DE2728537A1

DE2728537A1 - Verfahren zum verfluessigen von kohle

Info

Publication number: DE2728537A1
Application number: DE19772728537
Authority: DE
Inventors: Huey Perry Malone; John Angelo Paraskos; Jun Herman Taylor
Original assignee: Gulf Research and Development Co
Current assignee: Gulf Research and Development Co
Priority date: 1976-11-30
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1978-06-01
Also published as: PL107904B1; AU2592177A; GB1584585A; ZA773675B; AU506253B2; PL201754A1; JPS5371105A

Description

DR. KURT JACOBSOHN D - 8042 OBERSCHLEISSHEIM

PATENTANWALT . — Freisinger Straße 29 · Postfach / P.O.B. 58

3 RA

GULF RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A.

Verfahren zum Verflüssigen von Kohle

Für diese Anmeldung wird die Priorität vom 30. November 1976 aus der USA-Patentanmeldung Serial No. 746 182 in Anspruch

genommen.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umwandeln von aschehaltiger Rohkohle in entaschte Kohle.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kohleverflüssigungsverfahren, das von einem röhrenförmigen Vorerhitzer Gebrauch macht, in dem im wesentlichen keine Rückvermischung stattfindet, und der mit einer Aufschlämmung von gepulverter Kohle in Lösungsmittel gespeist wird. Die Temperatur eines jeden Pfropfens oder einer jeden Teilmenge der durch den Vorerhitzer strömenden Aufschlämmung steigt auf ein Maximum, das am Auslass des Vorerhitzers erreicht wird. An die Vorerhitzerzone schliesst sich eine Lösezone an, die unter Bedingungen betrieben wird, unter denen eine Rückvermischung begünstigt wird, um die Temperatur in der Lösezone so gleichmässig wie möglich zu halten; diese Temperatur ist höher als die maximale Temperatur in der Vorerhitzerzone. Die Temperatur in der Lösezone ist allgemein um mindestens etwa 5,5 C und vorzugsweise um mindestens etwa 28 oder 55° C höher als die maximale Vorerhitzertemperatur .

Es ist ausschlaggebend, dass die Auslasstemperatur des Vorerhitzers allgemein im Bereich von etwa 377 bis 425° C und vorzugsweise im Bereich von 400 bis 420 C gehalten wird. Beim Vorerhitzen steigt die Viskosität einer jeden Teilmenge der zugeführten Aufschlämmung zunächst an, sinkt dann wieder ab und würde schliesslich wieder ansteigen. Ein wesentliches letztes Ansteigen der Viskosität wird aber vermieden, indem man die Vorerhitzungsstufe im Temperaturbereich von 377 bis weniger als 425 C beendet. Wenn die Vorerhitzertemperatur diesen Bereich übersteigt, kommt es zu einem beträchtlichen Anstieg der Viskosität infolge von Polymerisation der gelösten Kohle. Eine solche Polymerisation soll vermieden werden, weil sie zur Bildung eines Produkts führen würde, das erhöhte

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Mengen von minderwertiger fester entaschter Kohle von hohem Molekulargewicht sowie von unlöslichen Kohlebestandteilen auf Kosten der wertvolleren flüssigen Kohleprodukte enthält. Diese Viskositätseffekte sind in der US-PS 3 341 447 beschrieben. Der letzte Viskositätsanstieg im Vorerhitzer wird dadurch vermieden, dass man den in Pfropfenströmung strömenden Ablauf aus dem Vorerhitzer direkt in eine Lösezone leitet, die auf einer im wesentlichen gleichmässigen Temperatur gehalten wird, die höher ist als die maximale Temperatur im Vorerhitzer. Die Temperatur im Auflöser liegt im allgemeinen Bereich von etwa 400 bis 480 C und vorzugsweise von etwa 425 bis 480° C. Die Temperaturlücke zwischen der Vorerhitzer- und der Lösezone kann derjenige Temperaturbereich sein, in dem eine unerwünschte Polymerisation der Kohle stattfinden kann. Bei der erhöhten Lösetemperatur erfolgt statt der oben erwähnten Polymerisation der Kohle unter Anstieg der Viskosität eine Abnahme der Viskosität auf Grund einer Verminderung des Molekulargewichts infolge hydrierender Spaltreaktionen. Es wurde aber gefunden, dass ein Wasserstoffdruck von mindestens 21,7 und vorzugsweise von mindestens 24,5 MPa (Megapascal) erforderlich ist, wenn die hydrierenden Spaltreaktionen im Auflöser in wirksamer Weise erfolgen sollen. Wenn bei dem Verfahren Kohlenmonoxid zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet wird, wie es nachstehend beschrieben wird, bezieht sich der Ausdruck "Wasserstoffdruck" auf den Gesamtdruck von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, weil sich aus jedem Mol Kohlenmonoxid ein Mol Wasserstoff bilden kann. Bei niedrigeren Verfahrenswasserstoffdrücken führt die erfindungsgemäss erhöhte Temperatur im Auflöser in Kombination mit den nachstehend angegebenen verlängerten Verweilzeiten zu einer übermässigen Verkokung, die die Bildung kohlenstoffhaltiger unlöslicher Stoffe auf Kosten der flüssigen Kohleprodukte begünstigt. Daher ist in der Löse-

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stufe gemäss der Erfindung die Anwendung einer erhöhten Temperatur im Bereich von etwa 400 bis 480 C von einem Verfahrensdruck von Wasserstoff (oder von Wasserstoff und Kohlenmonoxid) von etwa 21,7 bis 35,0 MPa, vorzugsweise von etwa 24,5 bis 35,0 MPa begleitet.

Die Verweilzeit in der Vorerhitzerzone liegt allgemein zwischen etwa 2 und 20 min und vorzugsweise zwischen etwa 3 und 10 min. Die Verweilzeit in der Lösezone ist länger als in der Vorerhitzerzone, damit genügend Zeit für thermische hydrierende Spaltreaktionen zur Verfügung steht. Im Auflöser ist eine Verweilzeit von allgemein zwischen etwa 5 und 60 min, vorzugsweise zwischen etwa 10 und 45 min, erforderlich. Durch die Verwendung eines äusseren (besonderen) Vorerhitzers wird vermieden, dass die Lösezone eine Vorerhitzungsfunktion ausüben muss, und dadurch wird die Verweilzeit in der Lösezone verkürzt und das Ausmaß der in der Lösezone stattfindenden Verkokung vermindert. Die Reaktionen der hydrierenden Spaltung und der Verkokung spielen sich in der Lösezone gleichzeitig ab. Die hydrierende Spaltung ist die schnellere der beiden Reaktionen, und jede unnötige Verlängerung der Verweilzeit im Auflöser begünstigt die langsameren Verkokungsreaktionen gegenüber den schnelleren Reaktionen der hydrierenden Spaltung.

Die hauptsächlichen Solvatisierungsreaktionen in der Vorerhitzerzone spielen sich zwischen dem Lösungsmittel und der Kohlebeschickung ab und sind als endotherm anzusehen. Im Gegensatz dazu sind die in der Lösezone stattfindenden hydrierenden Spaltreaktionen als exotherm bekannt. Daher erfordert die Vorerhitzerzone Wärmezufuhr für die Solvatisierungsreaktionen und für die Erhitzung der Masse des Ausgangsmaterials, während die Lösezone nicht nur ihren Eigenbedarf an Wärme deckt, sondern auch überschüssige Wärme erzeugt, die zur übertragung auf die Vorerhitzerzone zur Verfügung steht. Durch In-

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nehaltung der angegebenen Temperaturdifferenz zwischen der Vorerhitzer- und der Lösezone steht die in der Lösezone erzeugte Wärme bei so hoher Temperatur zur Verfügung, dass sie vorteilhaft mindestens einen Teil des Wärmebedarfs des Vorerhitzers decken kann, so dass das System in bezug auf die Wärmebilanz ausgeglichen ist. Wenn die verhältnismässig niedrige Temperatur in der Vorerhitzerzone auf diese Weise mit der verhältnismässig hohen Temperatur in der Lösezone zusammenwirkt, können bei dem KohleverflUssigungsverfahren Wärmeeinsparungen erzielt werden, die bei den bisher bekannten Verfahren nicht möglich waren.

Der Ablauf vom Auflöser wird schliesslich druckentspannt und in eine Destillierzone, vorzugsweise eine Vakuumdestillierzone, geleitet, wo er in verschiedene Fraktionen zerlegt wird, zu denen ein flüssiges Kohleprodukt, ein Kreislauflösungsmittel und entaschte feste Kohle gehören. Der Bodenrückstand kann ein Gemisch aus Asche und nicht-destillierbaren Kohlenwasserstoffen enthalten.

Um die vorteilhafte Wirkung erhöhter Temperaturen im Auflöser zu erläutern, werden Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt sind. Bei diesen Versuchen wird eine Aufschlämmung von gepulverter Big Horn-Kohle in Anthracenöl durch einen rohrförmigen Vorerhitzer mit nachgeschaltetem Auflöser geleitet. Einige vertikale Abschnitte des Auflösers sind mit inerten Feststoffen gefüllt und werden von porösen Trennwänden begrenzt, wie es in der US-PS 3 957 619 beschrieben ist. In den Auflöser wird kein Katalysator eingeführt. Dem Vorerhitzer wird Wärme zugeführt, aber der Auflöser arbeitet adiabatisch. Zwischen dem Vorerhitzer und dem Auflöser wird keine Wärme zugeführt. Die erhöhten Temperaturen im Auflöser werden durch exotherme Reaktionen der hydrierenden Spaltung erreicht, die sich im Auflöser abspielen.

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Die Big Horn-Kohle hat die folgende Zusammensetzung:

Kohlebeschickung (auf feuchtigkeitsfreier Basis)

Kohlenstoff, Gew.% 70,86

Wasserstoff, Gew.% 5,26

Stickstoff, Gew.# 1,26

Sauerstoff, Gew.% 19,00

Schwefel, Gew.% 0,56

Metalle, Gew.% 3,06

Asche, Gew.% 6,51

Schwefel, Gew.% 0,32

Sauerstoff, Gew.% 3,12

Metalle, Gew.% 3,06

Feuchtigkeit, Gew.% 21,00 Die Versuche haben die folgenden Ergebnisse:

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Versuchsdauer, Tage

MAF*-Kohle in Aufschlämmung, Gew.%

MAF*-KohleZuführungsgeschwindigkeit,

Auslasstemperatur des Vorerhitzers,

Auflösertemperatur, C Q₀ Gesamtdruck, MPa
° Wasserstoffpartialdruck, MPa

σο Nicht-umgewandelte Kohle, Gew.% der ¹^ MAF*-Kohle

"^- ι Chemischer Wasserstoffverbrauch,

ο ^ Liter/kg MAF*-Kohle cn

NJ ι Umwandlungsgrade der MAF*-Kohle, Gew.%

^ Solvatisierung 67,52 75,36 87,80

Hydrierende Spaltung (Bruchteil der MAF*-Kohle, der in ein unterhalb 415° C siedendes Produkt umgewandelt worden ist)

Stickstoffentzug, Gew.% Sauerstoffentzug, Gew.%

3,88	5,00	11,38	I
29,53	29,53	29,53	··< \
g/h 1225,71	1101,42	1035,20
⁰C 378	379	387
399	413	427
28,7	28,7	28,7
26,5	26,9	26,8
32,48	24,67	12,20
341,96	468,42	749,10

17,31	31,65	54	,33
4,78	6,31	21	,32
42,98	47,89	51	,53

* MAF bedeutet auf feuchtigkeits- und K)

aschefreier Basis. · oo

Die Tabelle zeigt, dass die Menge an gelöster Kohle von 67,52 auf 75,36 und auf 87,80 Gew.% der MAF-Kohle steigt, während der Bruchteil der MAF-Kohle, der in ein unterhalb 415 C siedendes Produkt umgewandelt wird, von 17,31 auf 31,65 bzw. 54,33 Gew.% der MAF-Kohle steigt, wenn die Temperatur im Auflöser stufenweise von 399 auf 413 und dann auf 427° C gesteigert wird, so dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Vorerhitzer und dem Auflöser von 20 auf 33 und dann auf 39° C steigt. Diese Ergebnisse sprechen für einen beträchtlichen technischen Fortschritt sowohl in bezug auf die Menge als auch in bezug auf die Güte des Produkts, das durch selbsttätiges Ansteigenlassen der Temperaturdifferenz zwischen der Vorerhitzungsstufe und der Lösestufe auf dem Wege über exotherme Reaktionen der hydrierenden Spaltung, die sich im Auflöser abspielen, erhalten wird. Wenn die Temperaturen im Auflöser steigen und die Temperaturdifferenz zwischen den Stufen zunimmt, tritt nicht nur eine vorteilhafte Erhöhung der Produktmenge und Verbesserung der Produktbeschaffenheit ein, sondern das Verfahren kann auch in vorteilhafter Weise in steigendem Maße seinen eigenen Wärmebedarf decken, indem die zunehmende hochgradige fühlbare Wärme, die von selbst im Auflöser erzeugt wird, zum Vorerhitzer übertragen wird. Eine Möglichkeit, diese Wärmeübertragung herbeizuführen, ist die Kühlung des Ablaufs vom Auflöser durch Wärmeaustausch mit der Beschickung des Vorerhitzers. Ein bemerkenswertes Merkmal der Versuche liegt darin, dass der Temperaturanstieg im Auflöser ohne Wärmezufuhr zu dem Verfahren hinter dem Auslass des Vorerhitzers erzielt wird.

Das Ausmaß der hydrierenden Spaltung im Auflöser kann durch Einregeln der Auflösertemperatur gesteuert werden. Durch Herabsetzung der Auflösertemperatur kann das Ausmaß der hydrierenden Spaltung vermindert werden, und eine solche Vermin-

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derung kann erforderlich sein, wenn die Ausbeute an niedrigsiedenden Produkten so gross ist, dass nicht genügend höhersiedende flüssige Produkte im Lösungsmittelsiedebereich entstehen, um den Bedarf des Verfahrens .an Lösungsmittel vollständig zu decken. Wenn aber ein preiswertes Öl vom Lösungsmittelsiedebereich aus einer anderweitigen Quelle zur Verfugung steht, kann es wirtschaftlich sein, den Auflöser bei einer hohen Temperatur arbeiten zu lassen, um eine hohe Ausbeute an wertvollen niedrigsiedenden flüssigen Produkten zu erhalten, auch wenn die Ausbeute an flüssigem Produkt vom Lösungsmittelsiedebereich nicht ausreicht, um den Lösungsmittelbedarf des Verfahrens zu decken. Gegebenenfalls kann der Ablauf vom Auflöser einen Teil des Verfahrensbedarfs an Lösungsmittel decken, während das restliche Lösungsmittel dem Verfahren von einer anderweitigen Quelle zugeführt wird. Bei den obigen Versuchen wurde der gesamte Lösungsmittelbedarf des Verfahrens von aussen her gedeckt.

Die Anwendung von Auflösertemperaturen oberhalb der maximalen Temperatur in der Vorerhitzerstufe im Sinne der Erfindung ist nur in Kombination mit dem erhöhten Wasserstoffdruck gemäss der Erfindung möglich. Die US-PS 3 892 65^ lehrt, dass die Temperatur im Auflöser niedriger sein soll als im Vorerhitzer, weil höhere Temperaturen zu einem niedrigeren Gehalt des Systems an hydroaromatischen Kohlenwasserstoffen führen und daher kein brauchbares, wasserstoffspendendes Lösungsmittel für die Kreislaufführung erzeugen. Die in dieser Patentschrift beschriebenen Versuche wurden jedoch bei verhältnismässig niedrigem Druck durchgeführt» und die hohen Wasserstoff drücke gemäss der Erfindung reichen aus, um dem Einfluss der erhöhten Temperaturen in dieser Beziehung entgegenzuwirken, so dass das Verfahren trotz der erhöhten Temperaturen ein brauchbares, wasserstoffspendendes Lösungsmittel erzeugen kann.

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Erhöhte Temperaturen und erhöhte Wasserstoffdrücke haben zwar entgegengesetzte Wirkungen auf die Erzeugung von hydroaromatischen Kohlenwasserstoffen im Auflöser, haben jedoch eine ähnliche Wirkung in bezug auf die hydrierende Spaltung. Während aber Temperaturerhöhungen eine exponentielle Wirkung auf die Geschwindigkeit der hydrierenden Spaltung ausüben, üben Erhöhungen im Wasserstoffdruck nur eine lineare oder weniger als lineare Wirkung auf die Geschwindigkeit der hydrierenden Spaltung aus. Wenn die Temperaturen bei der hydrierenden Spaltung erhöht werden, steigt die Koksbildungsgeschwindigkeit exponentiell. Gerade auf die Koksbildungsgeschwindigkeit haben aber hohe Wasserstoffdrücke einen bedeutenden Einfluss. Hohe Wasserstoffdrücke unterdrücken die Verkokung, indem sie einen Beitrag grosser Wasserstoffmengen zu den Spaltreaktionen erzwingen und dadurch bei jeder gegebenen Temperatur die Erzeugung von flüssigen Produkten auf Kosten von festen Produkten erhöhen. Eine hohe Ausbeute an festen Produkten ist gleichbedeutend mit dem Betrieb des Auflösers nicht als Reaktor für die hydrierende Spaltung, sondern als verzögerter Verkoker. Obwohl daher erhöhte Wasserstoffdrücke keine starke unmittelbare Wirkung auf die Geschwindigkeit der hydrierenden Spaltung selbst haben, üben sie eine bedeutende Wirkung auf die Selektivität für die hydrierende Spaltung bei jeder gegebenen Temperatur aus, indem sie die Erzeugung wertvoller flüssiger Produkte auf Kosten von Koks begünstigen.

Die hohen Wasserstoffdrücke gemäss der Erfindung und die dadurch bedingte Vermeidung einer wesentlichen Verkokung sind von besonderer Bedeutung, wenn der Ablauf aus dem Auflöser zur Wärmeübertragung auf die dem Vorerhitzer zugeführte Kohleauf schlämmung verwendet wird. Abgesehen davon, dass hohe Wasserstoffdrücke die Erzeugung von flüssigen Produkten, die ein wirksames Wärmeübertragungsmittel darstellen, auf Kosten der

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Erzeugung von Koks erhöhen, der ein festes Produkt ist und daher kein wirksames Wärmeübertragungsmittel darstellt, sind die Reaktionen der hydrierenden Spaltung hochgradig exotherm, so dass das flüssige Produkt einen beträchtlichen Inhalt an fühlbarer Wärme hat. Im Gegensatz dazu führt ein niedriger Wasserstoffdruck nicht nur zu einer stärkeren Verkokung, die eine endotherme Reaktion darstellt, so dass in diesem Falle eine endotherme Reaktion an die Stelle einer exothermen Reaktion tritt und der Ablauf vom Auflöser der fühlbaren Wärme beraubt wird, die andernfalls für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehen würde, sondern er entzieht auch dem Ablauf aus dem Auflöser Wärmeübertragungsflüssigkeit, da ein Teil der Wärmeübertragungsflüssigkeit, die andernfalls durch hydrierende Spaltung entstehen würde, in Koks umgewandelt wird, der sich nicht durch einen Wärmeaustauscher fördern lässt, sondern sich im Lösegefäss abscheidet.

Bei einem Verfahren, bei dem in erster Linie auf die Erzeugung eines hydroaromatischen Lösungsmittels von hohem Gütegrad ohne Rücksicht auf die Vergütung von gelöster fester Kohle zu flüssigen Kohleprodukten abgezielt wird, kann man im Auflöser bei niedrigen Temperaturen arbeiten. Wenn es jedoch darauf ankommt, gelöste feste Kohle zu wertvolleren flüssigen Kohleprodukten zu vergüten, muss im Auflöser eine hohe Temperatur in Kombination mit einem erhöhten Wasserstoffdruck angewandt werden. Eine hohe Temperatur im Auflöser ist besonders wertvoll, wenn ein gutes Lösungsmittel mindestens teilweise von einer Quelle ausserhalb des Verfahrens zur Verfügung steht. Abgesehen von der Erzeugung von wertvollen flüssigen Kohleprodukten liegt ein Vorteil einer hohen Temperatur im Auflöser darin, dass dadurch ein grosser Betrag von fühlbarer Wärme bei hoher Temperatur zum Vorerhitzen des durch den Vor-

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erhitzer fliessenden Gutes zur Verfügung steht.

Das Verfahren gemäss der Erfindung eignet sich besonders für die Verwendung von preiswertem Kohlenmonoxid und Wasser anstelle von Wasserstoff, der wesentlich kostspieliger ist. Kohlenmonoxid und Wasser werden durch die Wassergasreaktion CO + H₂O 7—» CO₂ + H₂ in Kohlendioxid und Wasserstoff übergeführt. Diese Reaktion verläuft exotherm, und das Gleichgewicht ist druckunabhängig. Niedrige Temperaturen begünstigen aber den vollständigen Verlauf der Reaktion. Nachstehend sind die Gleich~gewichtskqnstanten Kp bei verschiedenen Temperaturen

stellt, wobei Kp = P	rn ^PH /^prn^PH n·
Temperatur, C	Kp, MPa (Megapascal)
260	7,9
316	3,65
371	1,77
427	0,93
482	0,57
538	0,38

Die obigen Werte zeigen, dass die Erzeugung von Wasserstoff durch die Wassergasreaktion bei niedrigeren Temperaturen begünstigt wird. Andererseits zeigt Fig. 1, die den Wasserstoff verbrauch in einem Kohleauflöser bei verschiedenen Raumzeiten veranschaulicht, dass in einem Kohleauflöser Wasserstoff bei hohen Temperaturen am schnellsten verbraucht wird. Die obigen Werte und Fig. 1 erläutern den besonderen Wert einer Kombination einer verhältnismässig niedrigen Temperatur im Vorerhitzer mit einer verhältnismässig hohen Temperatur im Auflöser, wenn man Wasserstoff durch Wassergasreaktion erzeugen will. Die Werte der Tabelle zeigen, dass das Gleichgewicht die Wasserstoffbildung bei verhältnismässig niedriger Tempera-

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tür im Auflöser begünstigt. Fig. 1 andererseits zeigt, dass der erzeugte Wasserstoff bei verhältnismässig hoher Temperatur (auf dem Wege über Reaktionen der hydrierenden Spaltung) am schnellsten verbraucht wird. Die hohe Geschwindigkeit des Wasserstoff Verbrauchs, die durch Anwendung einer hohen Temperatur im Auflöser erzielt wird, wirkt sich gegen die Umkehr der Wassergasreaktion aus, die, wie die obigen Werte für Kp zeigen, andernfalls bei hohen Temperaturen stattfinden würde, wenn kein Wasserstoff verbraucht würde.

Wenn man sich daher der Wassergasreaktion für die Wasserstoff erzeugung an Ort und Stelle bedient, wirken die verhältnismässig niedrige Temperatur in der Vorerhitzerzone und die verhältnismässig hohe Temperatur in der Lösezone funktionell zusammen. Die niedrigere Temperatur in der Vorerhitzerzone begünstigt die Umwandlung von Kohlenmonoxid und Wasser in Wasserstoff, während die höhere Temperatur in der sich daran anschliessenden Lösezone sich gegen die Umkehr der Reaktion bei dem Löseprozess auswirkt, indem sie die Geschwindigkeit des Verbrauchs des erzeugten Wasserstoffs auf dem Wege über Reaktionen der hydrierenden Spaltung erhöht.

Die Verwendung einer Abzugsleitung zum gesonderten Abziehen von Gasen aus der Lösezone übt ebenfalls eine Wirkung gegen die Umkehr der Wassergasreaktion aus. Die abgezogenen Gase können die Produktgase der Wassergasreaktion und bis etwa 232° C siedende leichte Kohlenwasserstoffe enthalten. Das

·»
kontinuierliche Abziehen von Gasen aus dem Auflöser derart, dass die Gase schneller aus der Lösezone entfernt werden als die Flüssigkeit, bewirkt eine schnelle Kühlung der überschüssigen Gase, die nicht für Reaktionen der hydrierenden Spaltung benötigt werden, auf Temperaturen, die für die Erhaltung des als Produkt entstandenen Wasserstoffs günstiger sind. Auf die-

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se Weise wird die Umkehr des Gleichgewichts der Wassergasreaktion durch physikalisches Abziehen des Produkts dieser Reaktion unterdrückt.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemasse Verfahren schematisch dargestellt. Eine Aufschlämmung von gepulverter Kohle mit Wasser und Kreislauf- oder Ergänzungslösungsmittel in Leitung 10 wird mit über Leitung 12 zugeführtem Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid gemischt und auf dem Wege zu dem Pfropfenströmungs-Vorerhitzer 16 durch einen Wärmeaustauscher 14 geleitet. Dem Wärmeaustauscher 14 wird Wärme von dem heissen flüssigen Ablauf aus dem Auflöser zugeführt, der durch Leitung 36 eintritt. Dem Vorerhitzer 16 wird Wärme auf beliebige Weise, z.B. durch die Flamme einer Ölbrennerdüse 18, zugeführt. Die Verweilzeit der Aufschlämmung im Vorerhitzer 16 liegt zwischen etwa 2 und 20 min, und der Ablauf aus dem Vorerhitzer strömt bei einer Temperatur zwischen etwa 377 und 425° C durch Leitung 20 zum unteren Ende der bei hoher Temperatur arbeitenden Lösekammer 22, die unter dem Einfluss der exothermen Reaktionen der hydrierenden Spaltung adiabatisch betrieben werden kann, so dass die Temperatur im Auflöser zwischen etwa 400 und 480° C gehalten wird. Die Verweilzeit im Auflöser 22 beträgt etwa 5 bis 60 min. Am unteren Ende des Auflösers 22 sammelt sich ein Schlamm von aschehaltigen Feststoffen an, der durch Leitung 26 zum Hydrozyklon 28 geleitet wird, wo die Asche von der Flüssigkeit getrennt wird. Die Asche wird durch Leitung 30 ausgetragen, während die Flüssigkeit durch Leitung 32 zum Auflöser zurückgeleitet wird. Gegebenenfalls kann der Auflöser durch heissen oder kalten Wasserstoff, der durch Leitung 34 eingespritzt wird, erhitzt bzw. gekühlt werden. Gase können gesondert aus der Lösezone über Leitung 40 durch öffnen des Ventils 42 abgezogen werden.

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Der Ablauf vom Auflöser strömt durch Leitung 36 zum indirekten Wärmeaustausch mit der kühlen Aufschlämmung und dem Wasserstoff im Wärmeaustauscher 14 und deckt auf diese Weise einen Teil des Wärmebedarfs der Aufschlämmung, bevor er durch Leitung 38 ausgetragen wird. Der Strom in Leitung 38 enthält Wasserstoff, der gereinigt und im Kreislauf zur Leitung 12 zurückgeführt werden kann, und im Lösungsmittelbereich siedende Flüssigkeit, die im Kreislauf zur Leitung 10 zurückgeführt werden kann.

Ende der Beschreibung.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Verflüssigen von Kohle bei einem Wasserstoffdruck oder einem Gesamtdruck von Wasserstoff und Kohlenmonoxid von über 21,7 MPa, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Aufschlämmung von Kohle in Lösungsmittel zusammen mit Wasserstoff oder mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch eine röhrenförmige Vorerhitzerzone leitet, in der Vorerhitzerzone die Aufschlämmung durch Wärmezufuhr auf eine maximale Temperatur im Bereich von 377 bis 425° C erhitzt und die Aufschlämmung aus der Vorerhitzerzone in eine exotherme Lösezone leitet, in der die Temperatur im Bereich von etwa 400 bis 480° C und um mindestens 5,5° C höher ist als in der Vorerhitzerzone, wobei die Verweilzeit in der Lösezone länger ist als in der Vorerhitzerzone.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einem Wasserstoffdruck oder einem Gesamtdruck von Wasserstoff und Kohlenmonoxid von mehr als 24,3 MPa arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man der Kohleaufschlämmung mindestens einen Teil der Wärme durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Ablauf aus der Lösezone zuführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösezone adiabatisch betreibt und dem Verfahren ausserhalb der Vorerhitzerzone keine Wärme zuführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man durch Einregeln der Temperatur der Lösezone die Menge an entstehendem, im Lösungsmittelbereich siedendem Produkt steuert.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Verfahrenslösungsmittel ganz oder teilweise ein von ausserhalb des Verfahrens zugeführtes flüssiges Lösungsmittel verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verweilzeit in der Vorerhitzerzone auf 2 bis 20 min bemisst.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verweilzeit in der Lösezone auf 5 bis 60 min bemisst.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man aus der Lösezone gesondert Gase abzieht.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Lösezone bei einer Temperatur arbeitet, die um mindestens 28° C höher ist als die maximale Temperatur in der Vorerhitzerzone.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Lösezone bei einer Temperatur arbeitet, die um mindestens 55° C höher ist als die maximale Temperatur in der Vorerhitzerzone.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Temperatur in der Vorerhitzerzone im Bereich von 400 bis 420° C liegt.

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