DE2623022A1

DE2623022A1 - Verfahren zur aufarbeitung von bei der kohlehydrierung anfallenden feststoffhaltigen fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2623022A1
Application number: DE19762623022
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Dr Ing Wuerfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1976-05-22
Filing date: 1976-05-22
Publication date: 1977-12-08
Also published as: JPS52154804A; GB1519128A; US4123349A

Description

SAARBERSWSRKt: AkTIiN'JESELLSCHAFT

UM 14) 3 P 76/10

20. Mai 1976 La/Pe

Verfahren zur Aufarbeitung von bei der Kohlehydrierung anfallenden feststoffhaltigen Flüssigkeiten

Dig Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung feststoffh.-iltiger Rückstände aus der bei der Hydrierung von Kohle unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur anfallenden, bereits von leichter siedenden Produktkomponenten befreiten Produktfraktion durch Entspannung und anschließende Phasentrennung der Produktfraktion·

Boi der Hydrierung von Kohle fällt unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ein Produkt an, welches neben gasförmigen und flüssigen Komponenten, wie Wasserstoff, leichter siedenden Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und flüssige Destillatölen noch feste Bestandteile, wie Kohleasche, nicht abgebaute Restkohle, unter Umständen auch Katalysatorteilchen und andere klebende, asphaltartige Substanzen enthält. Während sich die Abtrennung der gasförmigen und leichter siedenden Komponenten aus dem Produkt als relativ einfach erweist, ist die Abtrennung der feststoffartigen Substanzen von dem verbleibenden Destillatöl mit Schwierigkeiten verbunden. In einer üblichen Destillationsanlage bilden sich in kurzer Zeit erhebliche Verkrustungen und Verklebungen. Darüberhinaus neigen die asphalt'artigen Substanzen aufgrund ihrer Verkokungseigenschaften zur Kokebildung, wodurch die Wirkungsweise der Destillationsanlage zusätzlich beeinträchtigt wird.

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SAAREERGWERKE AKTIENGESELLSCHAFT - f-

Γπ ist daher bereits vorgeschlagen worden, bei der Abtrennung der Destillatöle aus der feststoffhaltigen Produktfraktion auf eine Destillationsanlage zu verzichten und nunmehr eine Entspannungsverdampfung mit anschließender Abtrennung der gebildeten De8tillatöldämpfe vorzusehen. Hierbei wird die unter hohem Druck (beispieleweise 250 bar) und hoher Temperatur (beispielsweise 450 ⁰C) anfallende feststoffhaltige Produkt-Traktion auf etwa Umgebungsdruck drosselentspannt und anschließend in einem Abscheider einer Phasentrennung unterzogen. Auf diese Weise gelingt es, den größten Teil des Destillatöls in Form von Dämpfen abzutrennen und somit eine Restfraktion zu erzeugen, in der die feetatoffertigen Hydrierrückstände konzentriert sind.

Diese auf den ersten Blick einfache Verfahrensweise ist jedoch auch mit erheblichen Nachteilen behaftet. Insbesondere werden wegen der in Drosselventilen umzusetzenden hohen Druckdifferenzen und der Anwesenheit der Feststoffe im zu entspannenden Medium die einzelnen Ventile in kürzester Zeit zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein betriebssicheres und wirtschaftliches Verfahren zur Abtrennung der feststoffartigen Substanzen aus der bei der Kohlehydrierung anfallenden Produktfraktion zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entspannung der Produktfraktion in mindestens zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die Entspannung in der ersten Stufe in einer Arbeitsmaschine und in der zweiten Stufe in einem Entspannungsventil erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe wesentlicher Vorteile auf:

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SAARBERGWtRKL AK fltNüESELLSCHAFT

Einmal gelingt es durch die Druckabsenkung in der Entspannungsmaschine das nachgeschaltete Entspannungsv/entil sehr stark zu entlasten. Während gemäß dem bekannten Verfahren die gesamte Druckdifferenz von beispielsweise 250 bar in einem Ventil umzusetzen ist, kann nunmehr bereits in der Entspannungsmaschine eine Druckabsenkung auf beispielsweise 25 bar bewirkt werden, wodurch die Belastung und somit auch Störanfälligkeit des nachgeschalteten Entspannungsventils erheblich verringert wird. Dennoch reicht die Enthalpie der im Entepannungsventil /u entspannenden Fraktion aus, um die Verdampfungswärme für rlas abzudampfende Destillatöl zu liefern.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Entspannungsmaschine ein erheblicher Teil der Druckenergie in mechanische Arbeit umgewandelt und einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann. Es ist ohne weiteres fiiciql ich, die in der Entspannungsmaschine gewonnene Energie /um Pumpen des zu hydrierenden Einsatzproduktes zu verwerten. Jt; nach Wirkungsgrad der Entspannungsmaschine können hierdurch his zu 33 % der zur Verdichtung des Einsatzproduktes benötigten Pumpenergie zurückgewonnen werden.

[ :; erweist sich als zweckmäßig, die Entspannung in der Entspannungsmaschine nur bis zur Phasengrenze der zu entspannenden Fraktion erfolgen zu lassen. Auf diese Weise wird die Bildung von Dämpfen in der Entspannungsmaschine verhindert, wodurch sichergestellt wird, daß die ganze Enthalpie für die anschliessende Entspannungsverdampfung erhalten bleibt.

fs ist aber auch möglich, durch weitere Druckabsenkung und damit verbundenen zusätzlichen Arbeitsgewinn (Arbeitsleistung der Dämpfe) in der Entspannungsmaschine bereits Dämpfe zu erzeugen. In diesem Falle erweist es sich als zweckmäßig, die entstandenen Dämpfe vor der anschließenden Drosselentspannung aus der verbleibenden Flüssigkeit abzutrennen.

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GAARBERCWERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Die Ausbeute an Destillatöl bei der Entspannungsverdampfung läßt 9ich noch erhöheni wenn auf Unterdruck entspannt oder wenn in dem Abscheider, in dem die Phasentrennunq erfolgt, eine Fremdatmosphäre aufrechterhalten wird, die zu einer Absenkung des Partialdrucks des Destillatöls im Abscheider führt. Zum Aufbau einer Fremdatmosphäre eignet sich insbesondere Wasserdampf oder eine gasförmige Fraktion, die im Zuge der Kohlehydrierung gewonnen wurde. Besonders vorteilhaft erweist sich, wenn die zum Aufbau der Fremdatmosphäre im Abscheider dienenden Komponenten unmittelbar in die Austrittsöffnung des Entspannungsventils entspannt werden. Dion bewirkt einen innigen Kontakt mit den austretenden Dampf-Flüssigkeitsgemischen , so daß sich das Gleichgewicht zwischen verdampften Destillatöldämpfen und dem feststoff haltigen Rückstand schnell einstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Hydrierung von Kohle. Es ist jedoch nicht auf diesen Anmelriumjüfall beschränkt und kann mit den gleichen Vorteilen auch zur Hydrierung, beispielsweise von Teersänden und ölschiefer verwendet werden.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Hydrierung von Kohle,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Entspannungsmaschine

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Gemäß Figur 1 wird die zu hydrierende, mit öl und einem staubförmigen Katalysator vermischte Kohle über eine leitung 1 zusammen mit Wasserstoff unter einem Druck von etwa 250 bar in einen Reaktor 2 eingegeben. Am Kopf des Reaktors tritt das hydrierte Produkt aus und gelangt in einen Heißabscheider 3, in dem eine Trennung in über eine kopfseitige Leitung 4 abzuziehende gasförmige fraktion (Gas, Wasser, Naphtha, öl) und in eine Feststoffe und Destillatöle enthaltende Flüssigkeit erfolgt. Die lemperatur im Heißabscheider beträgt etwa 420 ⁰C, der Druck etwa 250 bar. Die Flüssigkeit gelangt nun in eine [ntspannung8ma8chine 5, in der ihr Druck von 250 bar auf etwa 25 bar gesenkt wird. Bei diesem Druck tritt noch keine Verdampfung von Destillatölen auf. Die Entspannungsrnnschine 5, an deren Kolbenstange Arbeit abgenommen wird, fördert die Flüssigkeit unter einem Druck von etwa 25 bar in einen Vorlagebehälter 6. Aus dem Vorlagebehälter 6 wird die Flüssigkeit über ein Entspannungsventil 7 in einen Abscheider 8 entspannt. Die verdampften öle werden am Kopf des Abscheiders abgezogen, in einem Kühler 9 kondensiert und über eine Leitung 10 der weiteren Verwendung zugeführt. Die Phasentrennung im Abscheider erfolgt in diesem Beispiel unter Unterdruck, welcher über eine Saugleitung 11 erzeugt wird. Der im Abscheider anfallende eingedickte Schlamm wird über eine Leitung 12 bei einer Temperatur von 'etwa 350 ⁰C dem Abscheider geschleust.

An Stelle des Unterdrucks kann eine Partialdruckerniedrigung der abdestillierenden öldämpfe und somit Erhöhung der Dampfausbeute auch durch Einspeisung von Fremdgasen, beispielsweise von Hydriergas und/oder Wasserdampf, in den Abscheider 8 erfolqen. Hierbei erweist es sich als zweckmäßig, die Fremdgase, die über eine Leitung 13 dem Abscheider 8 zugeführt werden können, im Wärmeaustauscher 25 gegen· heißen Schlamm aus dem Abscheider aufzuheizen.

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In Figur 2 ist die Entspannungsmaschine 5 beispielhaft näher erläutert· Die Entspannungsmaschine 5 ist eine doppelt wirkende Kolbenmaschine mit zwei Arbeitsräumen 14 und 15, zwei Zuführungen 16 und 17 und zwei Abführungen 23 und 24. Vom Heißabscheider 3 strömt zunächst über ein geöffnetes Ventil 18 heiße Flüssigkeit in die v/ordere Kammer 14, wodurch der Kolben 19 unter Arbeitsleistung an der Stange 20 nach rechts gedrückt wird. Die Kolbenstange ist durch eine Dichtung 21 gegenüber dem Gehäuse abgedichtet. Ist die vordere Kammer 14 gefüllt, schließt das Ventil 18 und das Ventil 22 öffnet. Da gleichzeitig das Ventil 26 öffnet, fährt der Kolben 20 nun nach links vor, wodurch die hintere Kammer 15 unter Druck gesetzt und wiederum unter Abgabe von Arbeit an der Kolbenstange 20 gefüllt wird. Dabei wird die Flüssigkeit in der vorderen Kammer 14 über eine Leitung 23 zum Vorlagebehälter 6 gepumpt.

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Claims

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P 76/10

20.5.1976

La/Pe

Patentansprüche

Verfahren zur Abtrennung feststoffartiger Rückstände aus der bei der Hydrierung von Kohle unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur anfallenden, bereits von leichter siedenden Produktkomponenten befreiten Produktfraktion durch Entspannung und anschließende Phasentrennung der Produktfraktion, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung der Produktfraktion in mindestens zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die Entspannung in der ersten Stufe in einer Arbeitsmaschine und in der zweiten Stufe in einem Entspannungsventil erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Arbeit in Form von Pumpenergie dem Hydrierverfahren erneut zur Verfügung gestellt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung in der zweiten Stufe auf Unterdruck erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennung in einem Abscheider erfolgt und daß in dem Abscheider eine Fremdatmosphäre aufrechterhalten wird, um in dem Abscheider den Partialdruck der Produktfraktion zu verringern.

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ORIGINAL. iNSFECTED

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^τ>. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erniedrigung des Partialdruckes ein Teil der bei der Hydrierung anfallenden gasförmigen Produktkomponenten dem Abscheider zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erniedrigung des Partialdrucks dem Abscheider Wasserdampf zugeführt wird·

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erniedrigung des Partialdrucks dienenden Komponenten unmittelbar dem entspannten Oampf-Flüssigkeitegemisch zugeführt werden.

ß. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet ι daß die in den Abscheider einzuspeisenden Gaskomponenten im Wärmeaustausch mit der im Abscheider gewonnenen feststoffreichen Bodenfraktion aufgeheizt werden.

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