DE2803916C2

DE2803916C2 - Process for liquefying coal

Info

Publication number: DE2803916C2
Application number: DE19782803916
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6685 Blieskastel Würfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE2803916A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die Kohle mit einem vorwiegend oberhalb 200 Grad C siedenden Anreiboel zu einem Brei verruehrt, auf Druck gepumpt und in einer Reaktionszone in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator hydriert wird. Das die Reaktionszone als Reaktionsprodukt verlassende Dampf-Fluessigkeitsgemisch wird dabei in einem Heissabscheider in seine Phasen zerlegt. Zur ueberkritischen Extraktion von Destillatoelen wird in den oberen Bereich der Reaktionszone und/oder in den Heissabscheider ein Extraktionsmittel eingespeist. Dadurch, dass gemaess der Erfindung das fluessige, feststoffhaltige Reaktionsprodukt mit einem Extraktionsmittel im ueberkritischen Zustand extrahiert wird, gelingt es, den ueberwiegenden Teil der unter den Reaktionsbedingungen der Kohleverfluessigung im fluessigen Zustand anfallenden Destillatoele aus diesem auszutreiben. Der verbleibende fluessige, feststoffhaltige Rueckstand enthaelt nur noch geringe Anteile an wertvollen Destillatoelen und braucht nicht der aufwendigen Vakuumdestillation zur Abtrennung dieser Destillate unterzogen zu werden. ...U.S.WThe invention relates to a process for hydrogenating coal, in which the coal is stirred to a pulp with a grinding oil boiling predominantly above 200 degrees C., pumped to pressure and hydrogenated in a reaction zone in the presence of hydrogen and a catalyst. The vapor-liquid mixture leaving the reaction zone as a reaction product is broken down into its phases in a hot separator. For the supercritical extraction of distillates, an extractant is fed into the upper area of the reaction zone and / or into the hot separator. Because, according to the invention, the liquid, solids-containing reaction product is extracted with an extractant in the supercritical state, it is possible to drive out the predominant part of the distillates that occur in the liquid state under the reaction conditions of coal liquefaction. The remaining liquid, solids-containing residue only contains small amounts of valuable distillates and does not need to be subjected to the laborious vacuum distillation to separate these distillates. ...ETC

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die Kohle mit einem vorwiegend oberhalb 200⁰C siedenden Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt und in einer Reaktionszone in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator hydriert wird und bei dem das die Reaktionszone als Reaktionsprodukt verlassende Dampf-Flüssigkeitsgemisch in einem Heißabscheider in seine Phasen zerlegt wird.The invention relates to a process for hydrogenating coal in which the coal with a predominantly above 200 ⁰ C boiling Anreiböl stirred to form a slurry, pumped to pressure, and is hydrogenated in a reaction zone in the presence of hydrogen and a catalyst and wherein the reaction zone The vapor-liquid mixture leaving the reaction product is broken down into its phases in a hot separator.

Bei der Hydrierung von Kohle in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur fällt als Reaktionsprodukt ein Dampf-Flüssigkeitsgemisch an, das in einem dem Hydrierreaktor nachgeschalteten Heißabscheider einer Phasentrennung unterzogen wird.In the hydrogenation of coal in the presence of hydrogen and a catalyst under increased Pressure and elevated temperature, a vapor-liquid mixture is obtained as the reaction product, which in one the hot separator downstream of the hydrogenation reactor is subjected to a phase separation.

Dabei ist der im Sumpf des Heißabscheiders anfallende flüssige Rückstand in der Regel noch mit erheblichen Mengen an Feststoffen, wie unverbrauchter Kohle, Asche und Katalysatorteilchen, aber auch noch mit Asphaltenen und wertvollen Destillatölen angereichert The liquid residue that accumulates in the sump of the hot separator is usually still considerable Amounts of solids, such as unused coal, ash and catalyst particles, but also with Asphaltene and valuable distillate oils enriched

Zur Aufarbeitung dieses Rückstandes, das heißt insbesondere zur Abtrennung der Destüjatöle, ist es bekannt geworden, den Rückstand einer Vakuumdestillation zu unterziehen. Hierzu bedarf es eines erheblichen Aufwandes sowohl aus apparativer als auch aus energetischer Sicht Auch wird die Verfügbarkeit einer solchen Destillationsanlage von durch Verkokung hervorgerufenen Ablagerungen ständig beeinträchtigtIt is known to work up this residue, that is to say in particular to separate off the distilled oils become to subject the residue to vacuum distillation. This requires considerable effort Both from an apparatus and from an energetic point of view, the availability of such Distillation plant constantly affected by deposits caused by coking

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Aufarbeitung des im Sumpf des Heißabscheiders anfallenden Rückstandes zu entwickeln.The invention is based on the object of a simple and economical process for working up the residue obtained in the bottom of the hot separator to develop.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur überkritischen Extraktion von Destillatölen in den oberen Bereich der Reaktionszone und/oder in denThis object is achieved according to the invention in that for the supercritical extraction of distillate oils in the upper area of the reaction zone and / or in the

!5 Heißabscheider ein Extraktionsmittel eingespeist wird. Dadurch, daß gemäß der Erfindung das flüssige, feststoffhaltige Reaktionsprodukt mit einem Extraktionsmittel im überkritischen Zustand extrahiert wird, gelingt es, den überwiegenden Teil der unter den Rüaktionsbedingungen der Kohleverflüssigung im flüssigen Zustand anfallenden Destillatöle aus diesem auszutreiben. Der verbleibende flüssige, feststoffhatige Rückstand enthält nur noch geringe Anteile an wertvollen Destillatölen und braucht nicht der aufwendigen Vakuumdestillation zur Abtrennung dieser Destillate unterzogen zu werden. In seiner Zusammensetzung entspricht dieser Rückstand nunmehr im wesentlichen dem bei eLier Vakuumdestillation des flüssigea, feststoffhaltigen Reaktionsproduktes anfallenden Rückstand, d. h. er setzt sich aus etwa 25% Asche, 25% Restkchle und 50% schmelzbarem, aber nicht destillierbarem Bitumen zusammen.! 5 hot separator an extractant is fed. The fact that, according to the invention, the liquid, solids-containing reaction product is extracted with an extractant in the supercritical state succeeds it, the predominant part of the under the terms of the Rüaktionsbedingungen to expel distillate oils from the liquefaction of coal in the liquid state. Of the contains remaining liquid, solids-containing residue only small amounts of valuable distillate oils and does not need the time-consuming vacuum distillation to be subjected to the separation of these distillates. In its composition, this residue corresponds now essentially that of eLier vacuum distillation of the liquid, solids-containing reaction product obtained residue, d. H. he is made up of about 25% ash, 25% residue and 50% meltable, but not distillable bitumen combined.

Die Wirkung des überkritischen Extraktionsmittels ist im wesentlichen auf dessen hohe Dichte im überkritischen Zustand zurückzuführen. Sie liegt bei bis zu 40% der Dichte des Extraktionsmittels im flüssigen Zustand, so daß eine besonders große Menge an Destillatölen von dem Extraktionsmittei aufgenommen werden kann. Als Extraktionsmittel eignet sich besonders vorteilhaft ein Benzinschnitt mit einem Siedeende von etwa 200° C, der in einfacher Weise k: rier Kohleverflüssigungsanlage selbst gewonnen werden kann.The effect of the supercritical extractant is essentially due to its high density in the supercritical Attributed to the state. It is up to 40% of the density of the extractant in the liquid state, so that a particularly large amount of distillate oils can be absorbed by the extraction medium. A gasoline cut with a boiling point of approximately is particularly advantageous as the extractant 200 ° C, the simply k: rier coal liquefaction plant can be won by yourself.

Aber auch ein Flüssigas, das im wesentlichen aus einer Mischung aus Propan und Butan besteht, kann als Extraktionsmittel verwendet werden.But a liquid gas, which essentially consists of a mixture of propane and butane, can also be used as an extractant be used.

Bei einer Kohlehydrieranlage mit mehreren in Reihe geschalteten Reaktionsstufen wird die überkritische Gasextraktion zweckmäßiger Weise in einer oder mehreren der ersten Stufe nachgeschalteten Stufen, bei einer dreistufigen Reaktionszone vorzugsweise in der mittleren Stufe durchgeführt Auf diese Weise können die in der ersten Stufe bereits erzeugten schweren Destillatöle zunächst einmal zum Auflösen von noch nicht "erflüssigter Kohle herangezogen werden, bevor sie durch Einwirkung des Extraktionsmittels in die Gasphase übergeführt und unter Vermeidung von weiterer Zersetzung durch Sekundäraktionen zusammen mit dem Extraktionsmittel sowie den anderen gasförmigen Reaktionsprodukten schnell abgezogen werden.In a carbohydrate plant with several reaction stages connected in series, the supercritical Gas extraction expediently in one or more stages downstream of the first stage a three-stage reaction zone, preferably carried out in the middle stage. In this way, can the heavy distillate oils already produced in the first stage to dissolve not yet "Liquefied coal are used before they are released into the gas phase by the action of the extractant transferred and avoiding further decomposition by secondary actions together with the extractant and the other gaseous reaction products are quickly withdrawn.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.Further explanations of the invention are to be found in the exemplary embodiment shown schematically in the figure refer to.

Die Figur zeigt schematisch eine Anlage zum Hydrieren von Kohle. Dabei wird die feingemahlene Kohle über eine Leitung 1 einem Mischbehälter 4 zugeführt und dort mit Anreiböl und Katalysatorteilchen verrührt Anreiböl und Katalysatorteilchen werden dem Mischbehälter 4 über Leitungen 3 und 2 zugeführt
Der Kohlebrei aus dem Mischbehälter 4 wird mittelsThe figure shows schematically a plant for hydrogenating coal. The finely ground coal is fed via a line 1 to a mixing container 4 and there mixed with grind oil and catalyst particles. Grinding oil and catalyst particles are fed to the mixing container 4 via lines 3 and 2
The coal pulp from the mixing container 4 is by means of

einer Pumpe 5 auf einen Druck von etwa 200 bar gepumpt, in einem Wärmetauscher 6 und gegebenenfalls in einem weiteren hier nicht dargestellten Vorerhitzer auf die Anspringtempratur der Hydrierung von etwa 420⁰C erwärmt und dann in der Reaktionszone 7 bei 5 einer Temperatur von etwa 480⁰C hydriert Der für die Hydrierung benötigte Wasserstoff wird der Anlage über eine Leitung 8 zugeführta pump 5 to a pressure of about 200 bar, heated in a heat exchanger 6 and optionally in a further preheater, not shown here, to the start-up ^{temperature of the hydrogenation of about 420 0} C and then in the reaction zone 7 at 5 to a temperature of about 480 ⁰ C hydrogenated The hydrogen required for the hydrogenation is fed to the plant via a line 8

Innerhalb der Reaktionszone 7 fällt als Hydrierprodukt ein Dampf-Flüssigkeitsgemisch an, das noch mit Feststoffen, wie unverbrauchter Kohle, Asche und gegebenenfalls Katalysatorteilchen angereichert ist Das Hydrierprodukt wird einem Heißabscheider 9 zugeleitet und dort einer Phasentrennung unterzogen. Die Dampfphase des Hydrierproduktes besteht im wesentlichen aus Wasserstoff, Wasserdampf und tiefersiedenden Kohlenwasserstoffen, während die flüssige Phase neben den wertvollen Destillatölen noch Bitumen und Feststoffe, wie unverbrauchte Kohle, Asche und gegebenenfalls unverbrauchte Katalysatorteilchen, enthältWithin the reaction zone 7 falls as a hydrogenation product a vapor-liquid mixture that still contains solids, such as unused coal, and ash, if applicable The hydrogenation product is fed to a hot separator 9 and there subjected to a phase separation. The vapor phase of the hydrogenation product consists essentially from hydrogen, water vapor and lower boiling hydrocarbons, while the liquid phase In addition to the valuable distillate oils, bitumen and solids, such as unused coal, ash and possibly also unconsumed catalyst particles

Zur Abtrennung der Destillatöle aus der flüssigen Phase wird diese einer überkritischen Gasextraktion unterzogen. Hierzu werden Benzindämpfe im iberkritischen Zustand über eine Leitung 10 der Anlage zugeführt und teilweise in den oberen Bereich der Reaktionszone 7 sowie restlich in den unteren Bereich des Heißabscheiders 9 eingespeist Durch die überkritische Gasextraktion werden die Destillatöle aus der flüssigen in die Gasphase übergeführt, so daß der Rückstand des Heißabscheiders 9 etwa entsprechend dem Rückstand einer Vakuumdestillation im wesentlichen nur noch aus Bitumen und Feststoffen besteht Dieser Rückstand, der über eine Leitung 11 aus dem Heißabscheider unter etwa Verfahrensdruck abgezogen wird, kann nunmehr ohne jede weitere Behandlung direkt einer hier nicht dargestellten Druckvergasungsanlage zugeführt und dort in Gegenwart von Sauerstoff und Wasserdampf im wesentlichen zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff vergast werden.To separate the distillate oils from the liquid phase, this is a supercritical gas extraction subjected. For this purpose, gasoline vapors in the supercritical state are fed to the system via a line 10 and partly in the upper area of the reaction zone 7 and the remainder in the lower area of the hot separator 9 fed in The supercritical gas extraction removes the distillate oils from the liquid into the Gas phase transferred, so that the residue of the hot separator 9 approximately corresponding to the residue of a Vacuum distillation essentially consists only of bitumen and solids. This residue, the is withdrawn via a line 11 from the hot separator under approximately process pressure, can now without any further treatment fed directly to a pressure gasification plant, not shown here, and there, in the presence of oxygen and water vapor, it is essentially gasified to carbon monoxide and hydrogen will.

Das gasförmige Kopfprodukt des Heißabscheiders 9, das neben den bereits genannten Komponenten noch das Extraktionsmittel sowie die extrahierten Destillatöldämpfe enthält, wird dem Wärmetauscher 6 zugeführt und dort unter etwa dem Druck des Heißabscheiders, also unter etwa Verfahrensdruck, im Wärmetausch mit frischem Kohlebrei partiell kondensiertThe gaseous top product of the hot separator 9, which in addition to the components already mentioned the extractant and the extracted distillate oil vapors contains, is fed to the heat exchanger 6 and there under approximately the pressure of the hot separator, thus under process pressure, partially condensed in the heat exchange with fresh coal pulp

Im Zuge der partiellen Kondensation kondensieren zunächst im wesentlichen hochsiedende Destillatöle, also insbesondere Schweröle, die über eine Leitung 12 aus dem Wärmetauscher abgezogen werden. Im mittleren Bereich des Wärmetauschers 6 fallen im wesentlichen Mitteldestillate an, die über eine Leitung 13 abgeführt werden. Ein Teil der über die Leitungen 13 und 12 abgeleiteten Destillate kann als Anreiböl dem Mischbehälter 4 zugeführt werden.In the course of the partial condensation, first of all, essentially high-boiling distillate oils condense, that is to say in particular heavy oils which are drawn off from the heat exchanger via a line 12. In the middle In the area of the heat exchanger 6, middle distillates are essentially produced, which are discharged via a line 13 will. Some of the distillates discharged via lines 13 and 12 can be used as grind oil in the mixing tank 4 are fed.

In einer letzten Kondensationsstufe des Wärmetauschers 6 schließlich fällt ein Kondensat an, das im wesentlichen aus tiefersiedenden Kohlenpasserstoffen im Benzinbereich besteht Dieser Benzinschnitt, der auch das eingesetzte Extraktionsmittel enthält, wird aus dem Wärmetauscher 6 über eine Leitung 14 abgezogen. Ein Teil wird dann über die Leitung 10 einem fremdbeheizten Wärmetauscher 15 zugeführt, dort auf eine Temperatur im überkritischen Bereich erhitzt und dann erneut als überkritisches Extraktionsmittel in die Reaktionszone 7 und den Heißabscheider 9 eingespeist In a last condensation stage of the heat exchanger 6, a condensate is finally obtained which essentially from lower boiling carbon fibers in the This gasoline section, which also contains the extractant used, is made up of the Heat exchanger 6 withdrawn via a line 14. A part is then heated externally via line 10 Heat exchanger 15 supplied, heated there to a temperature in the supercritical range and then again fed into the reaction zone 7 and the hot separator 9 as supercritical extractant

Unter Umständen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, die partielle Kondensation des Kopfproduktes des Heißabscheiders nicht im Wärmetausch mit dem frischen Kohlebrei, sondern im Wärmetausch mit dem frischen Wasserstoff durchzuführen.Under certain circumstances it can also prove to be expedient, the partial condensation of the top product of the hot separator not in heat exchange with the fresh coal pulp, but in heat exchange with the carry out fresh hydrogen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A process for hydrogenating coal in which the coal is stirred with a predominantly above 200 ⁰ C boiling Anreiböl to form a slurry, pumped to pressure, and is hydrogenated in a reaction zone in the presence of hydrogen and a catalyst and wherein the reaction zone as a reaction product leaving vapor-liquid mixture is broken down into its phases in a hot separator, characterized in that an extraction agent is fed into the upper region of the reaction zone and / or into the hot separator for the supercritical extraction of distillate oils

2. The method according to claim 1, characterized in that in a multi-stage reaction zone the extractant is fed into one or more stages downstream of the first stage.

3. The method according spoke 2, characterized in that that in a three-stage reaction zone, the extractant in the middle reaction stage is fed in.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a gasoline cut with a boiling point of about 200 ⁰ C is used as the extraction agent for the supercritical gas extraction.

5. The method according to claim 4, characterized in that the used as extraction agent Gasoline cut is separated from the reaction product generated in the reaction zone.

6. The method according to claim, characterized in that that the Benzinscnitt by partial condensation of the reaction product below about the process pressure in the heat exchange with at least one feedstock is separated.

7. The method according to claim 6, characterized in that the partial condensation in the heat exchange takes place with the coal pulp to be hydrogenated