DE2734670A1

DE2734670A1 - Methode zur behandlung von kohle

Info

Publication number: DE2734670A1
Application number: DE19772734670
Authority: DE
Inventors: Leo Allen Mcreynolds; Lyle William Pollock
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1976-09-08
Filing date: 1977-08-01
Publication date: 1978-03-09
Also published as: ZA774576B; PL200684A1; AU2749577A; FR2364265A1

Description

Dr. F. Zumstein sen. Dr. E. Acsrann - D-. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipi.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

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PHILLIPS PETROLEUM COMPANY, Bartlesville/Okl./lJSA

Methode zur Behandlung von Kohle.

Infolge der drohenden Knappheit von Brennstoffen vom fossilen oder organischen Typ, insbesondere an Rohöl, wurde viel Wert auf die Entwicklung von Kohle als Ersatz für Petroleumbrennstoff gelegt. Jedoch liegt einer der Nachteile der Kohle als Brennstoff darin, daß diese manchmal einen hohen Schwefelgehalt besitzt, was in Hinsicht auf den Umweltschutz bsi ihrer Verwendung Probleme aufwirft. Auch ist die Kohle ein fester Brennstoff und es wird laufend der größte Teil derselben per Bahn verfrachtet. Neue Entwicklungen ergaben sich in letzter Zeit in der Verwendung von Pipelines zur Beförderung von Kohle, wobei Kohle mit einer Flüssigkeit wie Wasser gemischt wird und durch die Pipeline in aufgeschlämmter Form transportiert wird. Am Ende der Rohrleitung wird die Kohle von dem V/asser getrennt und der Wassergehalt auf einen optimalen Stand reduziert und die Kohle ist dann zur Verwendung als Brennstoff fertig. Jedoch erfordert dies große Mengen an Wasser und einige der Kohle-liefernden Zonen besitzen einen Mangel an V/asser und es erhebt sich Widerstand das lokale Wasser in eine andere Zone zu transportieren. Dies wirft andere Probleme auf und zwar, daß pro kg Aufschlämmung sich hier einer niedriger BTU-

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(Erhitzung) Wert ergeben würde. Ein anderer Vorschlag wurde gemacht, wobei gemahlene Kohle in einer Aufschlämmung mit Methanol gebracht wird und diese Aufschlämmung dann durch eine Rohrleitung geführt wird, wobei ein erhöhter BTU-Wert pro kg an Aufschlämmung erreicht wird.Hierdurch wird weiterhin die Notwendigkeit für eine Abtrennungs- und Trocknungsstufe vermieden, die bei dem Kohle-Wasser-Aufschlämmungsverfahren notwendig ist.

Die vorliegende Erfindung verbessert dieses Verfahren, indem sowohl eine Methode zur Entschwefelung der Kohle wie auch wirksame Kittel zur Transportierung der entschwefelten Kohle zu dem Gebrauchsort vorgesehen sind. Die Kohle wird zuerst gemahlen und ein Teil der Kohle wird zu einem Methanolsyntheseverfahren geführt, worin die Kohle zuerst zur Bildung eines Gases mit niedrigem BTU vergast wird, wobei der Schwefel aus der gemahlenen Kohle entfernt und aus dem Verfahren eliminiert wird. Das erzeugte Gas von niedrigem BT¹U wird dann in Rohmethanol umgewandelt. Die Synthese von Methanol aus vermahlener Kohle kann nach Jedem geeigneten Verfahren erfolgen. Das erzeugte Rohmethanol wird dann mit gemahlener Kohle zur Bildung einer Aufschlämmung vermischt, wobei die Aufschlämmung dann zu Trennmitteln zur Trennung von Schwefel und Schwefelverbindungen aus der Aufschlämmung geführt wird. Dies wird vorzugsweise durch ein Plotationsverfahren verwirklicht. Nach der Entfernung eines angemessenen Anteils an Schwefel oder Schwefelverbindung ist die entschwefelte Aufschlämmung fertig zur Transportierung durch eine Rohrleitung zu dem Verwendungsort, wobei eine Aufschlämmung von hohem BTU erzielt wird.

Die Hauptziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind: eine Methode zur Behandlung von'Kohle, vorzusehen, um eine Entschwefelung derselben zu bewirken; eine Methode vorzusehen, wobei ein Teil der Kohle in Methanol umgewandelt wird, zur Bildung einer pumpbaren Aufschlämmung mit der gemahlenen Kohle, die durch eine Rohrleitung zu dem Verwendungsort transportiert werden kann, wobei die Aufschlämmung einen hohen BTU-Wert pro kg Brennstoff besitzt; eine Methode vorzusehen, wobei die Aufschlämmung in einer Trennstufe zur Entfernung von Schwefel oder Schwefelverbindungen aus der gemahlenen Kohle in der Aufschlämmung verwendet werden kann; eine Methode vorzusehen, wobei

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das erzeugte Methanol aus der gemahlenen Kohle als Flotationsflüssigkeit in ein Flotationstrennunßsverfahren zur Entfernung von Schwefel oder Schwefelverbindungen aus der gemahlenen Kohle in der Aufschlämmung verwendet werden kann; und eine Methode vorzusehen, die gut geeignet zu dem vorgesehenen Zweck ist, eine ökonomische und einfache Arbeitsweise bei ihrer Verwirklichung zu erzielen.

Figur 1 ist ein Fließschema einer Methode zur Behandlung von Kohle.

Figur 2 ist ein Fließschema einer Alternativmethode zur Behandlung von Kohle.

Die Methode zur Behandlung von Kohle umfaßt im allgemeinen zuerst ein Mahlen der Kohle und ein Herausnehmen mindestens eines Teils der gemahlenen Kohle und eine Umwandlung derselben zu Methanol und die Ausbildung einer Aufschlämmung der gemahlenen Kohle mit dem hergestellten Methanol. Die Kohle-I'ethanolaufschlämmung wird dann einem Trennschritt unterterworfen, wobei Schwefel oder anorganische Schwefelverbindungen, die im folgenden als Schwefel bezeichnet werden, aus der Aufschlämmung durch einen geeigneten Trennschritt entfernt werden, wonach die cntschwefelte Aufschlämmung durch eine Rohrleitung zu dem Verwendungsort transportiert werden kann, wobei die gesamte transportierte Aufschlämmung als ein Brennstoff verwendet werden kann, oder wobei die Aufschlämmung in ihre einzelnen Bestandteile an Methanol und Kohle für separaten Gebrauch aufgetrennt werden kann.

Die Vermahlung der Kohle kann in jeder geeigneten Form, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, durchgeführt werden, wobei die Kohle in Teilchen vermählen wird, die genügend klein sind, um den Schwefel aus der Kohle in Freiheit zu setzen, wie z.B. eine Vermahlung auf die bevorzugte Größe, die einem Hindurchgehen durch ein Sieb von 2,00 mm lichter Maschenweite (No.10 U.S. Sieve series) entspricht, im folgenden als 10 Masohon angegeben, oder kleiner. Ein Teil der vermahlenen Kohle wird dann in Mittel

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zur Verteilung derselben In Methanol geführt, 'wobei der Anteil der zu dem Methanol geführten Kohle zwischen etwa JO bis 55 % der gesamten vermahlenen Kohle und vorzugsweise zwischen 5° und 45 % der gesamten vermahlenen Kohle liegt. Die obigen Prozentsätze sind auf trockene und aschefreie Kohle bezogen. Dieser Anteil an der vermahlenen Kohle wird zu Umwandlungsmitteln derselben in Methanol geführt, wie es im Stand der Technik bekannt ist, und wobei die vermahlene Kohle zuerst vergast wird in einem Vergaser 2 in geeigneter Weise und dann aus der Asche abgetrennt wird, die einen Anteil der; Schwefels enthält, der mit der Kohle eingeschleust wurde. Das reine Gas von niedrigem BTU wird in Mitteln J> behandelt, um den Schwefel, der als H₃S anwesend ist, gemäß einem üblichen Verfallren wie eine Aminabsorption oder den heißen Carbonatprozess abzutrennen. Das niedrige BTU-Gas, das entschwefelt wurde, wird dann in die Methanolsynthesestufe 4 geleitet, wie es im Stand der Technik bekannt ist, wo es in Rohmethanol umgewandelt wird, im folgenden als Methanol bezeichnet. Ein· Beispiel eines solchen Verfahrens ist angegebenen in "Clean Energy From Coal-New Developments" bei Irving Wender, Juni 1974, ein Merkblatt, wie es auf der 1974-Konferenz für Coal Gasification, Liquefaction and Utilization an der Universität von Pittsburgh verteilt wurde.

Der verbleibende Anteil der gemahlenen Kohle, d.h. etwa 45 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die gesamte vermahlene Kohle, und vorzugsweise 55 bis 70 Gew.-^ der gesamten vermahlenen Kohle wird dann zu einem Mischer 5 oder andere geeignete Mittel zur Mischung mit dem hergestellten Methanol zur Bildung einer Aufschlämmung der gemahlenen Kohle und Methanol geführt. Die entstehende Aufschlämmung enthält vorzugsweise ^O bis 55 Gew.-',9 vermahlene Kohle und insbesondere 40 bis 55 Gew.-# vermahlene Kohle. Die Änderung in dem Prozentsatz an Kohle erfolgt dadurch, daß bei der Methanolsynthese Materialien zugegeben werden, die die Umwandlung der Kohle zu Methanol bewirken sollen, wobei das Gewicht des Methanols gegenüber dem der vermahlenen Kohle,die in der Kethanolsynthesestufe eingesetzt wird, vermehrt wird. Materialien, die zugegeben werden, schließen eine Quelle von Wasserstoff wie Wasser ein.

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Die Aufschlämmung wird dann zu Trennmitteln 6 geführt, worin Schwefel aus dor Kohle von der Aufschlämmung abgetrennt wird. Dies wird vor?„ugr>weif:;e durch eine Trennung vom Flotationstyp verwirklicht und insbesondere durch ein Schaumflotationsverfahren. In einem FIot?ttionsverfahren können die Aufschlämmungsherstellungr,- und Trennungsstufen in demselben Kessel durchgeführt werden, wobei das Methanol in einen Kessel an einer Stelle eingeführt wird, unterhalb der die Kohle in den Kessel eingeführt wird, wobei eine Aufwärtsbewegung des Methanols in den Kessel die leichteren Kohleteilchen aufwärts und aus dem Kessel heraushebt und die schweren Teilchen, d.h. diejenigen, die Schwefel sind, sich am Boden des Kessels absetzen und daraus entfernt werden. Eine Diskussion des Typs dieser Methode wird in Klrk & Othmer "Encyclopedia of Chemical Technology", veröffentlicht von Interscience, Hew York, 1966, 2. Auflage, Dd. 10 unter "Gravity Separation", beginnend auf Seite 696 gefunden. Jedoch bestellt die bevorzugte Methode zur Abtrennung des Schwefels aus der Kohle und dem Methanol darin, daß die bereits hergestellte Aufschlämmung einer Schaumflotation unterworfen wird, wobei das flüssige Medium das Methanol mit Methanol mindestens als Ilauptteil des Mediums umfaßt und die feste Phase die vermahlene Kohle kombiniert mit dem Schwefel umfaßt

und die Gasphase vorzugsweise Luft umfaßt. Verfahren vom Schaumflotationstyp sind im Stand der Technik gut bekannt, wie auch der Schaumflotationsmechanismus, und es nicht notwendig, dies vielter zu beschreiben. Es sei z.B. in Hinsicht auf die Verfahrensparameter auf ein Buch mit dem Titel "Coal Preparation", herausgegeben von Daniel Mitchell und Joseph Leonard und publiziert von America Institute of Mining and Metallurgical Engineers, 1968, beginnend auf Seite 10-66 auf

die Flotationstheorie und weiter auf Seite 17-12, auf die pH- und Temperatureffekte hingewiesen. Zusätze wie Oberflächenaktive Mittel, die Sammler und Promotoren wie Alkohole von hohem Molekulargewicht, organische Sulfonate, Pineöl oder organische Fettsäure einschließen, können in der Trennungsstufe zugegeben werden, um die Flotation der Kohle aufwärts mit dem Schaum zur Trennung von Schwefel zu erleichtern»,Uas Methanol und die Kohle sind

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in dem Schaum eingeschlossen, der aus dem Separator entfernt wird, und der Schwefel wird vom Boden dos Separators entfernt. Es kann auch ein Zusatz, der als ein Sinkmittel bekannt ist, zur Verwendung bei dem Flotationsverfahren zugegeben werden, um das Absetzen des Schwefels zu erleichtern. Ein solches olnkmittel kann Kalk umfassen. Normalerweise liegt der Schwefel in Form von Pyrit vor, der um das mehrfache dichter ist als Kohle, Ein Vorteil der Verwendung von Methanol in der Trennstufe ist, daß Methanol einige organische sauerstoffhaltige Bestandteile aus der Kohle extrahiert und dabei in situ Flotationspromotoren erzeugt. Vor der Abtrennung enthält die Kohle/Methanolaufschlämmung etwa 1 bis 2 # Schwefel, bezogen auf Kohle, d ie annähernd etwa 5 % Schwefel,so wie sie anfällt, enthält. Nachdem das Methanol wie oben beschrieben gebildet wurde enthält das Methanol annähernd 0,02 % Schwefel. Die resultierende Kohle/ Methanolmischung (bezogen auf eine 5 'Mge Schwefelkohle) enthält nach der Abtrennungsstufe bis zu etwa 1 % Schwefel und vorzugsweise von 0,3 % bis 1 % Schwefel.

Die entschwefelte Aufschlämmung aus Kohle und Methanol und Zusätzen wird dann durch eine Rohrleitung 8 zu einem Bestimmungsort zur Verwendung befördert, wobei die Aufschlämmung mittels geeigneter Pumpenmittel 9 entlang der Rohrleitung gepumpt wird. Es sei bemerkt, daß als Alternative die Kohle/ Methanolaufschlämmung durch die Rohrleitung befördert und dann durch Flotation an einem vom Entstehungsort der Aufschlämmung entfernten Ort entschwefelt werden kann,wie z.B.am Verwendungspunkt der Kohle und des Methanols. Solche Rohrleitungen können große Distanzen überwinden, z.B. können solche vorgschlagenen Aufschlärnmungsrohrleitungen sich über tausende von Kilometern erstrecken. Die Transportierung der Aufschlämmung aus Kohle und Methanol entlang einer solchen Rohrleitung ergibt einen Transport eines Brennstoffs, der einen höheren BTU/kg V/ert besitzt als die laufend vervjendeten Wasser/Kohlemischungen, die am Ende eine Abtrennungsstufe erfordern, um die Kohle und Wasser zu trennen, bevor die Kohle verwendet werden kann. Am Bestimmungspunkt bestehen zwei Alternativen für die Verwendung

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der transportierten Kohle/Methanolaufschlämmung. Die Gesamtaufschlämmung kann direkt als Brennstoff verwendet werden. So kann z.B. die Aufschlämmung in geeigneten Mitteln 11, wie ein unter Druck befindlicher Fließbettbrenner verwendet werden, wobei die Aufschlämmung direkt in einen unter Druck befindlichen Brenner mit jeder gewünschten Geschwindigkeit gepumt werden kann.

Fließbettbrenner sind in Jonke, A.A., "Fluidized Bed Combustors: A Status Report", AICHE Coal Processing Technology Manual, Bd. 2, Amer. Inst. Chem. Engineers, N.Y. 1975, Seiten 32, 33 und Roberts, A.G., Hoy, H.R., Lunn, H.G . und Locke, H.B., "Fluidized Combustion of Fossil Fuels", I.e., Seiten 34-39 beschrieben. Dies ist vorteilhaft gegenüber der Verwendung von teilchenförmiger Kohle, die schwierig in einen unter Druck befindlichen Fließbettbrenner einzuführen ist. Alternativ kann die Aufschlämmung zu einem Separator 10 geführt werden, worin das Methanol aus der Kohle abgetrennt werden kann, wobei beide Stoffe getrennt als Brennstoffe oder zu irgendeinem gewünschten Zweck verwendet werden können. Eine solche Trennung kann z.B. mit einem Fliehkraftzyklonabscheider durchgeführt werden.

Eine weitere Möglichkeit für das oben beschriebene Verfahren besteht darin, einen Teil des Methanols in die Schwefelabtrennungsstufe für die Aufschlämmung zu rezyklisieren, wobei, wenn ein höherer Anteil an Methanol für die Trennung erforderlich ist als es gewünscht ist, die Kohle in Aufschiämmungsform entlang der Rohrleitung zu transportleren, das Methanol in den Separator rezyklisiert werden kann, um die Flotationstrennung des Schwefels von der Kohleaufschlämmung zu bewirken.

Figur 2 zeigt ein alternatives Verfahren, das ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren ist, wobei der Hauptunterschied darin besteht, daß nach dem Mahlen der Kohle praktisch alles oder alles von der gemahlenen Kohle nach der Vermahlung in dem Mahlwerk 1 zu dem Mischer 5 zur Herstellung einer Aufschlämmung der vermahlenen Kohle mit Methanol, das über die Leitung 11 eingeführt wird, geleitet wird. Beim Start dieses Verfahrens kann Methanol aus einer außenliegenden Quelle verwendet werden,

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bis wie unten beschrieben genügend Methanol in dem Verfahren hergestellt ist, so daß das Methanol aus dem Prozess selbst bei der Aufschlämmungsherstellung verwendet werden kann. Die in dem Mischer 5 gebildete Aufschlämmung wird dann in den Feststoff -FlUssigkeitstrenner 6 wie oben beschrieben geführt, worin ein Teil der Kohle/tfethanolaufschlämmung, die in dem Separator entschwefelt wurde, in die Pumpe 9 geführt wird, wonach sie durch die Rohrleitung 8 zu der Kohle/Methanoltrennung 10 transportiert wird, worin die Aufschlämmung in seine einzelnen Teile an Methanol und Kohle getrennt werden kann, wobei die Kohle dann zu dem Verwendungsort 11 geführt wird. Dies ist im wesentlichen oben für das in Fig. 1 illustrierte Verfahren beschrieben, wobei gleiche Zahlen gleiche oder ähnliche Teile und Apparaturen bezeichnen, worin ähnliche Verfahren durchgeführt werden. Ein anderer Teil der Kohle/Methanolaufschlämmung aus dem festflüssig-Trenner 6 wie beispielsweise 50 bis 60 % werden zu Trennmitteln 12 über eine Leitung 15 geführt, worin die Aufschlämmung in ihre Komponenten an Methanol und Kohle getrennt werden, wobei das Methanol nach Trennung in den Trennrnitteln wie einem Fliehkraftzyklonabscheider in die Aufschlämrnungsherstellungszone 5 über die Leitung 13 zurückgeführt werden kann. Die abgetrennte Kohle wird dann durch eine Methanolsynthesestufe wie oben beschrieben geführt, worin die Kohle zuerst in Vergasungsmitteln 2 vergast wird, wobei das hergestellte Niedrig-BTU-Gas dann in den Mitteln 3 zur Entfernung des anwesenden Schwefels behandelt wird, wonach das Gas dann zu den Methanolsynthesemitteln 4 geführt wird, worin Methanol aus dem Niedrig-BTU-Gas hergestellt wird. Dieses hergestellte Methanol kann dann zu der Aufschlämmungsherstellung 5 über die Leitung 13 geführt werden. Alternativ kann das durch die Leitung 13 geführte Methanol entweder insgesamt oder teilweise zu den Trennrnitteln 6 als RUckführungsmethanol über die Leitung 14 geführt werden.

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Das oben beschriebene Alternativverfahren bringt einen Vorteil über das Verfahren, wie es in Fig. 1 abgebildet ist, indem die vermahlene Kohle entschwefelt wird, bevor ein Teil der Kohle in Methanol übergeführt wird. In diesem Fall ist die Kohle, die in Methanol übergeführt wird, im wesentlichen die gesamte Kohle, die zu den Trennmitteln 12 geleitet wird.

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Leerseite

Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Bearbeitung von Kohle zu Brennstoff, wobei

a) die Kohle auf eine Größe vermählen wird» die genügend klein ist, um den Schvjefel aus der Kohle in Freiheit zu setzen;

b) eine Aufschlämmung mit mindestens einem Teil der vertnahlenen Kohle mit Methanol gebildet wird und

c) mindestens ein Teil der vermahlenen Kohle zu Methanol umgewandelt und das hergestellte Methanol zur Bildung einer Aufschlämmung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Schwefel aus der Aufschlämmung durch ein Flotationsverfahren abgetrennt wird, wobei das Methanol wenigstens zum größeren Teil die Flotationsflüssigkeit bildet.

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