DE2722608A1

DE2722608A1 - Verfahren zur herstellung eines brennstoffes mit geringem schwefel- und aschegehalt

Info

Publication number: DE2722608A1
Application number: DE19772722608
Authority: DE
Inventors: Leonard James Keller
Original assignee: Keller Corp
Current assignee: Keller Corp
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1977-12-08
Also published as: AU2513477A; FR2352052B1; JPS531203A; US4030893A; AU505630B2; GB1525909A; CA1080650A; ZA772948B; FR2352052A1

Description

PATENTANWÄLTE
MENGFS & PRAHL

Erhard's'rasse 12, D-8000 München 5 2722608

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr 12, D-8000 München 5 Dipl-Ing. Rolf Menges

Dipl.-Chem. Dr. Horst PnN

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

Ihr Zeichen/Your ref.

Unser Zeichen/Ourref. K 107

Datum/Date jo

The Keller Corporation
Dallas, Texas 75229, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes mit geringem Schwefel- und Aschegehalt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines verbesserten Brennstoffes mit gleichzeitiger Gewinnung wertvoller chemischer Produkte, insbesondere ein Verfahren zur Erlangung einer Kohle mit geringem Schwefel- und Aschegehalt, die leicht und ergiebig brennt und zu geringer Schadstoffemission führt, bei gleichzeitiger Gewinnung wertvoller chemischer Produkte durch Herauslösen aus der Kohle.

In der DT-PS ... (P 26 42 201.5) wurde die Notwendigkeit wirtschaftlicher Energiegewinnung, doch unter Berücksichtigung ökologischer Gesichtspunkte zur Erzielung einer

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allgemeinen Verbesserung unserer Unweit, Herabsetzung der Verschmutzung und dergleichen, dargestellt. Dies ist durch die sogenannte Energieverknappung schwieriger geworden, die durch eine Senkung der Abgabemengen,und dann nur zu höheren Preisen,von Natur- oder Erdgas, Benzin und anderen Erdölprodukten in Erscheinung tritt.

Eine ausgezeichnete Erörterung dieser herkömmlichen Energiequellen und ihrer Mängel findet sich in dem Artikel "Hydrogen: Its Future in the Nation's Energy Economy", von W.E. Winsche, K.C. Hoffman und F.J. Salzano, Science, 29.6.1973, Band 180, Nr. 4093. Darin entwerfen die Verfasser ein Bedürfnis nach umfangreichen wirtschaftlichen Energiequellen, wie beispielsweise aus der Kernspaltung, aus Solar- oder geothermischen Quellen. In diesem Artikel weisen die Verfasser auf die Nachteile mehrerer herkömmlicher Energiequellen hin und preisen die Vorteile des Wasserstoffs als möglichen künftigen Brennstoff, da er die Umwelt nicht belastet.

In zunehmendem MaBe zeigt sich, daß bestimmte ölreiche Gebiete der Erde in der Lage sein können, einen unverhältnismäßig starken wirtschaftlichen und politischen Einfluß auszuüben, wenn für die aus Erdöl stammenden Brennstoffe kein Ersatz gefunden wird. Ein verbreitet verfügbarer Ersatz für aus Erdöl stammende Brennstoffe ist Kohle. Häufig jedoch enthält die Kohle Schwefel, Asche bildende Mineralien und andere Verunreinigungen, die sie unangenehm machen oder die Kosten der Behandlung der Kohle zur Entfernung der Verunreinigungen bei ihrer Verwendung in bevölkerten Gebieten unmöglich (oder zumindest wirtschaftlich nicht vertretbar) machen. Weiter haben die Kosten für den bergmännischen Abbau und den Transport von Kohle über größere Entfernungen dazu geführt, sie bislang mit Rohöl außer Konkurrenz zu setzen, da Rohöl zu einem Preis von etwa 3 Dollar pro Barrel zur Verfügung stand. Mit dem Anstieg des Erdölpreises

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auf 5 Dollar und darüber pro Barrel wird die Kohle als Brennstoffquelle zunehmend konkurrenzfähig. Sie könnte besonders konkurrenzfähig sein, wenn ein Weg gefunden werden könnte, die Kohle wirtschaftlich zu transportieren. Beispielsweise liefert Kohle Energie zu einem Preis von etwa 50 Pfennig pro 252 0OO kcal (10⁶ BTU). Große Kohlereserven stehen in den Vereinigten Staaten zur Verfügung, insbesondere in Alaska, Wyoming, Utah und den Mittelstaaten, und Braunkohlenlagerstätten gibt es in Texas. Wie erwähnt, hat der Transport von Kohle unverhältnismäßig hohe Kosten und Schwierigkeiten verursacht.

In der oben erwähnten DT-PS (P 26 42 201.5) ist ein

Teil der Vorschläge beschrieben, die bisher versucht wurden, das Transportproblem zu lösen, und es wird ein verbessertes Verfahren offenbart, das die Nachteile des Standes der Technik umgeht. Dieser Vorschlag senkt jedoch nicht den Schwefel als Nebenprodukt oder Asche bildenden Gehalt der Kohle oder gewinnt auch nicht wertvolle Chemikalien als Nebenprodukte.

So ist zu erkennen, daß der Stand der Technik bei der Gewinnung eines Brennstoffs mit geringem Schwefel- und Aschegehalt aus Kohle und gleichzeitiger Gewinnung wertvoller chemischer Produkte nicht befriedigte.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs mit geringem Schwefel- und Aschegehalt aus Kohle bei gleichzeitiger Gewinnung wertvoller Chemikalien als Endprodukte unter Umgehung der Nachteile des Standes der Technik zu schaffen.

Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, ein Kohleprodukt zu schaffen, das sehr wenig Schwefelverbindungen und Asche bildende Feststoffe enthält, so daß es praktisch vollständig und nahezu ohne Verunreinigung verbrennt, und glelch-

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zeitig wertvolle Bestandteile aus der Kohle zu gewinnen.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren; es zeigen:

Fig. 1 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 einen Teil eines Fließdiagramms eines gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung angewandten Zusatzverfahrens.

Die erfindungsgemäß verwendete Kohle kann irgend eine der handelsüblichen Kohlesorten sein, und zwar von der verhältnismäßig reinen Anthrazitkohle mit hohem Kohlenstoffgehalt über Fettkohle bis hin zu den weniger erwünschten bituminösen oder Weichkohlesorten, Braunkohlen und dergleichen, diese eingeschlossen.

Der Abbau und die Aufbereitung der Kohle sind ausführlich in der ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY von Kirk-Othmer, 2. Auflage, Herausgeber Anthony Standin, Inter-Science Publishers, New York, 1969, Band 5, Seite 606 bis 676 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Die Kohle wird in einem Kohlebergwerk entweder im Tagebau oder unter Tage abgebaut, je nach Eignung der jeweiligen Lagerstätte. Diese Abbauverfahren sind bekannt und auf Seite 660 der genannten Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben.

Die Aufbereitung der Kohle ist auf Seite 661 der genannten Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei ihm die feinsten Teilchen benutzt werden können, die früher verworfen wurden, weil die Verbraucher Staubkohle ablehnten und diese

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beim Be- und Entladen Kohlestaub abgaben. Die genaue Art der Kohlen in den Kohlelagerstätten in verschiedenen Staaten ist bisher noch nicht vollständig festgestellt worden, wenngleich die Lagerstätten als ausgedehnt bekannt sind. Enthält eine Kohle eine große Menge an Fusinit, ist sie äußerst bröckelig und neigt bei ihrer Aufbereitung zur Konzentration in den Feinteilchenbereichen. Dies erleichtert die praktische Durchführung der Erfindung, da die Feinteilchen direkt zur Herstellung des Kohle/Alkohol-Gemisches oder -Breies eingesetzt werden können, der zu Beginn des Verfahrens Anwendung findet. Dies verringert die Menge an zusätzlicher Arbeit, die zum Pulverisieren oder Zerkleinern der Kohle zur Bildung des Breies oder des Gemisches mit dem Methylbrennstoff oder Alkoholen erforderlich ist. Ebenso zerbrechen beträchtliche Mengen an Vitrinit leicht zu Größen von Feinteilchen von weniger als einem Millimeter, wodurch die Arbeit zusätzlicher Größenverringerung und Zerkleinerung verringert wird, die zur Erzielung der gewünschten Teilchengrößen erforderlich ist. Bekanntlich wird bei der Herstellung der Feinteilchen der Arbeitsanfall durch den Hargrove-Index angegeben. Insbesondere gibt ein niedriger Hargrove-Index an, daß mehr Energie in der Feinstmahlanlage zur Erzeugung des Kohlenstaubs erforderlich ist. Es ist klar, daß viele Kohlen, wie beispielsweise Kohle aus Alaska, einen relativ hohen Hargrove-Index haben und deshalb zu ihrer Feinstmahlung relativ wenig Energie erfordern.

Die Kohleteilchen werden zu geeigneten Größen aufbereitet. Insbesondere sind sie alle von einer Größe <-2,4 mm, wobei der Hauptanteil der Teilchen ^- 0,15 mm ist. Gewünschtenfalls kann der Hauptanteil der Teilchen < 0,07 mm sein. Auf jeden Fall haben die Kohleteilchen eine Absetzgeschwindigkeit von<2,5 cm/sec in Wasser. Die Kohleteilchen werden in Gegenwart des Methylbrennstoffes, einschließlich Methanol, bearbeitet, um die wasserlöslichen und andere alko-

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hollösliche Verunreinigungen aus der Kohle herauszulösen und die Oberflächen der Kohleteilchen zu aktivieren und zu benetzen. Dieser Schritt ist offenbar notwendig, um den Scherverdünnungsbrei zu bilden, der vorteilhaft ist und in der genannten DT-PS .... (PS 26 42 201.5) beschrieben und beansprucht ist, worauf hiermit Bezug genommen wird, wenngleich der Grund dafür nicht voll verstanden wird.

Die Reinigung der Kohle mag auch bei der vorliegenden Erfindung weniger ein Problem sein, da dieses Verfahren Feinteile verwenden kann, um die vorteilhaften thixotropen Eigenschaften zu erhalten, die mit der Brown'sehen Molekularbewegung der Feinteile des endgültigen Suspensoids verbunden sind, wenn ein Scherverdünnungssuspensoid in der Anfangsphase eingesetzt wird. Wenn die Kohle zu reinigen ist, kann irgend eines der herkömmlichen Verfahren angewandt werden. Solche Methoden sind auf Seite 662 der oben erwähnten Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben. Die Kohle kann trokken gereinigt werden, um das Trocknen zu eliminieren, häufig ergibt sich aber eine Staubbildung durch die Luft, die bei dem Trockenreinigungsvorgang durch die schwingenden, perforierten Tische hindurch geblasen wird. Vorzugsweise wird eine Schaumflotation bei jeder durchgeführten Reinigungsoperation benutzt, um die Feinteilchen zu bewahren. Wenn erwünscht, kann die gereinigte Kohle entwässert werden. Gewöhnlich ist es für Brennstoff unnötig, da die Kohle einen optimalen Feuchtgkeitsgehalt im Bereich von etwa 6 bis 8 % für optimale Verbrennung aufweist.

Nach theoretischen Überlegungen gehört es zu den überraschenden Tatsachen, daß die Alkohole, die hier verwendet werden, das Wasser und andere alkohollösliche Verunreinigungen herauslösen oder aufnehmen und häufig direkte Herabsetzung der Größe der Kohlesorten geringer Qualität sowie Peptisation oder kolloidale Dispersion von Substanzen in der Kohle ermöglichen. Solche Substanzen oder Bestand-

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teile umfassen UIe, Fette, Säuren, Alkohole, Ester, Harze, Kohlenwasserstoffe und Wachse sowie eine Reihe komplexerer organischer Chemikalien und einige organische Gase, einschließlich Methan. Diese chemischen Bestandteile werden nachfolgend im einzelnen erörtert.

Anders ausgedrückt wird das Herauslösen der Verunreinigungen und des Wassers durch den Alkohol automatisch zu einem Auseinanderbrechen qualitativ geringwertigerer Kohlesorten führen, da das Wasser zum Agglomerieren der Feinteilchen zu den größeren Kohleklumpen erforderlich zu sein scheint.

Der Ausdruck "Alkohole" wird hier zur Bezeichnung der Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen einschließlich verwendet, Methanol eingeschlossen, die hinsichtlich der Reinheit bei praktisch ganz reinem Zustand bis zu Rohalkohol liegen, der durch die Kohlevergasung mit anschließender "Methanol-" oder Alkoholsynthese hergestellt wird. Diese Alkohole werden häufig auf dem Fachgebiet als "Methylbrennstoff" bezeichnet. Der Methylbrennstoff kann an einem Ort nahe der abgebauten Kohle hergestellt oder in das Gebiet transportiert werden, in dem das flüssig-feste Suspensoid oder die Kohle/Alkohol-Aufschlämmung als Beschickungsoder Zufuhrstrom für dieses Verfahren hergestellt wird. In der eingangs genannten DT-PS .... (P 26 42 201.5) ist die Kohlevergasung und die sich anschließende Alkoholsynthese aus dem dadurch erzeugten Synthesegas beschrieben worden. Auf deren Inhalt wird hier ausdrücklich Bezug genommen, um ihn nicht nochmals wiederholen zu müssen.

In einem Artikel in "Compounds from the Carbonization of Coal" von Susan E. Woolridge, Seite 1357 ff., THE CHEMISTRY OF COAL UTILIZATION, Band 1 und 2, 1945, H.H. Lowry, John Wiley & Sons, New York, New York, sind in einer Tabelle XIX 324 Verbindungen aufgeführt, die bei der Kohle-

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vergasung identifiziert wurden, und auch auf diese Tabelle wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

Die Kohle enthält ein oder mehrere der folgenden Materialien, je nach ihrer Herkunft, die unter den 324 bisher gefundenen Bestandteilen aufgeführt sind. Zu den aus der Kohle gewinnbaren Bestandteilen gehören Brenzcatechin (Catechol), zwischen 200 und 3OO ⁰C siedende Phenole, Carbonsäuren, Basen, neutrale öle, m-Kresol, o-Kresol, p-Kresol, Teerharze, Ketone,einschließlich Aceton und Methyläthylketon, Essigsäure, Propionsäure, η-Buttersäure, Valeriansäure, gesättigte, bis 300 °C siedende Säuren, Pyridin, Methylindol, ungesättigte und gesättigte Aldehyde, einschließlich Acetaldehyd, Methylalkohol, Acetonitril, Benzaldehyd, mehrwertige Phenole, einschließlich Pyrogallol, Hydrochinon und ein Methyläther.

In INTERNATIONAL CRITICAL TABELS OF NUMERICAL DATA, PHYSICS, CHEMISTRY AND TECHNOLOGY, National Research Council of the United States of America, C. J. West, McGraw Hill Book Company, New York, 1933, ist eine große Zahl von Mischsystemen von Methylalkohol mit anderen Verbindungen aufgeführt. Viele Verbindungen sind üblich in der genannten Tabelle XIX und die Methylalkoholsysteme in den International Critical Tables erörtert. Darunter findet sich Methanol im Gemisch mit Essigsäure, Acetonitril, Anilin, Benzaldehyd, Benzoesäure, Butan,.Buttersäure, den Kresolen, Oxalsäure, Propionsäure, Pyridin, Toluidin und Valeriansäure. Zudem treten organische Gase auf, die unverständlicherweise freigesetzt werden, wenn die Kohle in Gegenwart des Alkohols bearbeitet wird. Beispielsweise können in den abströmenden organischen Gasen Methan und Xthan mit einem geringen Anteil an Propan nachgewiesen werden.

Bisher wurde angegeben, daß Methanol und die niedermolekularen Alkohole sehr schlechte Lösungsmittel

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beim Versuch, Verbindungen aus der Kohle zu extrahieren, waren. Wenn aber die Kohle in Gegenwart der Alkohole bearbeitet wird, tritt eine Peptisation und ein Herauslösen sowie kolloidale Dispersion in den Alkoholen ein, was überraschend ist und die Gewinnung wertvoller chemischer Nebenprodukte in einem Überlaufstrom ermöglicht.

überdies haben, wie oben angegeben, die Kohlesorten, insbesondere die geringer-wertigen Kohlen, häufig eine beträchtliche Menge an Asche bildenden Mineralien und dergleichen, die einen schwer verbrennbaren Brennstoff bilden und zu den Problemen beitragen, indem sie große Mengen an Schlacke, Asche oder dergleichen in der Brennkammer entstehen lassen. Auch enthalten diese geringwertigen Kohlen häufig hohe Prozentsätze an Schwefel oder organischen, schwefelhaltigen Verbindungen, die bei Oxydation oder Verbrennung verunreinigende Stoffe bilden. Das erfindungsgemäße Verfahren befreit die Kohle von diesen unerwünschten Bestandteilen.

Außerdem wird bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Kohle geschaffen, die erstaunlich leicht und unter überraschender Wärmeentwicklung brennt, da die Kohleteilchen expandiert oder gebläht sind, so daß sie bei der Verbrennung leichter oxydiert werden.

Entsprechend der Fig. 1 wird ein Kohle/Alkohol-Gemisch gebildet, bevorzugt, wie in der erwähnten DT-PS .... (P 26 42 201.5) dargestellt. Auf jeden Fall liegt die Kohle in Gegenwart des Alkohols vor und wird zur Erzielung besserer Ergebnisse in Gegenwart des Alkohols zerkleinert. Liegt das Kohle/Alkohol-Gemisch 11 nicht in optimaler Konzentration von etwa 40 bis 50 % Feststoffen vor, kann es mit weiterem Alkohol 15 verdünnt werden, wie bei 13 angedeutet. Die erhaltene Aufschlämmung von Kohle in Alkohol wird, z.B. durch Rühren bei 17, in praktisch gleichförmi-

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gem Gemisch gehalten, bis sie in eine Einheit 19 zur Trennung nach der Absetzgeschwindigkeit fließen kann. Die Einheit 19 ist vorzugsweise ein Zyklonseparator ohne Turbulenz.

Im Separator 19 werden die teilchenförmigen Materialien mit höherer Absetzgeschwindigkeit abgetrennt und ihre Konzentration im ersten Unterstran 21 erhöht. Die Drücke für die Trennung werden durch die Art des teilchenförmigen Kohlematerials bestimmt, das sich von der Kohle/Alkohol-Auf schlämmung ableitet, sowie von der Art des verwendeten Zyklonseparators. Bei der Trennung bildet sich ein erster Mittelproduktstrom 23, der hauptsächlich eine erste Aufschlämmung der Kohleteilchen enthält. Die vom Separator 19 bewirkte Trennung bildet auch einen ersten Oberlauf 25, der hauptsächlich den Alkohol, eine Flüssigkeit von im Alkohol aus der zerkleinerten Kohle herausgelösten Bestandteilen und im Alkohol und der Flüssigkeit suspendierten kolloidalen Bestandteilen enthält.

Der erste Unterstrom 21 wird bei maximaler Dichte, gewöhnlich etwa 60 bis 80 Gewichtsprozent Feststoffen, abgenommen. Der erste Unterstran 21 wird wieder zu dem gewünschten Prozentgehalt an Feststoffen zurückverdünnt, wie durch 27 angedeutet. Die gewünschte Konzentration an Feststoffen hängt von der Art der anschließend anzuwendenden Trennung ab. Beispielsweise kann sie für eine Geschwindigkeitstrennung etwa 40 bis 60 Gewichtsprozent Feststoffe betragen. Das bei der Verdünnung 27 gebildete Gemisch von Feststoffen und Alkohol wird dann in der Einheit 29 einer Trennung nach Absetzgeschwindigkeit unterworfen. Insbesondere werden die Feststoffe im zweiten Unterstrom 31 als zweite Aufschlämmung hoher Dichte getrennt, die analog eine durchfeuchtete Masse mit sehr wenig überschüssiger Flüssigkeit ist. Die Trennung in der Einheit 29 führt auch zu einem zweiten Überlauf 33. Der zweite Überlauf 33 enthält einen

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sehr geringen Prozentsatz an Feststoffen und wird woanders in das System zurückgeführt, wie z.B. zum ersten Mittelproduktstrom 23, und zwar zur Verdünnung.

Wie dargestellt, ist die Einheit 29 eine Einheit wie etwa ein turbulenzfreier Zyklon zur Abtrennung nach der Absetzgeschwindigkeit. Wenn gewünscht, kann die Abtrennung mit Hilfe einer Zentrifuge erfolgen, wie z.B. einer Vollmantel- oder Siebmantel-Zentrifuge.

Während der gesamte Unterstrom 31 mit sehr geringem Verlust verworfen werden kann, ist es häufig von Vorteil, es in zu verwerfenden Schwefel und Asche einerseits und den Alkohl andererseits aufzutrennen. Daher wird die Trennung als Verdampfung in einem Verdampfer 35 vorgenommen, um die Feststoffe 37 und mit Hilfe eines Kühlers 39 die Alkohole 41 zu gewinnen. Die Feststoffe 37 bestehen, wie zuvor angegeben, hauptsächlich aus Schwefel und den Asche bildenden Materialien und dergleichen, die eine hohe Absetzgeschwindigkeit aufweisen. Die Alkohole sind wie zuvor beschrieben. Sie können zur Aufbewahrung oder, wie durch die Linie 43 angedeutet, zum Verdünnen bei 27 verwendet oder mit dem ersten Mittelproduktstrom 23 über eine Leitung 45 kombiniert werden.

Die Feststoffe werden durch Erwärmen auf eine Temperatur T1 im Bereich von 60 bis 82 ⁰C, z.B. etwa 71 ⁰C, und durch Entfernen und Rückgewinnen der Alkohole durch Verdampfen und Kondensieren getrocknet. Die Alkohole können auch durch Anlegen eines Vakuums an die Aufschlämmung unter Ausnutzung der in den Materialien vorhandenen Wärmeenergie zur Verdampfung der Alkohole gewonnen werden. Wird dieses letztere Verfahren angewandt, erfolgt das Kondensieren durch Komprimieren der die Alkohole enthaltenden Dämpfe. Abgetrennte und getrocknete Feststoffe enthalten einen Großteil der Asche bildenden Materialien und der Sulfide

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der Ausgangskohle. Wenn auch für das eine oder andere der Materialien kommerzielle Verwendung besteht, ist doch das Hauptziel die Herabsetzung des Schwefel- und Aschegehalts der Kohle vor ihrer Verbrennung.

Die Feststoffe 37 werden verworfen, damit sie die Verbrennung des Brennstoffs mit geringem Schwefel- und Aschegehalt, der sich dann in weiteren Strömen bildet, nicht komplizieren.

Die bei 27 angegebene Verdünnung kann auch durch Alkohol aus einer anderen Quelle erfolgen, wie durch den Block 47, der seinen Alkohol aus irgend einer einer Vielzahl von Quellen beziehen kann, wie z.B. den Alkohol in der Leitung 45, der normalerweise zur Verdünnung des ersten Mittelproduktstroms 23 herangezogen wird.

Der erste Mittelproduktstrom 23 enthält die Masse der aus der Kohle gebildeten Teilchen mit geringerer Absetzgeschwindigkeit .

Der erste Mittelproduktstrom 23 kann zu einem Eindicker geführt werden, um eine Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Aufschlämmung zu bilden, wie er in der genannten DT-PS ... (P 26 42 201.5) beschrieben ist. Ein solcher Eindicker kann eine Zentrifuge oder dergleichen aufweisen, die die Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Aufschlämmung als Unterstrom mit dem Alkohol und den alkohollöslichen und dispergierten Materialien als Überlauf trennt. Wie jedoch veranschaulicht, wird der erste Mittelproduktstrom 23 durch die Alkohole aus einer geeigneten Quelle, wie aus den Leitungen 49, 51 oder 45, verdünnt und zu einer Trenn- oder Scheidereinheit 53 geführt. Der Alkohol in der Leitung 51 enthält den zweiten überlauf 33. Der Alkohol bei 49 enthält einen Unterstrom, der nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.

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In der Trenn- oder Scheidereinheit 53 wird der erste Mittelproduktstrom 23 in einen dritten Unterstrom 55, einen zweiten Mittelproduktstrom 57 und einen dritten überlauf 59 getrennt.

Der dritte Unterstrom 55 enthält eine zweite Aufschlämmung von Feststoffen hoher Dichte, die über den Verdünnungsblock 47 der Zumischung mit dem ersten Unterstrom 21 zugeführt wird, bevor die Trennung der Feststoffe von den Alkoholen erfolgt.

Der zweite Mittelproduktstrom enthält in erster Linie eine zweite Aufschlämmung der Kohle mit nur geringer Menge an Feststoffen hoher Dichte und Schwefel. Der angestrebte Brennstoff mit geringem Schwefel- und Aschegehalt bildet sich aus dem zweiten Mittelproduktstrom 57.

Der erste überlauf 25 wird in einer Trenn- oder Scheidereinheit 61 in einen vierten überlauf 63 und einen vierten Unterstrom 65 getrennt. Die Scheidereinheit 61 kann irgend eine der für diese Trennung geeigneten Einheiten aufweisen, wie z.B. eine Zentrifuge oder dergleichen. Im dargestellten Fall ist es ein Klärbehälter.

Der vierte überlauf 63 enthält hauptsächlich den Alkohol, die Flüssigkeit aus dem Alkohol mit den darin gelösten jeweiligen erwünschten Bestandteilen und die Bestandteile, die peptisiert oder in kolloidalem Zustand suspendiert sind. Der vierte überlauf 63 wird, wie durch Block 67 veranschaulicht, zu den gewünschten Endprodukten raffiniert. Wie dargestellt, umfassen die Produkte 69 Alkohole, Kohlenwasserstoffe, Wachse, Teere, Paraffine, Harze und eine Vielzahl anderer wertvoller Chemikalien, wie zuvor dargelegt. Die im Block 67 dargestellte Raffination kann alle zur Abtrennung einer bestimmten Chemikalie geeigneten Schritte umfassen, während eine Elution durch eine Adsorp-

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tionssäule und dergleichen für einige der wertvolleren Chemikalien geeignet sein kann; gewöhnlich umfassen die Raffinationsstufen eine Destillation, bei der die verschiedenen Produkte bei ihren jeweiligen Siedetemperaturen in einer Destillationskolonne gewonnen werden. Beispielsweise können die normalerweise gasförmigen Bestandteile als überkopfprodukt an der Kolonne abgenommen und einzeln gewonnen oder als Brennstoff oder dergleichen oder als Rohmaterialien für andere Herstellungsverfahren verwendet werden. Bodenkörper einer solchen Destillationskolonne können weitere wertvolle Bestandteile enthalten, die in Parfüms, in der Fotoindustrie und zu anderen Zwecken Verwendung finden.

Der zweite Mittelproduktstrom 57 kann einem Eindicker oder dergleichen zugeführt werden, um die Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Aufschlämmung zu bilden, ähnlich wie für den ersten Mittelproduktstrom 23 beschrieben. Wie dargestellt, wird jedoch der zweite Mittelstrom 57 einer Scheidereinheit 71 zugeführt. Die Scheidereinheit 71 bewirkt die Trennung des zweiten Mittelproduktstroms 57 in einen 5. Unterstrom 73, einen dritten Mittelproduktstrom 75 und einen fünften überlauf 77.

Der fünfte Unterstrom ist eine dritte Aufschlämmung der sich rasch absetzenden Materialien hoher Dichte. Der fünf te Unterstrom 73 wird mit anderen Unterströmen kombiniert, wie z.B. dem dritten Unterstrom 55, bevor er aufgetrennt wird, wie beispielsweise in der Scheidereinheit 29.

Der dritte Mittelproduktstrom enthält in erster Linie die mit dem Alkohol aufgeschlämmte Kohle mit geringem Schwe fel- und Aschegehalt.

Der dritte Mittelproduktstrom 75 kann eine eingestellte Konzentration aufweisen, beispielsweise durch Zuführen

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zu einem Eindicker, um in eine Scherverdünnungs-Kohle/ Alkohol-Aufschlämmung überführt zu werden, wie sie zuvor beim ersten Mittelproduktstrom 23 oder beim zweiten Mittelproduktstrom 57 beschrieben wurde. Die Einstellung der Konzentration ist durch den Block 85 "Konzentrationseinstellung" angedeutet. Die Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Auf schlämmung kann in einan geeigneten Lagertank 79 gelagert werden, um später in eine Leitung gepumpt zu werden, oder sie kann direkt in eine oder mehrere Leitungen 81 gepumpt werden. Gewöhnlich ist eine Stoßkapazität wünschenswert, so daß sowohl ein Lagertank 79 als auch die Leitung 81 mit der zugehörigen Pumpausstattung (nicht dargestellt) vorhanden sein wird.

Werden Lagertanks 79 verwendet, ist es vorzuziehen, den Lagertank mit einzubeziehen und den dampfförmigen organischen Abstrom über die Leitung 83 abzuziehen. Die organischen Gase enthalten Methan und können leicht als Brennstoff verwendet werden. Andererseits können sie, wie zuvor beschrieben, auch als Zufuhrströme für petrochemische Verfahren und dergleichen oder anderweitig in ihre erwünschten Bestandteile aufgetrennt werden.

Wenn es erwünscht ist, kann der dritte Mittelproduktstrom 75 direkt in seine Bestandteile Alkohol oder teilchenförmige Kohle aufgetrennt werden. Dies ist durch die Verdampfungseinheit 87 zum Verdampfen des Alkohols und zur Gewinnung der teilchenförmigen Kohle 89 als Bodenkörper angedeutet. Es ist erwähnenswert, daß aus der teilchenförmigen Kohle 89 die Schwefel und Asche bildenden Bestandteile praktisch entfernt worden sind, so daß sie mit sehr geringer Verschmutzung in den Verbrennungsgasen abbrennt. Die Gase bzw. Dämpfe aus der Verdampfereinheit 87 werden im Kühler 91 zu den gewünschten Endprodukten oder Alkoholen 93 kondensiert.

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Die Alkohole 93 können als Pump- oder Strömungsmittel für die Alkohole aus der Eindickereinheit 85 verwendet werden. Andererseits können die Alkohole über eine Leitung 95 zum Verdünnen des dritten Mittelproduktstroms 75 geführt werden, wenn dieser zum Pumpen zu viskos ist. Besteht ein Überschuß an Alkohol, kann er zum Verdünnen in irgendeiner der anderen Stufen verwendet werden, wie durch die jeweiligen Verdünnungsblocks in Fig. 1 dargestellt.

Wird die Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Aufschlämmung durch die Leitung 81 geführt, kann sie zu ihrem bestimmungsgemäßen Endzweck nach einem Verfahren behandelt werden, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist. Es ist ebenfalls erwähnenswert, daß die dritten Mittelproduktströme 75 nach dem Verfahren der Fig. 2 behandelt werden können, ob nun durch die Leitung gepumpt oder nicht. Das Verfahren der Fig. 2 führt zu geblähten Kohleteilchen, die unter Erzeugung einer außergewöhnlich heißen Flamme leicht verbrannt werden können.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die Scherverdünnungs-Kohle/ Alkohol-Aufschlämmung, z.B. aus der Leitung 81, auf einen geeigneten Druck P1 unter Druck gesetzt, wie durch den Block 97 dargestellt. Die Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Aufschlämmung wird auch, wie durch den Wärmeaustauscher 99 dargestellt, auf eine Temperatur T1 erwärmt. Dann wird die unter Druck stehende erwärmte Scherverdünnungs-Kohle/Alkohol-Aufschlämmung durch eine Leitung 101 zu einem Blitzdestillationsturm 103 geführt, wo sie zu einem geringeren Druck, wie Atmosphärendruck, blitzdestilliert wird. Der Wärmegehalt bewirkt eine Schnellverdampfung der organischen Gase und des Alkohols, die über eine Leitung 105 abgenommen werden. Der Alkohol und andere kondensierbare Bestandteile werden über geeignete Wärmeaustauscher (nicht dargestellt) kondensiert, und die jeweiligen Bestandteile werden,wie zuvor beschrieben, eingesetzt.

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Als Folge der Blitzdestillation des Alkohols und der organischen Gase bilden sich geblähte Kohleteilchen als Rückstand oder Bodensatz im Blitzdestillationsturm. Die geblähten Kohleteilchen werden über geeignete Förderer vom Boden des Blitzdestillationsturms 103 ihren jeweiligen Lagerstapeln zugeführt. Sie sind für die Oxydation hoch empfänglich und können in jedem Verfahren leicht mit heisser Flamme und sehr geringer Schadstoffemission verbrannt werden, da die Schwefel- und anderen Verunreiniger entfernt worden sind. Weiter sind die Asche bildenden Mineralien und dergleichen aus den Kohleteilchen entfernt worden, bevor sie zu den geblähten Kohleteilchen umgewandelt worden sind.

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß die Erfindung die eingangs aufgezeigten Ziele zu erreichen gestattet und eine Kohle mit geringem Schwefel- und Aschegehalt als Brennstoff liefert, während gleichzeitig wertvolle chemische Nebenprodukte gewonnen werden, entweder direkt in dem Alkohol gelöst oder zu einer kolloidalen Dispersion im Alkohol für anschließende Gewinnung peptisiert.

Es versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung nur zu Zwecken der Veranschaulichung und beispielhaft, nicht jedoch zur Eingrenzung der Erfindung dient.

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Claims

PAFENTANWÄLTE
IVlENGES & PRaHL

Erhardtstrasse12.D 8000 München 5 * ' * *■ U U

Anwaltsakte: K PATENTANSPRÜCHE

18. Ma! 1377

IV. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes mit geringem Schwefel- und Aschegehalt aus Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Kohle in Gegenwart eines Alkohols mit 1 bis einschließlich 4 Kohlenstoffatomen auf eine solche Größe zerkleinert wird, daß der Hauptanteil der Kohle kleiner als 0,15 mm ist,

b) ein Gemisch der erhaltenen zerkleinerten Kohle und des Alkohols, das wenigstens 40 Gewichtsprozent der Kohle enthält, gebildet,

c) das Gemisch in drei Ströme, einen ersten Unterstrom, der in erster Linie eine erste Aufschlämmung von Feststoffen hoher Dichte enthält, einen ersten Mittelproduktstrom, der in erster Linie eine erste Aufschlämmung der Kohleteilchen enthaltend einen ersten überlaufstrom, der in erster Linie den Alkohol, eine Flüssigkeit der im Alkohol aus der zerkleinerten Kohle herausgelösten Bestandteile und kolloidale, im Alkohol und der Flüssigkeit suspendierte Bestandteile enthält, aufgetrennt,

d) der erste Unterstrom der ersten Aufschlämmung der Feststoffe hoher Dichte in einen zweiten Unterstrom, der eine zweite viskose Aufschlämmung von Schwefel und Feststoffen, die beim Verbrennen mit der Kohle einen Ascherückstand bilden würden, enthält, und einen zweiten überlauf, der eine verdünnte Kohleaufschlämmung im Alkohol und die Flüssigkeit der in dem Alkohol aus der zer-

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kleinerten Kohle herausgelösten Bestandteile enthält, aufgetrennt,

e) der erste Mittelproduktstrom in einen dritten Unterstrom, der eine zweite Aufschlämmung an Feststoffen hoher Dichte aufweist, einen zweiten Mittelproduktstrom, der in erster Linie eine zweite Aufschlämmung der Kohle mit nur einer geringen Menge der Feststoffe hoher Dichte und Schwefel aufweist, und einen dritten überlauf, der in erster Linie den Alkohol, eine die im Alkohol gelösten Bestandteile enthaltende Flüssigkeit und kolloidale, im Alkohol und der Flüssigkeit suspendierte Bestandteile enthält, aufgetrennt,

f) der erste überlauf in einen vierten Unterstrom und einen vierten überlauf aufgetrennt,

g) der vierte überlauf zu den jeweils gewünschten Bestandteilen und dem Alkohol raffiniert und

h) aus dem zweiten Mittelproduktstrom ein Brennstoff mit geringem Schwefel- und Aschegehalt gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in dem Alkohol in Stufe a) zerkleinert wird, bis ein Hauptanteil eine Größe von weniger als 0,07 nun aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung in der Stufe c) die Absetzgeschwindigkeit herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Unterstrom der Stufe d) vom

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Alkohol abgetrennt und verworfen wird, wobei der Alkohol entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dafi der Alkohol zum Verdünnen einer Aufschlämmung in das Ver fahren zurückgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überlauf zur Verdünnung des ersten Mittelproduktstroms zu diesem zurückgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Überlauf dem vierten Überlauf der Stufe f) vor der Raffination der Stufe g) zugesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Unterstrom dem ersten Unterstrom zugesetzt und der kombinierte Strom gemäß Stufe d) aufgetrennt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mittelproduktstrom in einen fünften Unterstrom, einen dritten Mittelproduktstrom und einen fünften überlaufstrom aufgetrennt wird, wobei der fünfte Unterstrom mit dem dritten Unterstrom und dem ersten Unterstrom kombiniert wird und der dritte Mittelproduktstrom eine Aufschlämmung von Kohle mit geringem Schwefel- und Aschegehalt aufweist und der fünfte Oberlaufstrom alt dem ersten und dritten Überlaufstrom kombiniert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Mittelproduktstrom in einen Strom von Koh lebrennstoff mit geringem Schwefel- und Aschegehalt und Alkohol aufgetrennt wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Mittelproduktstrom in eine thixotrope Dispersion von Kohle in Alkohol überführt wird, der zu seinem Endzweck durch eine Leitung gepumpt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die thixotrope Dispersion zu ihrer endgültigen Bestimmung nach einem Verfahren behandelt wird, das folgende Stufen umfaßt:

a) Beaufschlagen der Dispersion mit einem Druck auf einen vorbestimmten Druckwert P1,

b) Erwärmen der thixotropen Dispersion auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 82 C,

c) eine Entspannungsverdampfung auf Atmosphärendruck zum Blitζverdampfen und Freisetzen des Alkohols und organischen Gases einschließlich Methan und zur Bildung von geblähten Kohleteilchen, die mit hoher Leistung leicht abbrennen und eine heiße Flamme bei sehr geringer Umweltbelastung erzeugen und

d) Gewinnen des Alkohols und der organischen Gase und Kühlen und Kondensieren des Alkohols zum Trennen des Alkohols und des Methans.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Mittelproduktstrom in eine thixotrope Dispersion von Kohle in Alkohol überführt und nach einem Verfahren behandelt wird, das folgende Stufen umfaßt:

a) Beaufschlagen der Dispersion mit Druck zu einem vorbestimmten Druckwert P1,

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b) Erwärmen der thixotropen Dispersion auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 82 C,

c) Entspannungsverdampfung auf Atmosphärendruck zum Blitzverdampfen und Freisetzen des Alkohols und organischen Gases einschließlich Methan und zur Bildung von geblähten Kohleteilchen, die mit hoher Leistung leicht abbrennen und eine heiße Flamme bei sehr geringer Umweltbelastung erzeugen und

d) Gewinnen des Alkohols und der organischen Gase und Kühlen und Kondensieren des Alkohols zum Trennen des Alkohols und des Methans.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Raffination des vierten ÜberlaufStroms zur Bildung der jeweiligen Produkte, die Alkohole, Kohlenwasserstoffe, Wachse, Teere, Paraffine und Harze umfassen, destilliert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung in Stufe c) die Absetzgeschwindigkeit herangezogen, der zweite ünterstrom der Stufe d) vom Alkohol getrennt und verworfen, der Alkohol gewonnen und zur Verdünnung des ersten Unterstroms und des ersten Mittelproduktstroms rückgeführt, der zweite überlaufstrom zum ersten Mittelproduktstrom zu dessen Verdünnung rückgeführt, der dritte überlaufstrom dem vierten Überlaufstrom der Stufe

f) vor der Raffination der Stufe g) zugesetzt, der dritte Unterstrom dem ersten Unterstrom zugesetzt und der sich ergebende kombinierte Strom gemäß Stufe d) aufgetrennt, der zweite Mittelproduktstrom in einen fünften Unterstrom, einen dritten Mittelproduktstrom und einen fünften überlauf· strom getrennt, der fünfte Unterstrom mit dem dritten und

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ersten Unterstrom kombiniert wird, wobei der dritte Mittelproduktstrom eine Aufschlämmung von Kohle mit geringem Schwefel- und Aschegehalt aufweist, und der fünfte Uberlaufstrom mit dem ersten und dritten überlaufstrom kombiniert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Mittelproduktstrom in eine thixotrope Dispersion von Kohle in Alkohol überführt und in einem Lagerbehälter gelagert wird und organische Gase, einschließlich Methan, aufgefangen und aus dem Gasraum über der Dispersion abgezogen werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung der Kohle bzw. ihr Vermählen mit dem Alkohol in einer geschlossenen Vorrichtung durchgeführt wird und organische Gase, einschließlich Methan, während dieses Vermahlens der Stufe a) aufgefangen werden.

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