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Verfahren zur Ab trennung von Feststoffen aus der bei der
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Hydrierung von Kohle anfallenden Produktfraktion Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen aus der bei der Hydrierung von Kohle
oder anderen Kohlenstoff enthaltenden Substanzen unter erhöhtem Druck und erhöhter
Temperatur anfallenden, bereits von leichtersiedenden Produktkomponenten befreiten
schweren Produktfraktion, bei dem der schweren Produktfraktion vor der Feststoffabtrennung
eine flüssige Kohlenwasserstoffftaktion zugemischt und diese nach der Feststoffabtrennung
aus der feststofffreien Phase wieder abgetrennt wird.
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Bei der Hydrierung von Kohle wird bekanntlich die feingemahlene Kohle
mit einem Anreiböl vermischt, auf Druck gepumpt und bei erhöhter Temperatur in Gegenwart
von Wasserstoff in einem Reaktor der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen.
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Hierbei ist die anfallende Produktfraktion, die im wesentlichen aus
in der Gasphase vorliegenden tiefersiedenden Kohlewasserstoffen sowie flüssigen
Kohlewasserstoffen besteht noch mit Foststoffen, wie nicht umgesetzter Kohle, Asche
und evtl. auch Katalyßatorteilchen aus dem reaktor, angereichert. Whrond die Abtrennung
der gasförmigen Komponenten aus der Produktfraktion keine wesentlichen Schwierigkeiten
bereitet, stellt die Abtrennung der Feststoffe aus der verbleibenden schweren flüssigen
Produktfraktion einen technisch bisher noch nicht befriedigend s lösten Verfahrensschritt
dar. Es wurde zwar rochon voreschlnflerl, die foststoffhaltige schwere Produktfraktion
einer Vaktjumdet.illation zu unterziehen, doch gewinnt man hierbei als feststofffreie
Phase nur das Vakuumdestillat. Das zusammen mit den Feststoffen als Vakuumrückstand
anfallende Bitumen ist bei einer Destillation nicht als feststofffreie Fraktion
gewinnbar, obwohl
ein wesentliches Ziel der Kohleverflüssigung auch
darin besteht, die Bitumenfraktion feststofffrei zu gewinnen, da sich diese beispielsweise
mit als Anreibmittel für die Bereitung des in den Reaktor zu pumpenden frischen
Kohlebreies eignet.
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Zur Verbesserung der Trennoperation wurde auch bereits vorgeschlagen,
die feststoffhaltige, schwere Produktfraktion zu filtrieren. Auch diese Verfahrensweise
führte jedoch zu unbefriedigenden Ergebnissen, da die bei der Hydrierung erzeugten
tilharze mit anderen bei der Hydrierung erzeugten Stoffen gelartige, schleimige
Substanzen bilden, welche zu einer schnellen Verstopfung der Filterporen und damit
zu einer insgesamt unbefriedigenden Filtrierleistung führen.
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Zur Verbesserung der Filtrierung wurde deshalb bereits vorgeschlagen,
den zu filtrierenden Aßschlamm vor der Filtration mit bei der Hydrierung anfallendem
Mittelöl etwa im Verhältnis 1 : 1 zu vermischen. Hierdurch läßt sich zwar die Filtrierleistung
als solche etwas erhöhen, doch ergibt sich nunmehr die zusätzliche Schwierigkeit,
das Mittelöl, dessen Siedebeginn bei etwa 200 OC und dessen Siedeende bei etwa 325
OC liegt, wieder aus dem Filtrat abzutreiben. Hierzu bedarf es eines aufwendigen
weiteren Destillationaschrittes, der neben dem zusätzlichen apparativen Aufwand
mit einem großen zusätzlichen rnergiebedarf verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches
Verfahren zur Abtrennung der Feststoffe aus der bei der Kohlehydrierung anfallenden
schweren Produktfraktion (Abschlamm) zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der schweren
Produktfraktion eine aromatische Verbindungen enthaltende Benzinfraktion zugemischt
wird.
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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, der schweren, feststoffhaltigen
Produktfraktion vor der Feststoffabtrennung nicht wie beim Stand der Technik ein
Mittelöl, sondern eine wesentlich tiefersiedende Benzinfraktion zuzumischen, läßt
sich die Abtrennung der Feststoffe aus der schweren Produktfraktion erheblich verbessern.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß die verwendete Benzinfraktion ein hervorragendes
Lösungsmittel Für die im Hydrierprodukt enthaltenen Ölharze ist, so daß nunmehr
verhindert wird, daß diese Ölharze mit anderen Stoffen die Feststoffabtrennung erschwerende
qelartige Substanzen bilden. Insbesondere beim Filtrieren gelingt es nunmehr, hohe
Filtrierleistungen zu erzielen, da eine Verstopfung der Filterporen weitgehend unterbleibt.
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Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, daß sich die relativ tiefsiedende Benzinfraktion auf einfache Weise
wieder aus der nach der Feststoffabtrennung, also beispielsweise nach der Filtration,
anfallenden feststofffreien Phase, einem Bitumen-Benzingemisch, abtrennen läßt.
Hierzu bedarf es keines zusätzlichen aufwendigen Destillationsschrittes, sondern
die Abtrennung ist durch einfache Entspannungsverdampfung möglich, wobei das sowieso
unter Druck anfallende Bitumen-Benzingemisch entspannt und anschließend einer Phasentrennung
unterzogen wird. Die hierbei in der Dampfphase anfallende Benzinfraktion wird dann
zweckmäßigerweise erneut kondensiert und im Kreislauf wieder der fcotßtoffhnltiqon
echweren Produktfrak tion zugemischt Durch die Kreislaufführung des Benzins wird
der Benzinverbrauch insgesamt niedrig gohijl t(,I1.
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Lediglich geringe Benzinverluste mUseen kontinuierlich ausgeg 1 lehen
werden
Die zu. verwendende Benzinfraktion richtet sich in ihrem
Siedeende nach der Temperatur nach der Entspannung. Der Siedebeqinn hängt vom Druck
bei der Feststoffabtrennung ab.
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Zweckmäßigerweise liegt der Siedebeginn bei mindestens 40 °C und das
Siedeende bei höchstens 200 OC. Besonders gut werden die Ölharze mittels der Benzinfraktion
gelöst, wenn deren Siedebeginn bei etwa 75 °C liegt, wenn also die aromatenfreien
Kohlenwasserstoffe mit einem Siedeende von etwa 75 °C vorher abgetrennt werden,
so daß nunmehr eine aromatenreiche Benzinfraktion vorliegt.
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Zweckmäßigerweise wird zum Vermischen mit der festoffhaltigen, schweren
Produktfraktion eine Benzinfraktion verwendet, die bei der Kohlehydrierung selbst
anfällt.
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Eine weitere Verbesserung der Festetoffabtrennung erqibt sich, wenn
nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens die die Feststoffe
enthaltene Produktfraktion, die normalerweise bei einem hohen Dguck anfällt, vor
der Feststoffabtrennung zunächst in einer Entspannungsmaschine, beispielsweise einer
ventilgesteuerten Plungerpumpe, auf einen niedrigeren Druck zwischenentspannt wird.
Durch diese Zwischenentapannung in einer Entspannungsmaschine wird nämlich verhindert,
daß, im Gegensatz zu einer Entspannung in Drosselventilen, im Zuge der Entspannung
die sowieso schon sehr kleinen Feststoffteilchen noch weiter verkleinert werden,
was zu einer Erschwerung der Feststoffabtrennung führen würde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich besonders vorteilhaft
im Zusammenhang mit der Feststoffabtrennung durch Filtration, dn aufgrund der nunmehr
wesentlich geringeren Verntopfungeneigung des Filters sich die F i trnt i ons 1
lstung erheblich vergrößert. Es bringt aber auch Vorteile bei der Feststoffnbtre;inunq
durch Sedimentation unter Schwerkraft oder durch die Wirkung von Zentrifugalkräften
in Zentrifugen und Zyklonen. In beiden Fallen ist dis verbesserte Festetoffabtrennung
u a. auch suf die Verringerung
der Viskosität der zu behandelnden
feststoffhaltigen Fraktion zurückzuführen, die aufgrund der Zumischung des Benzins
erzielt wird.
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Die vorteilhafteste Anwendung findet das erfindungsgemäße Verfahren
im Zusammenhang mit der Hydrierung von Kohle, da gerade bei der Kohlehydrierung
die schwer zu behandelnden tilharze in besonderem Maße anfallen. Selbstverständlich
ist es jedoch nicht nur auf die Kohlehydrierung beschränkt, sondern kann beispielsweise
auch im Zusammenhang mit der Kohleextraktion oder der hydrierenden Extraktion von
Kohle Anwendung finden.
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Es eignet sich auch für die dlgewinnung aus bisand und Schiefer.
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Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
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Gemäß der Figur, die schematisch ein Verfahren zur Kohlehydrierunq
zeigt, wird die zu hydrierende feingemahlene Kohle über eine Leitung 1 der Anlage
zugeführt und in einem Anreibbehälter 2 in Gegenwart eines über Leitung 22 zugeführten
Anreiböls zu einem pumpbaren Brei angemischt. Der Kohlebrei wird mittels einer Pumpe
3 auf etwa 300 bar gepumpt, in Wärmeaustauschern 4 und 5 zunächst gegen heiße Hydrierprudukte
und dann durch Zufuhr von Fremdwärme auf etwa 400 °C aufgeheizt und in einem Hydrierreaktor
6 bei etwa 470 OC einer katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen. Der für
die Hydrierung noch benötigte Wasserstoff wird dem Kohlebrei Uber eine Wasserstoffzuführleitung
7 zugeführt.
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Das Kopfprodukt des Hydrierreaktors, eine Fraktion, die aus tieferoledenden
Kohbnwasseretoffen in der Gasphase, höher siedonden (schweren) Kohlenwasserstoffen
in der flüssigen Phase und Feststoffen, wie nicht umgesetzte Kohle, Asche und Katalysatorteilchens
aus dem Reaktor,besteht, wird in einen Heißabscheider 8
eingespeist
und in diesem einer Phasentrennung unterzogen.
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Die im Kopf des Heißabscheiders anfallende gasförmige Fraktion wird
über eine Leitung 9 dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt, in diesem im Wärmeaustausch
mit dem Kohlebrei teilweise kondensiert und dann zur weiteren Verarbeitung über
eine Leitung 10 aus.der Anlage abgezogen. Das Siedeende der im Kopf des Heißabscheiders
anfallenden Fraktion liegt bei etwa 400 °C. d. h., sie enthält alle bei der Hydrierung
anfallenden Kohlenwasserstoffe bis einschließlich mindestens zum Mittelöl.
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Im Sumpf des Heißabscheiders 8 fällt somit eine mittelölfreie, schwerölhaltige
Bitumenfraktion mit einem Siedebeginn von etwa 350 OC an, welche noch alle vorgenannten
Feststoffe enthält.
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Diese Bitumenfraktion wird zunächst in einem Zwischenkühler 11 von
etwa 430 OC auf etwa 350 OC zwischengekühlt und dann unter Arbeitsleistung in einer
ventilgesteuerten Plungerpumpe 12 von etwa 300 bar auf etwa 15 bar zwischenentspannt.
Anschließend gelangt die mit den Feststoffen angereicherte Bitumenfraktion in einen
Mischbehälter 13, in dem sie im Verhältnis von etwa 1 : 1 mit Schwerbenzin mit einem
Siedebeginn von etwa 75 OC und einem Siedeende von etwa 200 °C vermischt wird. Durch
die Zumischung des Schwerbenzins gelingt es, die Ulharze zu lösen und somit die
Bildung von gelartigen Substanzen zu verhindern, so daß sich bei der nachfolgenden
Feststoffabtrennung durch rlltration in einem Filter 14 (Preco'it:-Trommel-Druckfiltnr)
hohe Filtrntionsgeochwindigkeiten über ltingere Zeitrilume hinweg erzielen lassen.
Es findet keine Verstopfung der Filterporen durch gelartige Substanzen statt.
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Die Filtrierung der Mischung erfolgt bei einer Temperatur von etwa
250 OC, der Druckverlust im Filter 14 beträgt etwa 5 bar.
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Der im Filter 14 anfallende Filtrierrückstand wird über eine Leitung
15 aus dem Filter 14 ausgetragen und einer weiteren Verarbeitung zugeführt. Beispielsweise
kann er, nachdem die verbliebenen Benzinreste mit Dampf ausgestrippt worden sind,
in getrocknetem Zustand zusammen mit Kohle unter Erzeugung von Wasserstoff vergast
werden.
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Das im Filter 14 unter einem Druck von etwa 10 bar anfallende Filtrat
wird über eine Leitung 16 aus diesem abgezoqen, in einem Drosselventil 17 auf etwa
1 bar entspannt und dann in einem Abscheider 18 einer Phasentrennung unterzogen.
hierbei fällt als Kopfprodukt das zugemischte Benzin an, welchen in einem Wärmeaustauscher
19 unter Zufuhr von Fremdkälte zunächst kondensiert und dann mittels einer Pumpe
20 erneut in den Mischbehälter 13 gepumpt wird. Etwaige Benzinverluste werden mit
Frischbenzin gedeckt, welches über eine Leitung 21 dem Kreislaufbenzin zugeführt
wird.
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Im Sumpf des Abscheiders 18 fällt eine Bitumenfraktion an, die als
ein hochwertiges Endprodukt weiterverwendet werden kann.
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Beispielsweise kann die Bitumenfrakion zumindest teilweise zum Anreiben
der Kohle verwendet werden.
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Die Bitumenfraktion kann aber auch in einem Koker zur Erzeugung eines
schwefel- und aschearmen Kokses verwendet werden, wobei als weitere Produkte noch
Destillatöle, Benzin und (;as anfallen.
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Sie eignet sich aber auch als Bindemittel für schwachbackende Kohlen
zur Erzeugung eines gutgebackenen Kokses für metallurgische Zwecke.
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In einer nach dem beschriebenen Verfahren arbeitenden Versucheapparatur
wurde aus einem unter 300 bar unter Verwendung von Eisenkatalysatoren anfallenden
Hydrierabschlamm ein Bitumen mit einem Schwefelgehalt von 0,2 Cew.-%, einem Aschegehalt
von 0,03 GewO 9é und einem Siedsbeginn von 350 OC erzeugt. Die Filter leistung bei
der Festatoffabtrennung betrug > 1000 kg/m² Filter fläche und Stunde.
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L e e r s e i t e