mindestens 5 min bis 1,5 h digeriert, der so erhaltene Auszug bei einer Temperatur von mindestens 1500C zum Entfernen eines beträchtlichen Anteils ungelöster und suspendierter Stoffe filtriert und das Filtrat zum Erhah eines Auszugs mit niedriger Mineraistoffkonzentration konzentriert wird.A further development of the invention consists in that the coal with a solvent at a temperature of at least 350 0 C for at least 5 min digested to 1.5 h, the extract thus obtained at a temperature of at least 150 0 C to remove a substantial portion of undissolved and suspended matter is filtered and the filtrate is concentrated to obtain an extract with low mineral matter concentration.
Vorzugsweise beträgt die Digestionsdauer 20 min bis 1 h, und die Filtration wird bei einer Temperatur von 250 - 300° C durchgeführtPreferably the digestion time is 20 minutes to 1 hour and the filtration is carried out at a temperature of 250 - 300 ° C carried out
Zwei Faktoren beeinflussen den erfindungsgemäßen Filtrationsvorgang, nämlich die Viskosität des zu filtrierenden Auszugs und der FilterwiderstanJ des Filterkuchens. Es ist ersichtlich, daß der Filtratdurchsatz bei einem gegebenen Filterkuchen, -bett oder -mittel desto höher ist, je niedriger die Viskosität ist; infolgedessen sollte beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem der Filterkuchen selbst als Filtermittel dient, die Viskosität vorzugsweise möglichst niedrig sein. Die Viskosität eines gegebenen Auszugs ändert sich beträchtlich mit der Temperatur, und da sie mit steigender Temperatur weiter abnimmt, sollte die höchstmögliche Filtrationstemperatur angewandt werden, um den Filtratdurchsatz zu maximieren. Die Höchsttemperatur, bei der eine Filtration durchführbar ist, hängt jedoch von der Art des Lösungsmittels und dem Druck ab, bei dem die Filtration erfolgtTwo factors influence the filtration process according to the invention, namely the viscosity of the to the filtering extract and the filter resistance Filter cake. It can be seen that the filtrate throughput for a given filter cake, bed or media the higher the lower the viscosity; As a result, in the method according to the invention, in which the filter cake itself serves as a filter medium, the viscosity preferably as low as possible be. The viscosity of a given extract changes considerably with temperature, and as it does with as the temperature continues to decrease, the highest possible filtration temperature should be used, to maximize the filtrate throughput. The maximum temperature at which filtration can be performed however, depends on the type of solvent and the pressure at which the filtration is carried out
Wenn das Lösungsmittel z. B. Anthracenöl ist, das als Lösungsmittel für Kohle am häufigsten verwendet wird, müßte ein Filter für Betriebstemperaturen über 3000C mit einem Druckauslaß ausgebildet sein, um ein Sieden des Lösungsmittels im Filterkuchen zu vermeiden, wodurch der Druckunterschied im Filterkuchen vermindert würde. Infolgedessen sollte die Filtration bevorzugt in einem Temperaturbereich von 200 —3000C, insbesondere 250 - 300" C, durchgeführt werden.When the solvent is e.g. B. anthracene oil, which is most commonly used as a solvent for coal, a filter would have to be designed for operating temperatures above 300 0 C with a pressure outlet in order to avoid boiling of the solvent in the filter cake, whereby the pressure difference in the filter cake would be reduced. Consequently, should the filtration preferably in a temperature range of 200 -300 0 C, in particular 250 to 300 "C, are performed.
Das Lösungsmittel wird aufgrund seiner Fähigkeit gewählt, die Kohle zu extrahieren und dann zu zerlegen, und dies ist für die Bestimmung der Viskosität des Auszugs wichtig. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist eine große Anzahl von Teeren und Teerölen als Lösungsmittel verwendbar, und bevorzugte Lösungsmittel sind daher durch Teerdestillation erzeugte öle, wobei diese Teere bei der zersetzenden Destillation von Kohle gebildet werden; diese öle werden üblicherweise als Anthracenole bezeichnet. Die bevorzugten Anthracenole enthalten beträchtliche Mengen Phenanthren, insbesondere alkyliertes und speziell methyliertes Phenanthren. Vorzugsweise haben die Lösungsmittel einen Siedebereich von 180 -400° C, und bevorzugt wird ein Lösungsmittel mit einem engeren Siedebereich verwendet, wobei z. B. die mittleren 90% des Lösungsmittels im Bereich von 250 - 350° C sieden.The solvent is chosen for its ability to extract and then break down the char, and this is important in determining the viscosity of the extract. A large number of tars and tar oils can be used as solvents in the process of the present invention, and therefore preferred solvents are oils produced by tar distillation, these tars being formed in the decomposing distillation of coal; these oils are commonly referred to as anthracenols. The preferred anthracenols contain substantial amounts of phenanthrene, especially alkylated and especially methylated phenanthrene. The solvents preferably have a boiling range of 180-400 ° C., and preferably a solvent with a narrower boiling range is used, e.g. B. the middle 90% of the solvent in the range of 250-350 ° C boil.
Vorzugsweise liegt die Konzentration von Lösungsmittel zu Kohle bei der Herstellung des Auszugs im Bereich von 5 bis 2 :1, insbesondere ist das Öl-Kohle-Konzentrationsverhältnis g--ößer als 3:1. Die Zusammensetzung des Filterkuchens wird durch das Ö!-Kohle-Verhältnis während der Digestionsphase des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht wesentlich beeinflußt und die genannten Zahlen ergeben sich aus kommerziellen Überlegungen.The concentration of solvent to coal in the preparation of the extract is preferably in Range from 5 to 2: 1, particularly the oil-coal concentration ratio g - greater than 3: 1. The composition of the filter cake is determined by the oil-carbon ratio not significantly affected during the digestion phase of the process according to the invention and the figures given are the result of commercial considerations.
Während des Digerierens besteht die Möglichkeit daß die Kohle durch Reißen der verschiedenen Vernetzungsverbindungen in der Kohle selbst zerlegt und depolymerisiert wird. Bei jeder gegebenen Temperatur ist ersichtlich, daß die Viskosität des Auszugs sich mit der Zeit ändert; in einem ersten Stadium nimmt sie anfangs zu, nimmt dann in einem zweiten Stadium auf einen Tiefstwert ab, nimmt in einem dritten Stadium auf einen zweiten Höchstwert zu und beginnt in einem vierten Stadium langsam abzunehmen.During digestion there is a possibility that the charcoal will break through the various Crosslinking compounds in the coal itself is broken down and depolymerized. At any given temperature it can be seen that the viscosity of the extract changes with time; in a first stage it takes initially increases, then decreases in a second stage to a low, increases in a third stage a second peak and slowly begins to decrease in a fourth stage.
Im ersten Stadium erhöht sich die Viskosität während der Digestion schnell und erreicht innerhalb weniger Minuten nach deren Beginn einen Höchstwert Bei Einsetzen der Digestion werden Kohleteilchen mit dem Digestionsöl :ji Form eines Breies vermischt und bei Digestionsbeginn erhöht sich die ViSkC ;-.ät sehr schnell.In the first stage, the viscosity increases during the digestion quickly and reached within a few minutes after the beginning of which a maximum value at the onset of digestion are carbon particles with the digestion oil: mixed ji form of slurry and digestion beginning of the ViSkC increased; - ät very quickly..
Im zweiten Stadium fällt die Viskosität ies Auszugs nach Erreichen des Höchstwertes über einen Zeitraum von 20—30 min auf einen Tiefstwert Dieser Zeitraum ist im Bereich von 380—4500C im wesentlichen temperatu-unabhängig. Die am Ende des zweiten Stadiums erreichte niedrigste Viskosität ist eindeutig temperaturabhängig, und es ist ersichtlich, daß die Viskosität desto niedriger ist je höher die Temperatur ist Es wird vermutet daß während der Viskositätsabnahme im zweiten Stadium die Kohle depolymerisiert wird.In the second stage, the viscosity drops ies extract after reaching the maximum value over a period of 20-30 min to a low This period is in the range of 380-450 0 C temperatu substantially independent. The lowest viscosity reached at the end of the second stage is clearly temperature dependent, and it can be seen that the higher the temperature, the lower the viscosity. It is believed that during the viscosity decrease in the second stage, the coal is depolymerized.
Nach Erreichen des Punktes niedrigster Viskosität nimmt diese im dritten Stadium wiederum auf einen Höchstwert zu, der innerhalb von 50 — 70 min nach Beginn des Digerierens erreicht wird. Die Viskositätszunahme ist zum Teil durch Polymerisationsreaktionen bedingt, die im Auszug auftreten, und diese beginnen offenbar vor Erreichen des Punktes niedrigster Viskosität (am Ende des zweiten Stadiums). Die Viskositätszunahmegeschwindigkeit wird nicht stark mit der Temperatur geändert was auf eine niedrige Aktivierungsenergie für das Verfahren deutet, was mit der Polymerisationsreaktion in Einklang stehi.After reaching the point of lowest viscosity, this again increases in the third stage Maximum value that is reached within 50 - 70 minutes after the start of digestion. The increase in viscosity is due in part to polymerization reactions that occur in the extract and these begin apparently before reaching the point of lowest viscosity (at the end of the second stage). The rate of viscosity increase does not change greatly with temperature, which indicates a low activation energy for the process indicates what is consistent with the polymerization reaction.
Im vierten Stadium nimmt die Viskosität nach Erreichen des zweiten Höchstwertes ab. Dies könnte sich teilweise aus der Verkokung des Kohleauszugs in der Lösung ergeben.In the fourth stage, the viscosity decreases after the second maximum value has been reached. this could result in part from the coking of the coal extract in the solution.
Wenn die Verkokungsreaktion zu Ende geführt werden kann, könnte der Auszug fast den gleichen Feststoffgehalt wie der ursprüngliche Kohlebrei haben. Je nöher die Temperatur und/oder je länger die Stehzeit, desto weiter ist dii Verkokung fortgeschritten. Normal· ίweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Verkokung vorzugsweise minimiert, und infolgedessen liegt de. beste Zeitpunkt zum Beendigen des Digerierens je nach der Art des erwünschten Auszugs beim zweiten Viskositätshöchstwert oder vor Erreichen desselben.If the coking reaction can be completed, the extract could have almost the same solids content as the original coal pulp. The higher the temperature and / or the longer the standing time, the more coking has progressed. Normal · ί, the coking is preferably minimized in the inventive process, and therefore is de. best time to stop digestion depending on the type of extraction desired at or before the second maximum viscosity value is reached.
Das Öl-Kohle-Konzerttrationsverhältnis während des Digerierens ist in seiner Auswirkung auf den Filterkuchen nicht kritisch, aber das ÖI-Kohle-Mengenvevhältnis im Filtrat ist von Bedeutung; bevorzugt wird die Filtration bei einer Konzentration von Lösungsmittel zu Kohle von mehr als 3:1, insbesondere 4:1, durchgeführt da sich dadurch eine geringere Viskosität und somit eine leichtere Filtration ergeben. Daher kann nach dem Digerieren ein weiterer LösungsmittelanleilThe oil-coal concentration ratio during the Digestion is not critical in its effect on the filter cake, but the oil-carbon ratio is in the filtrate is important; filtration is preferred at a concentration of solvent Coal of more than 3: 1, in particular 4: 1, carried out because this results in a lower viscosity and thus result in easier filtration. Therefore, after digestion, a further solvent addition can be used
zugesetzt werden, um die Viskosität vor der Filtration zu senker·. Alternativ k;inn ein Anteil eines niedriger siedenden Steinkohlenteer- Leichtsöls, z. B. ein Waschöl, anstelle des ursprünglichen Digestions-Lösungsmittels zugesetzt werden. Wenn ein leichteres Öl zugesetzt > wird, kann die Filtration bei niedrigerer Temperatur erfolgen.can be added to lower the viscosity prior to filtration. Alternatively k; inn a proportion of a lower boiling coal tar light oil, e.g. B. a wash oil, instead of the original digestion solvent can be added. If a lighter oil is added, the filtration can take place at a lower temperature take place.
Die Kohleart hat kaum Einfluß auf den Filterkuchen, vorausgesetzt, die Digestion wird ordnungsgemäß durchgeführt. Vorzugsweise wird zum Digerieren in Feinkohle verwendet, obwohl die Korngröße der Kohle bei der Erfindung nicht kritisch und keine besondere Behandlung der Kohle vor dem Vermischen mit dem Lösungsmittel erforderlich ist. Vorzugsweise wird die Kohle in üblichen Brech- und Mahleinrichtungen r> zerkleinert, und die Korngröße kann so gewählt sein, daß die Kohle durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 15 mm, vorzugsweise jedoch 5 mm, geht. Es ist zu beachten, daß das Öl-Kohle-Verhältnis von der bei der Filtration zu verwendenden Temperatur :i> abhängt, und das günstigste Öl-Kohle-Verhältnis hängt von der Filtrationstemperatur ab. Dabei muß jedoch berücksichtigt werden, daß der Anteil von im Filterkuchen verbleibenden Produkten (gelöste Kohle) von der Konzentration der den Filterkuchen benetzenden r> Lösung abhängt; d. h.. vorzugsweise wird ein hohes Öl-Kohle-Verhältnis verwendet. Normalerweise erhöht sich bei niedrigen Öl-Kohle-Verhältnissen die Viskosität, und der Anteil von im Filterkuchen verbleibenden gelösten Stoffen erfordert ein Reinigen des Filterkuchens mit weiterem Lösungsmittel. Allerdings erfolgt bei einem höheren Öl-Kohle-Verhältnis ein stärkeres Vorwärmen des Filtrats und eine stärkere Verflüchtigung des Lösungsmittels, insbesondere, wenn Filterkuchen-Waschöl zugesetzt wird. Gemäß der Erfindung liegt also das Öl-Kohle-Verhältnis für die Filtration vorzugsweise im Bereich von 5 : I bis 3 : I, insbesondere 4:1. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Digestion mit einem Ol-Kohle-Verhältnis von 2 : I durchgeführt werden, und der erhaltene Auszug wird dann vor der Filtration auf ein Verhältnis von 4 : 1 verdünnt.The type of coal has little effect on the filter cake, provided the digestion is carried out properly carried out. It is preferably used for digestion in fine coal, although the grain size of the coal not critical to the invention and no special treatment of the coal prior to mixing with the Solvent is required. The coal is preferably used in conventional crushing and grinding devices crushed, and the grain size can be chosen so that the coal through a sieve with a clear Mesh size of 15 mm, but preferably 5 mm, is possible. It should be noted that the oil to coal ratio on the temperature to be used in the filtration: i> and the most favorable oil-to-carbon ratio depends on the filtration temperature. In doing so, however, must must be taken into account that the proportion of products remaining in the filter cake (dissolved coal) depends on the Depends on the concentration of the r> solution wetting the filter cake; d. h .. preferably will be a high Oil to coal ratio used. Normally the viscosity increases at low oil-to-carbon ratios, and the level of solutes remaining in the filter cake requires cleaning of the filter cake with further solvent. However, the higher the oil-to-coal ratio, a stronger one occurs Preheating of the filtrate and greater volatilization of the solvent, especially when using filter cake wash oil is added. According to the invention, the oil-carbon ratio for the filtration is therefore preferably in the range from 5: I to 3: I, in particular 4: 1. In a typical embodiment of the Invention can digest digestion with an oil-to-coal ratio of 2: I, and the extract obtained is then adjusted to a ratio before filtration diluted 4: 1.
Die Temperatur, bei der die Digestion stattfindet, sollte, wie erläutert, so hoch wie möglich sein. Der Zeitpunkt des Erreichens der Digestionstemperatur ist jedoch nicht kritisch.The temperature at which digestion takes place should, as explained, be as high as possible. Of the However, the time at which the digestion temperature is reached is not critical.
Die Digestionsdauer ist vorzugsweise langer als 20 min; die möglichst hohe Temperatur sollte allerdings kein übermäßiges Verkoken des Auszugs bewirken; d.h., sie sollte im Bereich von 400-440°C liegen. Bei kontinuierlichem Digerieren, bei dem ein gewisses Vermischen stattfindet, muß die mittlere Stehzeit mehr als 20 min betragen, da kurze Stehzeitintervalle sich in bezug auf Viskosität und Filterkuchenwiederstand sehr nachteilig auswirken.The digestion time is preferably longer than 20 minutes; the highest possible temperature should, however do not cause excessive coking of the extract; i.e. it should be in the range of 400-440 ° C. at continuous digestion, in which some mixing takes place, the mean standing time must be longer than 20 minutes, as short periods of time are very different in terms of viscosity and filter cake resistance adversely affect.
Wenn die angewandten Digestionsbedingungen während 1 h beträchtlich unterhalb der üblichen 4000C liegen, nimmt der Filterkuchenwiderstand merklich zu. Diese Auswirkung wurde bei Verwendung gemeinerer Kohlek'assen mengenmäßig bestimmt, und es ist zu beachten, daß sich bei einer Viskositätszunahme von ca. 25% eine hundertfache Steigerung des Filterkuchenwiderstandes innerhalb eines relativ kleinen Temperaturbereiches ergibt, wie die folgende Tabelle 1 angibt:If the digestion conditions used are considerably below the usual 400 ° C. for 1 hour, the filter cake resistance increases noticeably. This effect was quantitatively determined when using more common coal coffers, and it should be noted that with a viscosity increase of approx. 25% there is a hundredfold increase in the filter cake resistance within a relatively small temperature range, as the following table 1 shows:
Auswirkung der Digestionstemperatur auf FilterküC-hcn-Widefsiändsiaiiigkeit Effect of digestion temperature on filter coolness
Kohle: CRC 702 Öl: rückgefuhrtes AnthracenölCoal: CRC 702 Oil: Recycled Anthracene Oil
Die gleiche Auswirkung ist bei Verwendung hochwertiger Kohlen zu beobachten, wo bei einem Digerieren von nur einigen min anstatt 1 h wesentlich höhere Filtrationsdrücke erforderlich sind, um den Durchsatz zu unterhalten. Nicht alle Kohlen haben genau die gleiche Beziehung zwischen Filterkuchenwiderstand und Digestionstemperaturen, aber eine hinreichend hohe Digestionstemperatur ergibt für alle Kohlearten einen relativ niedrigen spezifischen Filterkuchenwiderstand, der normalerweise wichtiger als die Viskosität ist. Wenn jedoch aufgrund von unvollständi-1 gem Digerieren ein Auszug mit außergewohniich hoher Viskosität erzeugt wird, können sich dadurch sehr große Filtrationsschwierigkeiten ergeben. Wenn also eine kontinuierlich arbeitende Anlage verwendet ·. wird, ermöglicht die- Überwachung der Auszugsviskosität das Erfassen von Änderungen der Digestionsbedingungen, bevor größere Filtrationsprobleme auftreten.The same effect can be observed with the use of high-quality coals, where with one Digestion of just a few minutes instead of 1 hour, much higher filtration pressures are required to achieve the To maintain throughput. Not all coals have exactly the same relationship between filter cake resistance and digestion temperatures, but a sufficiently high digestion temperature gives for all Types of coal have a relatively low specific filter cake resistance, which is usually more important than viscosity. However, if due to incomplete-1 If an extract is produced with an exceptionally high viscosity after digestion, this can result in very large Filtration difficulties arise. So if a continuously operating system is used ·. will, enables the monitoring of the extraction viscosity to record changes in the digestion conditions, before major filtration problems arise.
Filtratdurchsatz und Filtrationswirksamkeit werden, beim erfindungsgemäßen Verfahren vom Filterkuchen^ widerstand bestimmt Die Anfangsfiltration eines Breies ist dem Widerstand des Filtermittels und der zugehörigen Rohrleitungen proportional. Sobald jedoch ein Filterkuchen gebildet wird, nimmt der Gesamtdurchflußwiderstand zu, und es gilt:Filtrate throughput and filtration efficiency are, in the process according to the invention from the filter cake ^ resistance determined The initial filtration of a pulp is the resistance of the filter medium and its associated Proportional pipelines. However, as soon as a filter cake is formed, the total flow resistance decreases to, and the following applies:
J-J-
ALAL
d V d V
== /TV/ TV y, Ry, R
~ n A2P AP~ n A 2 P AP
V A P RV A. P. R.
FiltraidurchsatzFiltration throughput
Filtrat-ViskositätFiltrate viscosity
spezifischer Kuchenwiderstand pro Masseneinheit specific cake resistance per unit mass
Breikonzentralion des Trockenkuchens pro Filtrat-MasseneinheitMash concentration of the dry cake per mass unit of filtrate
Filtrat-MasseFiltrate mass
Oberfläche des FiltermittelsSurface of the filter medium
DruckunterschiedPressure difference
Widerstandswert des Filtermittels und der zugehörigen RohrleitungenResistance value of the filter medium and the associated pipelines
iook
So hat gemäß (I) für eine Filtration bei konstantem r>Thus, according to (I), for a filtration at constant r>
df HTdf HT
Druck die Kurve vorrj"püber V eine Neigung von 'Γ7Π,.Pressure the curve vorrj "p over V a slope of 'Γ7Π ,.
während für Filtration bei konstantem Durchsatz, z. B. in einer Extraktionsanlage, die Kurve von Püber Veinewhile for filtration at constant throughput, e.g. B. in an extraction plant, the curve of Püber Veine
wQwQ
Neigung von ~~y rhat. Da sämtliche anderen ParameterSlope of ~~ y rhat. Since all other parameters
einschließlich der Viskosität für die Anlage entweder fest vorgegeben sind oder für jede Durchsatz-Messung bestimmt werden, ist der spezifische Filterkuchenwiderstand berechenbar. Wie bereits erwähnt, beschränkt jedoch die Temperaturabhängigkeit der Viskosität die Genauigkeit der Bestimmung von r.including the viscosity for the system are either permanently specified or for each throughput measurement can be determined, the specific filter cake resistance can be calculated. As already mentioned, limited however, the temperature dependence of the viscosity affects the accuracy of the determination of r.
Der Anfangsfiltratdurchsatz, bevor sich Filterkuchen angesammelt hat, wird vom Widerstand R des Filtermittels und der zugehörigen Rohrleitungen be- in stimmt. Gemäß der Gleichung (I) istThe initial filtrate throughput before the filter cake has accumulated is determined by the resistance R of the filter medium and the associated pipelines. According to equation (I),
APAP
R = ^£ bei V = 0. R = ^ £ at V = 0.
Zum Maximieren des Filtratdurchsatzes bei gegebenem Filter muß durch Verwendung geeignet bemessener Zufuhrleitungen und eines so groben Filtermittels ' oder -körpers, wie zum Erhalt der erwünschten Fillrationsgüte noch annehmbar ist, R möglichst niedrig gemacht werden.In order to maximize the filtrate throughput for a given filter , R must be made as low as possible by using appropriately sized supply lines and as coarse a filter medium or body as is still acceptable to obtain the desired filling quality.
Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn Ausführungsbeispiei the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 eine bei der Erfindung geeignete Filtereinrich- 4·. tung undF i g. 1 a filter device suitable for the invention. tung and
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Filtration mit konstantem Druck, wobei der Kehrwert des Durchsat-F i g. 2 a graphical representation of the filtration at constant pressure, with the reciprocal value of the throughput
Spezifische FilterkuchenwiderständeSpecific filter cake resistances
zes über dem Gesamtfiltrat in kg aufgetragen ist.zes is plotted against the total filtrate in kg.
Die Filtereinrichtung nach F i g. I hat einen hohlen Grundkörper 10 mit einer oberen Wand 11, einer Grundplatte 12 und einer im wesentlichen zylindrischen Außenwand, die zusammen eine Fihrataufnahmekammer 14 bilden. Die Kammer 14 hat an einer Seite einen Auslaß 15, und die obere Wand 11 hat einen Ringflansch 16, dessen Zweck noch erläutert wird. Die obere Wand 11 hat ein Paar beabstandete Öffnungen 17, die je am Umfang bei 18 erhöht sind zur Aufnahme einer sich nach oben erstreckenden Filterkerze 19, bestehend aus mehreren Ringscheiben aus rostfreiem Stahl, die in sich wiederholenden Abständen von 0,1 mm angeordnet sind; die ganze Filterkerze ist mit einem Längs-Hohlbolzen 20 gesichert. Die durch die Slahlscheiben gebildete Filterkerze ist zur Bildung einer Filterfläche 21 mit Glasfasertuch umwickelt; das Tuch hat einen Grad nach Fothergill und Harvey von Y600. Das Glasfasertuch ist durch eine Drahtumwicklung 22 aus Nichrom-Draht mit einem Durchmesser von 30s.w.g. gesichert. Das Filtergefäß wird durch ein aufrecht stehendes zylindrisches Gehäuse 23 vervollständigt, das an seinem Unterende einen Ringflansch 24 hat, der mit dem Flansch 16 zusammenwirkt, und die Unterkante des zylindrischen Gehäuses 23 ist so ausgebildet, daß sie auf einem Polytetrafluoräthylen-Dichtring 25 aufsitzen kann, so daß durch Zusammenspannen der Flansche 16 und 24 die Unterkante des Gehäuses 23 fest mit dem Dichtring 25 zusammengespannt wird. Der obere Teil des Gehäuses 23 ist durch einen halbkugeligen Abschnitt 26 verschlossen, der einen nach oben verlaufenden Auslaß 27 aufweist, der eine AbzweigungThe filter device according to FIG. I has a hollow body 10 with a top wall 11, one Base plate 12 and a substantially cylindrical outer wall, which together form a Fihrataufnahmekammer 14 form. The chamber 14 has an outlet 15 on one side and the top wall 11 has an annular flange 16, the purpose of which will be explained later. The top wall 11 has a pair of spaced apart openings 17, each on Perimeter at 18 are increased to accommodate an upwardly extending filter candle 19, consisting of several stainless steel washers arranged at repetitive intervals of 0.1 mm are; the whole filter candle is with a longitudinal hollow bolt 20 secured. The filter candle formed by the Slahl disc is to form a filter surface 21 with Wrapped in fiberglass; the cloth has a Fothergill and Harvey grade of Y600. The fiberglass cloth is by a wire wrapping 22 made of nichrome wire with a diameter of 30s.w.g. secured. That Filter vessel is completed by an upright cylindrical housing 23, which is on his The lower end has an annular flange 24 which cooperates with the flange 16, and the lower edge of the cylindrical housing 23 is designed so that it is seated on a polytetrafluoroethylene sealing ring 25 can, so that by clamping the flanges 16 and 24, the lower edge of the housing 23 firmly with the Sealing ring 25 is clamped together. The upper part of the housing 23 is by a hemispherical Section 26 closed, which has an upwardly extending outlet 27 which is a branch
28 hat. Das Gehäuse ist von einer Wärmeschutzschicht28 has. The housing is covered with a heat protection layer
29 und elektrischen oder ähnlichen Heizelementen 30 umgeben.29 and electrical or similar heating elements 30 surrounded.
Der zu filtrierende Auszug wird unter Druck durch den Einlaß 27 eingeführt, durchsetzt die Filterkerzen 19, tritt in den ri'tratdurchlauf ein, strömt durch den Einlaß 18 in die Kammer 14 und von dort aus dem Auslaß 15.The extract to be filtered is introduced under pressure through the inlet 27, passes through the filter candles 19, enters the ri'trat passage, flows through the inlet 18 into the chamber 14 and from there out the outlet 15.
Eine Anzahl Kohleproben wurde gemahlen und einer Digestion unterworfen, wobei Anthracenöl und die in der Tabelle 2 angegebenen Temperaturen und Zeiten verwendet wurden. Der Auszug wurde mit der vorstehend erläuterten Filtereinrichtung filtriert, wobei der spezifische Widerstand aufgezeichnet wurde. Der Druckabfall durch das Filtermittel betrug 2,1 -3,5 kp/cm2(30-A number of coal samples were ground and subjected to digestion using anthracene oil and the in the temperatures and times given in Table 2 were used. The excerpt was made with the Filter device explained above filtered, the specific resistance was recorded. Of the Pressure drop through the filter medium was 2.1-3.5 kp / cm2 (30-
AusgangsmaterialSource material
DigestionsbedingungenDigestion conditions
Temperatur C3C) Zeit
(h)Temperature C 3 C) time
(H)
spez.· Widerstand (techn. Einheit)specific resistance (technical unit)
Beynon-Kohle CRC 301aBeynon coal CRC 301a
Union-Kohle CRC 301bUnion coal CRC 301b
Fortsetzungcontinuation
1010
AusgangsmaterialSource material
DigeslionsbedingungenDigeslion conditions
Temperatur ZeilTemperature line
(0C) (h)( 0 C) (h)
spez. Widerstand (techn. Einheil)spec. Resistance
Annesley-Kohle CRC 702Annesley Coal CRC 702
Linby-Kohle CRC 902Linby Coal CRC 902
3 3 53 3 5
260 7260 7
Vergleichsbeispiele Comparative examples
Phurnacite-Teer
Phurnacite-Auszug
Dichtes KugelbettPhurnacite tar
Phurnacite extract
Dense ball bed
0 10 iim
0 1 am
0 0,1 ,am0 10 iim
0 1 am
0 0.1, am
28 10028 100
0,06 6,1 6100.06 6.1 610
1 Druckunterschied 2,1-3,5 kp/cm2 (30-50 p. s. i.)1 pressure difference 2.1-3.5 kp / cm 2 (30-50 psi)
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Kohlenart keinen besonderen Einfluß auf den spezifischen Widerstand des Filterkuchens hatte, daß jedoch Änderungen der Digestionstemperatur eine beträchtliche Zunahme des Widerstandes bewirkten. Die Tabelle 2 gibt für Vergleichsbeispiele ähnliche Zahlen für Phurnacite-Teer, Phurnacite-Auszug sowie für dichte Kugelbetten an.From Table 2 it can be seen that the type of coal has no particular influence on the specific resistance of the Filter cake had, however, that changes in digestion temperature resulted in a considerable increase in the Caused resistance. Table 2 gives similar numbers for Phurnacite tar for comparative examples, Phurnacite pull-out as well as for tight ball beds.
Die Beispiele 1 — 11 wurden unter Verwendung verschiedener Kohlearten wiederholt, wobei das vorste-Examples 1-11 were repeated using different types of coal, the above
J0 hend erläuterte Filtermittel verwendet wurde, das eineJ 0 starting explained filter means was used, the one
Chargenkapazität von 50 kg und eine Filterfläche vonBatch capacity of 50 kg and a filter area of
3,7 m2 (4 sq. ft.) hatte; die Filtration wurde bei 2500CWas 3.7 m 2 (4 sq. Ft.); the filtration was carried out at 250 0 C
durchgeführt. Aus der Tabelle 3, in der die Ergebnissecarried out. From Table 3, in which the results
angegeben sind, ist ersichtlich, daß der spezifischeindicated, it can be seen that the specific
35 Filterkuchenwiderstand in jedem Fall weniger als 2035 filter cake resistance less than 20 in any case
technische Einheiten betrug.technical units.
Auszugscontent of
Excerpt
druckcall
pressure
Filterresistance
filter
F = Frisch von der Destillieranlage.
R = Rückgeführt.F = Fresh from the still.
R = returned.
1212th
Die Tabelle 4 gibt die Auswirkung des Öl-Kohle-Verhältnisses auf den spezifischen Filterkuchenwiderstand an; es ist ersichtlich, daß eine Abnahme des Öl-Kohle-Verhältnisses eine schnelle Zunahme des spezifischen Filterkuchenwiderstands bewirkt.Table 4 shows the effect of the oil / carbon ratio on the specific filter cake resistance; it can be seen that a decrease in the oil to carbon ratio leads to a rapid increase in the filter cake resistivity causes.
Öl-Kohle-NennverhältnisNominal oil-to-coal ratio
FiltratviskositätFiltrate viscosity
Öloil
Spez. FilterkuchenwiderstandSpecific filter cake resistance
0,60.6
0,9 1 1,8 10.9 1 1.8 1
frisches oder rückgeführtes Anthracen
rückgeführtes Anthracenfresh or recycled anthracene
recycled anthracene
Filter: Charge 50 kg, Temperatur 25O°C, Druck 2,1-3,5 kp/cm3. Kohle: Beynon-Kohle Klasse 301 a.Filter: batch 50 kg, temperature 250 ° C., pressure 2.1-3.5 kp / cm 3 . Coal: Beynon coal class 301 a.
9 99 9
1717th
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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