DE2909103A1

DE2909103A1 - Verfahren zur kohleverfluessigung

Info

Publication number: DE2909103A1
Application number: DE19792909103
Authority: DE
Inventors: Alan J Nizamoff
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1979-11-15
Also published as: AU520807B2; CA1117052A; FR2425470A1; BR7901389A; JPS54146806A; GB2020309A; US4222844A; AU4490279A; GB2020309B; ZA79761B

Description

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HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-W6J - DIPL-tNG. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN ■ DIPL.-ING. W. LEHN

DIPl.-iNG. K. FOCHSLB - DR. RER. N AT. B. H AN S E N ARABEllASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MÜNCHEN 81 · TELEFON (089) J110S7 . TELEX 05-29419 (PATHE)

31 802 o/fi

EXXON RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY Florham Park, N.J./USA

Verfahren zur Kohleverflüssigung

Die Erfindung betrifft die Kohleverflüssigung und insbesondere ein integriertes Kohleverflüssigungsverfahren, bei dem verflüssigte Kohle,die durch Behandlung von Rohkohle mit molekularem Wasserstoff und einem Wasserstoff-Donor-Iiösungsmittel behandelt worden ist, anschließend zur Herstellung von Kreislauflösungsmittel und gegebenenfalls zusätzlichen verflüssigten Produkten hydriert wird.

Zu den vielversprechenden Verfahren zur Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Kohle gehören solche, bei denen Rohkohle zunächst mit molekularem Wasserstoff und einem Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel in einer Verflüssigungszone bei erhöhten Temperaturen und Drücken in Berührung gebracht wird und ein Teil der flüssigen Produkte dann katalytisch in einer Lösungsmittel-Hydrierzone hydriert wird unter Ausbildung eines Lösungsmittels, das in die

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Verflüssigungsstufe zurückgeführt wird und weitere Flüssigprodukte ergibt. Die Hydrierung der Flüssigkeit im Siedebereich des Lösungsmittels wird im allgemeinen bei einem Druck, der gleich oder etwas niedriger als der in der Verflüssigungszoneangewendete ist,und bei etwas niedrigeren Temperaturen durchgeführt. Um die für die Anhebung des Siedebereiches des flüssigen Lösungsmittels auf die Hydriertemperatur benötigte Wärme zur Verfügung zu stellen, ist schon vorgeschlagen worden, alle dampfförmigen überkopf der Verflüssigungszone gewonnenen Produkte direkt in die Lösungsmittel-Hydrierzone ohne Kühlung zu leiten und daß man die Menge der flüssigen Kohleprodukte und des rückgeführten Wasserstoffes, die mit den dampfförmigen Produkten vermischt und in die Hydrierzone geleitet werden, so einstellt, daß der vereinte zugeführte Strom bei der benötigten Hydrierungstemperatur gehalten wird. Dadurch wird die Erfordernis nach einem zum Vorheizen des zugeführten Stromes benötigten Ofen vermieden. Da die Hydrierungsreaktion exotherm ist, führt man einen zusätzlichen kalten Strom nach unten am Eingangspunkt in die Hydrierzone, um die Reaktion abzuschrecken und um gleichzeitig diesen zusätzlichen Strom auf die benötigte Hydrierungstemperatur aufzuheizen.

Obwohl dieses vorerwähnte Verfahx-en gegenüber früheren Verfahren hinsichtlich der Bewahrung der Wärmeenergie Vorteile aufweist, treten doch gewisse Betriebsprobleme auf, die, wenigstens zum Teil, die Vorteile der Wärmeerhaltung zunichte machen. Die Verwendung der Verflüssigungsdämpfe zum Bereitstellen der gesamten benötigten Energie, die für die Erhöhung der Anfangssteigerung der Flüssigzufuhr auf die Hydriertemperatur benötigt wird, und dadurch die Verwendung eines Ofens vermeidet, begrenzt das Verhältnis, in dem Flüssigkeit und Dämpfe in die Anfangsstufe der Hydrierzone eingeführt werden können und ergibt Beschränkungen hinsichtlich des Wasserstoffpartialdruckes in der Anfangsstufe.

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Außerdem hat der abströmig in die Anfangsstufe eingeführte kalte Strom eine verhältnismäßig kurze Verweilzeit innerhalb der Hydrierungszone und daher ist es schwierig, eine gleichmäßige Hydrierung für eine maximale Lösungsmittel- und Produktausbeute zu erzielen. Manchmal kann auch eine Überhydrierung stattfinden. Außerdem erschwert die Einführung eines verhältnismäßig kalten Stromes in die Reaktionszone an einer oder mehreren Stellen abströmig zu dem ersten Einlaß den ausreichenden Kontakt des Zustromes und des Wasserstoffes, fördert gegebenenfalls den Produktabbau und die Bildung von übermäßig großen Mengen an Gas und niedrigmolekulargewichten Kohlenwasserstoffen und erschwert die Überwachung der Gesamtreaktion. Als Ergebnis dieser und ähnlicher Nachteile kann die Gesamtwirktschaftlichkeit eines solchen Verfahrens noch viel zu wünschen übrig lassen.

Kürzlich hat man, in der Bemühung, die bei dem vorerwähnten Verfahren auftretenden Verfahrensschwierigkeiten zu vermeiden, vorgeschlagen, die gasförmigen Produkte aus dem Verflüssigungsreaktor zu kühlen, um so zusätzlich daraus Flüssigkeit zu gewinnen und um den Hydrierungsteil des Verfahrens getrennt von dessen Verflüssigungsteil wirksam zu betreiben. Bei dieser Verfahrensweise wird der Dampf aus der Verflüssigungsstufe im allgemeinen gekühlt, um daraus zusätzliche Flüssigkeit zu gewinnen und dann mit frischem Wasserstoff kombiniert und als "Behandlungsgas" in der Hydrierungsstufe des Verfahrens verwendet. Auch bei dieser Verfahrensweise wird die Zufuhr zu der Hydrierungszone im allgemeinen vorerhitzt und die Hydrierungsreaktion wird durch Zurückführen von gekühlter Flüssigkeit und/oder gekühltem Gas aus der Hydrierungszone abgeschreckt. Aus leicht erkennbaren Gründen werden bei dieser Verfahrensweise die "Betriebs"-Probleme der vorher beschriebenen Verfahren vermieden. Das Zurück-

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führen des Dampfes und/oder der Flüssigkeit aus der Hydrierzone erhöht jedoch die apparativen Erfordernisse, weil man zusätzlich Pumpen und/oder Kompressoren, Wärmeaustauscher und dergleichen benötigt. Insbesondere beim Umlaufenlassen von Dämpfen werden zusätzliche Verarbeitungsstufen benötigt, weil man aus diesen umlaufenden Strömen Gifte für die Hydrierungskatalysatoren entfernen muß. Daher werden die Anfangsinvestitionen und die ständigen Betriebskosten erhöht, wenn dieses spezielle Verfahren angewendet wird. Da darüber hinaus die Zahl der Verarbeitungsstufen erhöht wird, ist im allgemeinen die Betriebsüberwachung und der Betrieb selbst komplizierter. Es liegt daher auf der Hand, daß ein Bedürfnis für ein Verfahren vorliegt, bei dem man die betrieblichen Vorteile, die sich durch eine getrennte Überwachung von sowohl der Verflüssigungs- als auch der Hydrierungsanlage ergeben, erzielt, ohne daß die erhöhten Apparaturerfordernisse und Verfahrensstufen benötigt werden.

Es wurde nun gefunden, daß durch das verbesserte erfindungsgemäße Verfahren die vorerwähnten Nachteile der bekannten Verflüssigungsverfahren vermieden und die durch einen getrennten Betrieb der Verflüssigungs- und Hydrierreaktionen erzielten Vorteile beibehalten werden können. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verflüssigungsverfahren für feste kohlestoffhaltige Materialien aufzuzeigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die Hydrierungsreaktion abgeschreckt wird, ohne daß man für diesen Zweck entweder Flüssigkeit oder Dämpfe aus der Hydrierungszone umlaufen lassen muß. Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren noch ersichtlicher.

Erfindungsgemäß werden hydrierte Flüssigprodukte aus bituminöser Kohle, subbituminöser Kohle, Braunkohle und ähnlichen Rohmaterialien erhalten, indem man die Kohle oder andere feste Rohmaterialien zunächst bei erhöhter Temperatur und Druck mit molekularem Wasserstoff und einem Wasserstoff-Donor-

Lösungsmittel in einer nichtkatalytischen Verflüssigungszone behandelt, den Überkopf-Abstrom aus der Verflüssigungszone in einen Dampfstrom und einen Flüssigstrom aufteilt, den Dampfstrom in wenigstens 2 Teile aufteilt und dann einen Teil davon als Behandlungsgas in der Hydrierzone verwendet und einen anderen Teil davon zum Abschrecken der Hydrierungsreaktion, Vor der Abtrennung wird der Dampfstrom zur Entfernung von Verunreinigungen und/oder Giften für den Hydrierungskatalysator, wie Ammoniak, Chlorwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid und dergleichen behandelt. Der Teil des Dampfes, der anschließend als Behandlungsgas in der Hydrierungszone verwendet wird, wird auch im allgemeinen mit frischem Wasserstoff vor der Einführung in die Hydrierungszone vereint.

Die Figur ist ein schematisches Fließbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von hydrierten Flüssigprodukten aus Kohle unter Verwendung eines gasförmigen Abschreckmittel.

Wie angegeben betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Verflüssigen von festen kohlestöffhaltigen Materialien, wie bituminöser und subbituminöser Kohle, Braunkohle, Koks und dergleichen. Die Verflüssigung wird bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart eines Wasserstoff-Donor-Iiösungsmittels und von molekularem Wasserstoff durchgeführt. Es wurde auch schon erwähnt, daß die Verflüssigungsreaktion im allgemeinen die Bildung eines Flüssigproduktes als auch eines Gasproduktes und eines Bodenproduktes ergibt. Nach der Verflüssigung wird das gasförmige oder dampfförmige Produkte im allgemeinen von den flüssigen und Bodenprodukten durch Entspannen getrennt. Sowohl die Dampfprodukte als die vereinten flüssigen und Bodenprodukte können einer weiteren Behandlung unterzogen werden, um eine

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weitere Reinigung und/oder Trennung zu erzielen.

Im allgemeinen können alle bekannten Verfahren zum Abtrennen der flüssigen und der Bodenprodukte angewendet werden. Zu diesen Verfahren gehört das Filtrieren, einfaches Entspannen und Destillieren. Von diesen Verfahren wird die Destillation, entweder allein oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen Verfahrensweisen bevorzugt, weil diese Methode die Abtrennung des Teiles des Flüssigproduktes ermöglicht, das hydriert und dann als Wasserstoff-Donor-Lösungs· mittel verwendet wird.

Wendet man die Destillation an, so wird der Flüssigkeitsstrom aus dem Abstrom der Verflüssigungszone fraktioniert unter Bildung einer gasförmigen Fraktion, einer Destillatfraktion einschließlich der Bestandteile innerhalb des Siedebereiches des Donor-Lösungsmittels und einer Bodenfraktion, welche oberhalb etwa 538°C (100O⁰F) siedet. Die Destillatfraktion und zum Teil die Lösungsmittelfraktion können durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Abstrom aus der Lösungsmittelhydrierungszone vorerhitzt und dann mit dem Dampf aus der Verflüssigungszqne und frischem Wasserstoff vermischt werden, bevor sie als Lösungsmittelhydrierungszufuhr verwendet wird. Der so hergestellte gemischte Lösungsmittelhydrierungsstrom kann gegebenenfalls durch einen Vorheizofen geführt und auf die Hydrierungsreaktionstemperatur erwärmt werden. Im allgemeinen wird an dieser Stelle nur eine verhältnismäßig geringe Erhöhung der Temperatur benötigt und daher kann man in den meisten Fällen auf einen Vorheizofen verzichten. Die schweren, oberhalb 538°C (1000⁰F+) siedenden Bodenprodukte,die aus dem Abstrom der Verflüssigungszone gewonnen werden, werden durch eine Verkokungszone oder dergleichen zur Bildung von wertvolleren Produkten geleitet.

Die in der vorerwähnten Weise zubereitete Lösungsmittel-Hydrierungsbeschickung wird in die'Lösungsmittelhydrierungszone eingeführt, welche vorzugsweise eine mehrstufe Reaktion darstellt, die mit Einrichtungen zum Abschrecken zwischen den Stufen versehen ist, · und die Hydrierung findet in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators statt. Der Abstrom aus dieser Hydrierungszone kann dann in indirektem Wärmeaustausch mit dem Bestandteile in Lösungsmittelsiedebereich enthaltenden Destillat geführt werden und wird dann getrennt, vorzugsweise bei Hydrierungstemperatur und -druck, in eine Dampffraktion aus hauptsächlich Wasserstoff und normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen und eine Flüssigfraktion. Der Dampf wird zum Einführen in die Kohle-Lösungsmittel-Aufschlämmung für die Verflüssigungszone rückgeführt. Der von dem Abstrom aus der Hydrierungszone getrennte Flüssigkeitsstrom kann, sofern er nicht zuvor im gewünschten Ausmaß fraktioniert wurde, weiter fraktioniert werden unter Bildung eines Überkopf-Gases und von Naphtha und schwereren Fraktionen. Der Rest der schweren Fraktion wird in die Aufschlämmungszubereitungszone als Donor-Lösungsmittel zurückgeführt oder als Produkt abgezogen.

Der aus der Verflüssigungszone abgezogene Dampfstrom wird im allgemeinen durch einen oder mehrere Gas-Flüssig-Abscheider zum Abtrennen von mitgerissenen Flüssigkeiten daraus geführt. Eine solche Abtrennung wird natürlich durch Kühlung erleichtert, und wenn eine Reihe von Trennvorrichtungen angewendet wird, kühlt man den Dampf im allgemeinen nach dem Durchleiten durch jeden der in Reihe geschalteten Trennvorrichtungen. Im allgemeinen wird der .Dampfstrom auch zur Entfernung von Verunreinigungen und von Katalysatorgiften für den Hydrierungskatalysator behandelt.

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Nach dem Kühlen und der Reinigung kann ein Teil des Dampfes als gasförmiges Produkt abgezogen werden. Der Rest wird dann als ein Behandlungsgas in der Hydrierungszone und zum Abschrecken der Hydrierungsreaktion verwendet. Dies wird im allgemeinen dadurch erzielt, daß man den Dampfstrom in einen ersten Teil aufspaltet, der als Behandlungsgas verwendet werden soll, und in soviele restliche Teile, die zum Bewirken der gewünschten Abschreckung benötigt werden. Dabei ist festzuhalten, daß bei Verwendung einer einzelnen Filtrierungszone oder -stufe das Abschreckgas an einer oder mehreren Stellen, die sich längs dieser Zone oder Stufe erstrecken, eingespritzt werden kann und im allgemeinen am oder nahe am Auslaß der genannten Zone oder Stufe eingespritzt wird. Wird eine Mehrzahl von Zonen oder Stufen angewendet, so wird ein Anteil des Abkühlgases im allgemeinen in dem Abstrom aus jeder dieser Zonen oder Stufen eingespritzt. Im allgemeinen hängt die Menge des in jeder Zone oder Stufe benötigten Abkühlgases von der Einlaßtemperatur in diese Stufe oder Zone, dem Ausmaß der darin vollendeten Hydrierung und dem Gesamtvolumen der durchgeleiteten Flüssigkeit ab. Im allgemeinen wird ein wirksames Abschrecken erzielt, wenn man etwa 1,5 bis etwa 2,5 Standard-Kubikmeter (m unter Normalbedingungen) an Abschreckgas einer Temperatur von etwa 38 bis 93°C pro Standard-Kubikmeter der in jeder Stufe oder Zone der Hydrierung unterworfenen Flüssigkeit verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber früheren Verfahren die Vorteile, daß es eine besssere Wärmeintegration bei den Verflüssigungs- und Lösungsmittelhydrierungsstufen des Verfahrens ergibt, daß es die Zahl der benötigten Rückführstufen vermindert, die Schwierigkeiten, die sonst als Ergebnis der ungleichmäßigen Hydrierung der in der Verflüssigungszone gebildeten Kohleflüssigkeiten auftreten,erleichtert_/die

Wahrscheinlichkeit einer Hydrocrackung und andere unerwünschte Reaktionen in der Hydrierungszone vermindert, die Verfahrensüberwachungsprobleme erleichtert, eine größere Verfahrensflexibilität ermöglicht und weitere Vorteile zeigt. Als Ergebnis dieser Vorteile kann das erfindungsgemäße Verfahren weite praktische Anwendung finden.

Nach allgemeiner Beschreibung dieser Erfindung wird diese nachfolgend hinsichtlich der bevorzugten Äüsführungsformen unter Bezugnahme auf die Figur erläutert. Auf die Figur Bezug nehmend schließt eine bevorzugte Ausführungsform eine Aufschlämmungszubereitungszone 10 ein, zu welcher Rohkohle durch die Leitung 11 aus einem nicht gezeigten Kohlevorrat oder einer Vorratsvorbereitungszone gegeben wird, und mit einem vorerwärmten Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel, welches durch die Leitung 12 eingeführt wird unter Ausbildung einer Aufschlämmung vermischt wird. Die verwendete Kohle besteht im allgemeinen aus festen Teilchen bituminöser Kohle, subbituminöser Kohle, Braunkohle oder einer Mischung aus zwei oder mehrerer solcher Stoffe mit einer Teilchengröße in der Größenordnung von etwa 0,6 nun (1/4 inch) oder größer längs der größeren Dimension. Im allgemeinen ist es bevorzugt, die Rohkohle auf eine Maschengröße von etwa 2,4 mm {8 mesh U.S. Sieve Series Scale) oder kleiner zu zerkleinern und zu sieben und die Rohkohleteilchen zur Entfernung von Überschußwasser vor dem Vermischen der Teilchen mit dem Lösungsmittel bei der Zubereitung der Aufschlämmung nach üblichen Verfahren zu trocknen, oder indem man die feuchten Feststoffe mit dem heißen Lösungsmittel bei einer Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Wassers, vorzugsweise zwischen etwa 121 . und etwa 177°C {etwa 25O°F bis etwa 35O°F), um alles Überschußwasser zu verdampfen, vermischt.Vörzugsweise wixd die Feuchtigkeit in der Aufschlämmung der Rohkohle auf weniger als etwa 2 Gew.-% vermindert. Das zum ersten Anlaufen des Verfahrens

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benötigte Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel und alles benötigte frische Lösungsmittel kann in das System durch die Leitung 13 eingeleitet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren produziert im allgemeinen einen Überschuß an flüssigen Kohlenwasserstoffen im Siedebereich des Donor-Lösungsmittels und daher ist die Zugabe von frischem Lösungsmittel im allgemeinen nicht nötig. Lösungsmittel wird deshalb normalerweise durch die Leitung 13 nur zum Zwecke der Einleitung der Reaktion eingeführt. Das Wasserstoff -Donor-Lösungsmittel, welches zur Herstellung der Kohle-Lösungsmittel-Aufschlämmung verwendet wird, ist normalerweise ein von Kohle abgeleitetes Lösungsmittel, vorzugsweise ein hydriertes im Kreislauf geführtes Lösungsmittel, welches wenigstens 20 Gew.-% an Verbindungen enthält, die als Wasserstoff-Donor bei den erhöhten Temperaturen von 371⁰C bis etwa 900⁰C (.711 bis etwa 911⁰F) wie sie im allgemeinen bei der Kohleverflüssigung angewendet werden, gelten.

Lösungsmittel, die wenigstens 50 Gew.-% solcher Verbindungen enthalten, werden bevorzugt. Typische Verbindungen dieser Art sind Indan, C₁- bis C₁₂-Tetrahydronaphthalene, C₁₂- und C^ß-Acenaphthene, Di-, Tetra- und Octahydroanthracene, Tetrahydroacenaphthene, Crysen, Phenanthren, Pyren und andere Derivate von teilgesättigten aromatischen Verbindungen. Solche Lösungsmittel sind literaturbekannt und für den Fachmann ersichtlich. Die Zusammensetzung des bei der Hydrierung von Kohlenwasserstoffen in dem Verfahren gebildeten Lösungsmittel hängt zum Teil von der jeweils als Rohkohle bei dem Verfahren verwendeten Kohle ab, dem zur Kohleverflüssigung angewendeten Verfahrens- und Betriebsbedingungen, dem speziellen Siedebereich, der für die Hydrierung ausgewählten Fraktion und den innerhalb der Hydrierngszone angewendeten"

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Hydrierbedingungen.. In der Aufschlämmungszubereitungszone 10 wird die zugeführte Rohkohle normalerweise mit einem durch die Leitung 12 eingeleiteten Kreislauflösungsmittel in einem Lösungsmittel zu Kohleverhältnis von etwa 0,8 : 1 bis etwa 10 : 1 vermischt. In den meisten Fällen sind Verhältnisse zwischen etwa 1:1 und etwa 1,7:1 bevorzugt.

Die in der Zone 10 zubereitete Aufschlämmung aus Kohle und Lösungsmittel wird durch die Leitung 14 abgezogen und zusammen mit der Leitung 15 im Kreislauf geführten Dampf in einen Mischphasen-Vorwärmofen 16 geführt, wo die zugeführten Materialien auf eine Temperatur im Bereich von etwa 399 bis etwa 510⁰C (etwa 750 bis etwa 95O°F) erwärmt werden. Die Mischung aus der heißen Aufschlämmung und Dampf, die aus dem Ofen durch die Leitung 17 gezogen wird, enthält gewöhnlich etwa 1 bis etwa 8 Gew.-%_# vorzugsweise etwa 2 bis etwa 5 Gew.-% an molekularem Wasserstoff, bezogen auf feuchtxgkeitsfreie und aschfreie Basis. Anstelle des Vermischens der Aufschlämmung und des" Kreislaufdampfes oder des Behandlungsgases vor dem Vorerhitzen in dem Ofen, wie vorher erwähnt, kann der Dampf auch durch die Leitung 18 mit dem Ventil 19 geleitet werden, und getrennt im Ofen 20 vorerhitzt werden, worauf er dann anschließend durch die Leitung 21 in die Leitung 17 zu der heißen Aufschlämmung geführt wird. Wendet man diese Verfahrensweise an, so ist das Ventil 19 normalerweise offen und das Ventil 22 in Leitung 15 ist normalerweise geschlossen. Die Verwendung von getrennten Vorerwärmungsöfen für die Aufschlämmung und das Behandlungsgas zeigt einige Vorteile und ist oftmals bevorzugt. Sind zwei öfen vorgesehen, so kann ein Teil des Kreislaufdampfes oder des Behandlungsgases in jedem der öfen gewünschtenfalls vorerhitzt werden.

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Die heiße Aufschlämmung, enthaltend Kreislaufdampf oder Behandlungsgas, wird aus der Leitung 17 in den Verflüssigungsreaktor 23 geleitet, der bei einer Temperatur zwischen etwa 399 und etwa 51O°C (etwa 75O°F und etwa 95O°F), vorzugsweise zwischen etwa 441 und etwa 468°C (etwa 825°F und etwa 875°F) und bei einem Überdruck zwischen etwa 68,9 bar und etwa 206,9 bar (etwa 1000 psig und etwa 3000 psig), vorzugsweise zwischen etwa 1O3,4 und etwa 172 bar (etwa 1500 und etwa 2500 psig) gehalten wird. Ein einzelner Verflüssigungsreaktor mit einer Strömung von unten nach oben wird in der Zeichnung gezeigt, jedoch kann man gewünschtenfalls eine Mehrzahl Reaktoren, die parallel oder in Serie angeordnet sind, verwenden. Die Verweilzeit der Flüssigkeit im Reaktor 23 liegt im allgemeinen zwischen etwa 5 Minuten und etwa 100 Minuten und vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis etwa 60 Minuten. Innerhalb der Verflüssigungszone werden Kohlebestandteile mit hohem Molekulargewicht aufgebrochen und unter Bildung von Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht sowie gasförmigen, dampfförmigen und flüssigen Produkten hydriert. Das Hydrierungs-Donor-Lösungsmittel stellt Wasserstoffatome zur Verfügung, die mit aus den von der Kohle freigegebenen organischen Radikalen reagieren und deren Rekombination verhindern.. Der Wasserstoff in dem Kreislaufdampfstrom, der mit der Aufschlämmung eingespritzt wird, dient als Ersatz-Wasserstoff für erschöpfte Wasserstoff-Donor-Moleküle in dem Lösungsmittel und bewirkt die Bildung von zusätzlichen Donor-Lösungsmittel-Molekülen durch in-situ-Hydrierung. Die Verfahrensbedingungen innerhalb der Verflüssigungszone werden so gewählt, daß die Bildung von ausreichenden Wasserstoff-Donor-Vorläufern sichergestellt ist und gleichzeitig eine ausreichende Menge Flüssigprodukt für einen befriedigenden Betrieb in der Lösungsmittelhydrierungszone des Verfahrens. Die im Verflüssigungsreaktor angewendeten Bedingungen können im Bedarfsfall zur Erzielung dieser Ziele variiert werden.

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Der Abstrom aus der Verflüssigungszone 23 wird über Kopf durch die Leitung 24 geführt. Der Abstrom enthält normalerweise gasförmige Verflüssigungsprodukte, wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserstoff, Chlorwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Methan, Äthan, Äthylen, Propan, Propylen, Naphtha und dergleichen; nichtumgesetzten Wasserstoff aus der zugeführten Aufschlämmung, Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt im Bereich des Lösungsmittels und schwerere Verflüssigungsprodukte einschließlich fester Verflüssigung srückstände. Dieser Strom wird in einen Reaktorabstrom-Abscheider 25 eingeleitet,wo er im wesentlichen bei dem Druck des Verflüssigungsreaktors und bei einer Temperatur, die nur wenig niedriger als im Verflüssigungsreaktor ist in einen heißen über-Kopf-Dampfstrom mit einer Temperatur von etwa 371 bis etwa 482°C (70O⁰F bis etwa 9QO⁰F), der durch die Leitung 26 abgezogen wird, und einen Flüssigstrom, der durch die mit dem Druckentspannungsventil 28 ausgerüstete Leitung 27 abgezogen wird, aufgetrennt wird. Der heiße Über-Kopf-Strom strömt durch die Leitung 30 und wird einer weiteren.Behandlung, wie Abkühlung und Waschen, unterworfen. Ein Teil des heißen Oberkopfdampfes kann als gasförmiges Produkt abgezogen werden (nicht gezeigt). .

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der gesamte heiße Ober-Kopf-Dampfstrom durch die Leitung 30 abgezogen und vor einer Auftrennung des Stromes abgekühlt und gewaschen. Bei dieser Ausführungsform wird der Dampfstrom, wie gezeigt, durch die Leitung 30 in einen Wärmeaustauscher 31 geführt, wo er auf eine Temperatur zwischen etwa"204 und etwa 371°C (etwa 400°F und etwa 700⁰F) , vorzugsweise zwischen etwa 268 und etwa 3T5°C {5OO°F und etwa 600⁰F) gekühlt wird und dann, immernoch im wesentlichen beim Verfltissigungsdruck, durch die Leitung 32 in einen heißen Verflüssigungsabscheider 33 geleitet wird. Aus dem heißen Ab-

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scheider werden Gase und Dämpfe über Kopf durch die Leitung 34 und Flüssigkeiten durch die Leitung 35 abgezogen. Ein Teil des Flüssigkeitsstromes kann durch die Leitung 36 in den Reaktorabstromabscheider 25 zur Verwendung als Waschöl rückgeführt werden. Die restliche Flüssigkeit wird dann durch das Druckentspannungsventil 37 abgelassen. Gewünschtenfalls kann man das Abkühlen in einer Vielzahl von Wärmeaustauschern vornehmen. Tut man dies, so durchströmen die Gase und Dämpfe in der Leitung 34 einen zweiten Wärmeaustauscher 38, in dem sie weitergekühlt werden, ohne wesentliche Verminderung des Druckes. Aus dem Wärmeaustauscher fließen Gase und Dämpfe durch die Leitung 39 in einen kalten Verflüssigungsabscheider 40, in dem eine weitere Auftrennung stattfindet. Ein Über-Kopf-Strom der Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Chlorwasserstoff, Schwefelwasserstoff, normalerweise gasförmige Kohlenwasserstoffe und einige Kohlenwasserstoffe, die im Naphthabereich sieden, enthält, wird durch die Leitung 41 abgezogen. Ein Flüssigkeitsstrom, der gelöste Gase enthält, aber hauptsächlich zusammengesetzt ist aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, welche unterhalb etwa 371°C (.700 F) bei Atmosphärendruck sieden, wird durch die Leitung 42 mit dem Druckentspannungsventil 43 gewonnen. Ein durch Kondensation von Wasserdampf gebildeter Strom sauren Wassers wird vom Abscheider 40 durch die Leitung A4 abgezogen.

Die in dem kalten Verflüssigungsabscheider gewonnenen Gase und Dämpfe werden durch die Leitung 41 in den Verflüssigungs-Wasserwäscher 45 geleitet, wo sie mit Wasser, das durch die Leitung 46 eingeführt wird, in Berührung kommen, um Ammoniak, Chlorwasserstoff und andere wasserlösliche Bestandteile zu entfernen. Das die gelösten Verunreinigungen enthaltende Wasser wird vom Wäscher durch die Leitung 47 abgezogen und in eine in der Zeichnung nicht gezeigte Aufarbeitungsanlage geführt. Das gewaschene Gas und der gewaschene Dampf werden

dann durch die Leitung 48 in einen Lösungsmittelwäscher 49 geführt, wo sie mit Monoäthanolamin, Diäthanolamin oder einem ähnlichen Lösungsmittel, das durch die Leitung 50 eingeführt wird, zur Entfernung von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und anderen sauren Gasen in Berührung kommen. Verbrauchtes Lösungsmittel wird aus diesem Wäscher durch die Leitung 51 abgezogen und in eine Lösungsmittelaufarbeitungsanlage geführt (nicht gezeigt) zur Entfernung der adsorbierten Materialien und Regenerierung des Lösungsmittels. Die gewaschenen Gase werden über Kopf durch die Leitung 52 abgezogen, durchströmen den Kompressor 149, wo sie auf das Druckniveau der Lösungsmittelhydrierungsstufe komprimiert werden, und werden dann so aufgeteilt, daß ein erster Anteil durch die Leitung 52A, zusammen mit frischem Wasserstoff entweder in den Hydrierungsvorheizofen geführt wird oder direkt auf eine später noch ausführlich beschriebene Weise zu der Hydrierungszone und ein zweiter Anteil, der durch die Leitung 126 geführt wird und zum Abschrecken der Hydrierungsreaktion verwendet wird.

Der durch die Leitung 27 aus dem Abscheider 25 für den Abstrom der Verflüssigungsreaktors, abgezogene flüssige Strom und die Flüssigkeiten, die von dem heißen Verflüssigungsabscheider 33 und dem kalten Verflüssigungsabscheider 40 in den Leitungen 35 und 42 gewonnen wurden, werden vereint und nach einer Druckverminderung auf etwa 6,9 bar (100 psi) absolut oder weniger durch die Leitung 54 der bei Atmosphärendruck betriebenen Fraktionieranlage 55 geführt. Hier wird die zugeführte Flüssigkeit fraktioniert und die Überkopf-Fraktion, die hauptsächlich aus Gasen und Naphthabestandteilen, die bis etwa 264°C (400⁰F) sieden, wird · durch die Leitung

56 abgezogen. Diese Überkopf-Fraktion wird im Austauscher

57 gekühlt und durch die Leitung 58 einer Fraktionatordestillattrommel 59 zugeführt , wo die Gase über Kopf durch

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die Leitung 60 abgezogen werden. Diese Gase können als Brenngase zur Erzeugung der Prozeßwärme oder für andere Zwecke verwendet werden. Die von dem Gas abgetrennten flüssigen Kohlenwasserstoffe werden durch die Leitung 61 abgezogen und ein Teil dieses Stromes kann durch die Leitung 62 in den oberen Teil der Fraktionierkolonne rückgeführt werden. Die restliche Flüssigkeit kann durch die Leitung 23 geführt werden und als Zugabe für die Lösungsmittelhydrierungseinheit verwendet werden oder als ein Naphthaprodukt, das unterhalb des Siedebereiches des Lösungsmittels siedet, abgezogen werden. Ein saurer Wasserstrom wird aus der Destillattrommel durch die Leitung 64 abgezogen und in eine nichtgezeigte Wasseraufbereitungsanlage geführt. Ein oder mehrere Zwischenfraktionen mit Siedebereichen zwischen etwa 121 und etwa 371⁰C (etwa 25O°F bis etwa 700⁰F) werden aus dem bei Atmosphärendruck betriebenen Fraktionator abgezogen und als Zugabe für den Lösungsmittelhydrierungsreaktor verwendet. Im allgemeinen ist es bevorzugt, eine verhältnismäßig leichte Fraktion, die sich hauptsächlich aus Bestandteilen mit dem Siedepunkt unterhalb etwa 26O°C (etwa 500°F) zusammensetzt, durch die Leitungen 65, den Abstreifer 66, die Dampfrückleitung 67 und die Leitung 68 zu gewinnen und die schwereren Zwischenfraktionen, die sich hauptsächlich aus bei unterhalb etwa 371⁰C (etwa 700°F) siedenden Bestandteilen zusammensetzen^ durch die Leitungen 29, den Abstreifer 70, die Dampfrückleitung 71 und Leitung 72 zu gewinnen. Diese beiden Zv/ischendestillatfraktionen plus Naphtha, das über Kopf gewonnen wird, werden durch die Leitung 23 zur Verwendung als Flüssigkeitszufuhr zu der Lösungsmittelhydrierungseinheit verwendet. Ein Teil eines oder beider dieser Ströme kann gewünschtenfalls auch durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Abzugsleitung abgezogen werden. Die Bodenfraktion aus der bei Atmosphärendruck betriebenen Kolonne, die sich hauptsächlich aus Bestandteilen zusammensetzt, welche ober-

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halb etwa 371⁰C (etwa 70O⁰F) sieden und nichtumgesetzte Feststoffe und Rückstände einschließt, wird durch Leitung 74 abgezogen und normalerweise auf eine Temperatur von etwa 315°C bis etwa 413°C (etwa 60O⁰F bis etwa 775°F} im Ofen 75 erhitzt und wird dann in eine Vakuumfraktioniereinheit 76 durch die Leitung 77 geführt. In einigen Fällen kann man den Ofen fortlassen.

In der Vakuumfraktionierkolonne wird das zugegebene Material unter vermindertem Druck destilliert, wobei man eine tiber-Kopf-Fraktion gewinnt, die durch die Leitung 78 abgezogen, im Wärmeaustauscher 79 gekühlt und dann durch die !,eitung 80 in die Destillationstrommel 81 geführt wird. Gase und Dämpfe werden durch die Leitung 82 abgezogen, in eine Vakuumeinrichtung geführt und können dann als Brennstoff verwendet werden. Flüssigkeiten werden durch die Leitung 83 abgezogen. Eine schwerere Zwischenfraktion, z.B. eine solche, die sich hauptsächlich aus Bestandteilen, die unterhalb etwa 454°C sieden (etwa 85O°F), zusammensetzt, kann mittels der Leitung 87 durch einen Pumpkreislauf, der aus der Leitung 84, dem Wärmeaustauscher 85, der Leitung 86 und der Leitung 87 besteht, gewonnen werden. Ein noch schwererer Nebenstrom kann durch die Leitung 88 abgezogen werden, die auch einen Pumpkreislauf einschließen kann. Diese drei Destillatfraktionen werden durch die Leitung 89 geführt und mit dem Destillat in der Leitung 73 zur Verwendung als Material in der Lösungsmittelhydrierungseinheit vereint. Ein Teil oder alle dieser Ströme können durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Äbzugsleitung, sofern gewünscht, gewonnen werden. Eine Bodenfraktion mit einem Siedepunkt oberhalb etwa 538°C (etwa 1000⁰F) bei Atnosphärendruck , die nicht reagierte Kohlefeststoffe und Rückstände enthält, wird durch die Leitung 9O aus der Vakuumfraktionierkolonne abgezogen und kann zur Herstellung von zusätzlichen Flüssigprodukteh und Wasserstoff,

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wie nachfolgend beschrieben wird, verwendet oder in anderer Weise veredelt werden.

Eine Reihe von zu den vorerwähnten Fraktionierungsstufen möglichen Alternativen kann gewünschtenfalls angewendet werden. Eine solche Alternative ist z.B. die, daß man den Flüssigstrom aus dem Abscheider des Reaktorabstromes und dem Verflüssigungsabscheider einer Zentrifuge, einer Schwer-Kraftabsetzeinheit, einem Filter oder dergleichen zuführt, um nichtumgesetzte Kohlebestandteile aus der Flüssigkeit vor dem Fraktionieren zu entfernen. Antilösungsmittel, wie Hexan, Decahydronaphthalin oder gewisse flüssige Petroleumkohlenwasserstoffe können zu den verflüssigten Produkten zugegeben werden, um die Abtrennung von nichtumgesetzter Kohle- und Ascheresten von der Flüssigkeit und deren Entfernung aus deren System zu ermöglichen. Verfahren dieser Art sind literaturbekannt und der Fachmann ist mit ihnen vertraut. Die nach der Feststoffabtrennung zurückbleibenden Flüssigkeiten können durch Fraktionierung in eine Naphthafraktion, einen oder mehrere Zwischenströme, die in den Lösungsmittelhydrierungsreaktor eingeführt werden und gewünschtenfalls in eine schwerere Fraktion, die durch Hydrocrackung oder andere stromabwärts gelegene Verfahrenstechniken veredelt werden können, aufgetrennt werden.

Ein weiteres alternatives Verfahren, das in einigen Fällen vorteilhaft ist, besteht darin, daß man den Flüssigstrom aus dem Abscheider für den Reaktorabstrom und den Abscheidern aus der Verflüssigung durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Leitung zu einer Verkokungseinheit leitet, die zusairmen mit dem Verfahren zum Veredeln der Flüssigkeit durch thermisches Kracken und andere Reaktionen verbunden ist.Die Verkokungseinheit enthält normalerweise einen Verkokungsfraktionierturm, in dem die verdampften Produkte aus dem Koker destilliert werden' und einen Überkopf-Gasstrom bilden, einen Naphthastxom

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und eine oder mehrere Zwischenfraktionen ., die als Zugabe zu der Lösungsmittelhydrierungsstufe des Verfahrens geeignet sind, und eine schwerere Bodenfraktion, die zur Bildung von zusätzlichen Flüssigkeiten oder Koks im Kreislauf geführt wird. In der Kokseinheit wird Koks hergestellt, der dann anschließend unter Bildung von Wasserstoff vergast wird oder für andere Zwecke verwendet wird. Weitere andere Modifizierungen bei der Anfangsbehandlung der Flüssigprodukte aus der Verflüssigungsreaktion, die zur Herstellung von Material für den Lösungsmittelhydrierungsreaktor und anderer "für eine Veredelung geeigneter Produkte angewendet werden können, sind für den Fachmann naheliegend.

Wie vorher erwähnt, schließt das bei dem Verfahren in der Lösungsmittelhydrierungsstufe zugeführte Produkt flüssige Kohlenwasserstoffe ein, die sich hauptsächlich aus Bestandteilen zusammensetzen, welche im Bereich von 121 bis 371°C (25O°F bis 7OO°F) sieden und die in dem bei Atmosphärendruck betriebenen Fraktionator 55 erhalten wurden, und schwerere Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich im Bereich von 371 bis 538°C (7OO°F bis 100O⁰F), die in der Vakuumfraktionierkolonne 76 gewonnen wurden. Eingeschlossen können auch Kohlenwasserstoffe ähnlichen Siedepunktbereiches sein, die von der angeschlossenen Verkokungseinheit 92 gewonnen wurden. Das Kohlenwasserstoffmaterial wird durch die Leitungen 73 und 89 in die Leitung 115 und den Wärmeaustauscher 116 geleitet. Hier strömt das Material in indirektem Wärmeaustausch mit von dem Lösungsmittelhydrierungsreaktor durch die Leitung 117 abgezogenen heißen Hydrierungsprodükt. Das Material wird von einer Eingangstemperatur von etwa 38^UC (1OO°F) auf etwa 26O°C (500°F) bis auf eine Endtemperatur von etwa 316°C (600⁰F) bis etwa 399^oC(750°F) bei einem Überdruck von etwa 55 bis 2O7 bar (800 bis etwa 3000 psig) vorerhitzt. Das vorerhitzte Material wird aus dem Austauscher durch die Leitung 118 abgezogen und mit gekühlten Dämpfen,

die durch die Leitung 52A strömen, vereint. Dieser Dampfstrom schließt neues Material, das in das System durch die Leitung 119 und den Kompressor 120 zugeführt wird, ein. Ein nicht in der Zeichnung gezeigter Wärmeaustauscher wird im allgemeinen verwendet, um den frischen Wasserstoff durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Dampf in Leitung 130 oder einem ähnlichen Strom aufzuheizen. Je nach der Menge des zugegebenen frischen Wasserstoffes, der Wasserstofftemperatur und abhängig von anderen Faktoren kann der Wasserstoff-enthaltende Dampfstrom eine Temperatur in der Größenordnung von etwa 371 bis etwa 482°C (etwa 700⁰F bis etwa 900°F) haben. Die DampfStromtemperatur ist im allgemeinen etwas höher als die des Flüssigkeitsstromes in Leitung 118 und daher wird der Flüssigkeitsstrom durch die Zugabe des Dampfes weiter aufgeheizt. Die vereinten· Ströme können durch den Lösungsmittelhydrierungsreaktor-Vorheizofen 121 geschickt werden und gewünschtenfalls weiter bis auf eine Temperatur von etwa 399°C (75O°F) erhitzt werden. Die Menge der in dem Ofen zugeführten Wärme ist im allgemeinen verhältnismäßig gering und abhängig von dem Verhältnis, in dem der heiße Dampf und die Flüssigkeitszufuhr vermischt werden und von den Temperaturen dieser beiden Ströme und daher kann der Ofen in den meisten Fällen fortgelassen oder umgangen werden. Der vereinte Materialstrom, der auf die Lösungsmittelhydrierungstemperatur aufgeheizt wurde, wird aus dem Ofen.durch die Leitung 122 abgezogen und in die Hydriereinheit geführt.

Der in der Zeichnung gezeigte Lösungsmittelhydrierungsreaktor ist eine zweistufige von oben nach unten fließende Einheit und schließt eine Anfangsstufe 123, die durch eine Leitung 124 mit einer zweiten Stufe 125 verbunden ist, ein, jedoch kann man gewünschtenfalls andere Reaktortypen verwenden. Bei dieser Erfindung ist es erforderlich, den Lösungsmittelhydrierungsreaktor bei einem Druck,der etwas höher als der in dem Verflüssigungsreaktor 23 ist, und bei einer etwas

niedrigeren Temperatur als im Verflüssigungsreaktor zu betreiben. Die angewendete Temperatur, der Druck und die Raumgeschwindigkeit hängen in gewissem Maße von der Art des zugeführten Materialstromes ab, von dem für dieses Verfahren ausgewählten Hydrierungskatalysator und von anderen Faktoren. Im allgemeinen sind Temperaturen im Bereich zwischen etwa 288 und etwa 454°C (etwa 55O°F und etwa 85O°F) Überdrücke zwischen etwa 55 und etwa 206 bar (800 psig und etwa 3000 psig) und Raumgeschwindigkeiten zwischen etwa 0,3 und etwa 3 kg Material/Stunde/kg Katalysator geeignet. Die Menge an frischem Wasserstoff soll ausreichen, um im Reaktor einen durchschnittlichen Wasserstoffpartialdruck zwischen etwa 34 und 138.bar absolut (500 bis etwa 2000 psia) aufrecht zu halten. Im allgemeinen bevorzugt man eine mittlere Hydrierungstemperatur im Reaktor zwischen etwa 357 und etwa 399°C (etwa 675°F und etwa 75O°F), einen Überdruck zwischen etwa 103 und etwa 172 bar (etwa 1500 und etwa 2500 psig), eine stündliche Raumgeschwindigkeit der Flüssigkeit zwischen etwa 1 und etwa 2,5 kg Material/Stunde/kg Katalysator und eine Menge an frischem Wasserstoff, die ausreicht, um im Reaktor einen Durchschnittswasserstoffpartialdruck im Bereich zwischen etwa 62 und etwa 111 bar absolut ( etwa 900 und etwa 1600 psia) aufrechtzuhalten.

Es können alle- üblichen Hydrierungs- . .

katalysatoren bei dem Verfahren verwendet werden. Solche Katalysatoren umfassen typischerweise einen Aluminiumoxid- oder Siliziuradioxid-MumiMumoxidträger \ der ein oder mehrere Metalle der Eisengruppe und ein oder mehrere Metalle der Gruppe VI-B des Periodischen Systems in Form eines Oxids oder Sulfids enthält. Kombinationen von einem oder mehreren Oxiden oder Sulfiden von Metallen der Gruppe VI-B mit einem oder mehreren Oxiden oder Sulfiden von Metallen der Gruppe

VIII werden im allgemeinen bevorzugt. Typische Metallkombinationen, die in solchen Katalysatoren verwendet werden können, sind Oxide und Sulfide von Kobalt-Molybdän, Nickel-Molybdän-Wolfram, Kobalt-Nickel-Molybdän, Nickel-Molybdän und dergleichen. Ein geeigneter Katalysator ist z.B. ein hochmetallhaltiger sulfidischer Kobalt-Molybdän-Aluminiumoxid-Katalysator, der 1 bis 10 Gew.-% Kobaltoxid und etwa 5 bis 40 Gew.-% Molybdänoxid, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-% Kobaltoxid und 10 bis 30 Gew.-% Molybdänoxid enthält. Andere Metalloxide und -sulfide zusätzlich zu den besonders vorher erwähnten, insbesondere die Oxide von Eisen, Nickel, Chrom, Wolfram und dergleichen, können auch verwendet werden. Die Herstellung solcher Katalysatoren ist aus der Literatur und allgemein bekannt. Gewöhnlich werden die aktiven Metalle zu dem verhältnismäßig inerten Träger durch Imprägnieren aus wäßrigen Lösungen gegeben und daran anschließend wird der Katalysator zur Aktivierung getrocknet und calciniert. Geeignete Träger schließen aktiviertes Aluminiumoxid, aktiviertes Aluminiumoxid-Siliziumdioxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Bauxit, Bentonit, Montmorillonit und Mischungen dieser und anderer Materialien ein. Zahlreiche handelsübliche Hydrierungskatalysatoren, die von den verschiedenen Katalysatorherstellern erhältlich sind, können verwendet werden.

Die in den Hydrierungsreaktoren 123 und 125 stattfindende Hydrierungsreaktion ist eine exotherme Reaktion, bei welcher erhebliche Wärmemengen frei werden. Die Temperatur im Reaktor wird zur Vermeidung von Überhitzungen und Durchgehen der Reaktion oder einer zu starken Verkürzung der Lebensdauer des Katalysators überwacht, indem man die Temperatur der zugeführten Materialien kontrolliert und mittels eines gas-

förmigen Abschreckstromes/ der zwischen den beiden Stufen mittels der Leitung 126 eingeführt wird. Die Menge des in das System eingeführten Abschreckstromes hängt zum Teil von der Maximaltemperatur ab, welcher der Katalysator ausgesetzt werden darf ,von den Eigenschaften der dem Reaktor zugeführten zu reagierenden Materialien, der Temperatur des Abschreckstromes und von anderen Faktoren. Im allgemeinen bevorzugt man die Reaktionstemperatur an verschiedenen Niveaus innerhalb jeder Stufe des Reaktors mittels Thermopaare oder dergleichen zu überwachen und die Menge des zugeführten Materials und der zulässigen Abschreckung so zu regulieren, daß die Temperatur auf dem jeweiligen Niveau ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet. Indem man die Menge des durch die Leitung 122 zugeführten Materials und die Menge des Abschreckstromes, der durch die Leitung 126 geführt wird, immer dann erhöht, wenn die Temperatur im Reaktor zu hoch wird, kann die Gesamtreaktionstemperatur innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden. Wird die Hydrierungsreaktion im unteren Teil im Bereich von 291 bis 454°C (555°F bis 85O°F} durchgeführt, wie dies der Fall ist, wenn Kohleflüssigkeiten von verhältnismäßig niedrigem Gewicht und niedrigem Schwefel- und Stickstoffgehalt hydriert werden, so ist eine etwas größere Temperaturerhöhung zulässig als bei einem Fall, bei dem die Hydrierungsreaktion im oberen Teil des Bereiches durchgeführt wird. Verfahren der letztgenannten Art werden häufig für die Hydrierung von Flüssigprodukten mit verhältnismäßig hohen Schwefel- und Stickstoffgehalten und hohen spezifischem Gewicht angewendet. Die Optimaltemperatur und die anderen Bedingungen für das jeweils verwendete Rohmaterial und Katalysatorsystem können einfach bestimmt werden.

Der hydrierte, in der Lösungsmittelhydrierungseinheit gebildete Abstrom wird von der zweiten Stufe 125 der Einheit durch die Leitung 117 bei einer Temperatur im Bereich von

etwa 288 bis etwa 454°C (etwa 55O°F bis etwa 85O°F),vorzugsweise bei etwa 371 bis etwa 426°C (etwa 70O⁰F bis etwa 800⁰F) abgezogen und durch den Wärmeaustauscher 116 geführt, wo er auf eine Temperatur in der Größenordnung von etwa 26O°C bis etwa 371⁰C (etwa 500⁰F bis etwa 700°F) gekühlt wird und durchläuft dann die Leitung 127 zu dem Heißabscheider 128 der Losungsmittelhydrierung. Ein Überkopf-Gas strom wird von dem Abscheider bei einer Temperatur von etwa 316°C bis etwa 371°c (etwa 6OO°F bis etwa 700°F) durch die Leitung 130 abgezogen und dann in die Verflüssigungszone durch die Leitungen 130 und 150 rückgeführt. Dieser Gasstrom besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen, er enthält, jedoch auch einige Bestandteile, die im Naphthabereich sieden, Spuren von höheren Kohlenwasserstoffen und Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Chlorwasserstoff. In der Kreislaufleitung hat dieser Gasstrom einen Druck, der ausreicht, ihn in die Verflüssigungsstufe des Verfahrens rückzuführen . Das Gas fließt durch die Leitung 150 und wird in den Kohle-Lösungsmittel-Materialstrom entweder durch die Leitung 15 mit dem Ventil 12 oder durch die Leitung 18 mit dem Ventil 19 oder durch beide eingespritzt.

Der Abscheider wird normalerweise bei Überdrücken zwischen etwa 103 und etwa 172 bar (etwa 1500 bis etwas 2500 psig) betrieben. Die von dem hydrierten Abstrom in dem heißen Lösungsmittelhydrierungsabscheider 128 abgetrennten Flüssigkeiten werden durch die Leitung 134, enthaltend Druckminderungsventile 135, abgezogen. Der FlüssigsLrom fließt dann durch die Leitung 138 zu der. Lösungsmittelabstreif einheit 154. Hier werden die Flüssigkeiten zur Entfernung von Gas und von Materialien.im Siedebereich von Naphtha abgestreift,

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Der Überkopf -Dampfstrom wird durch die Leitung 155 abgezogen, im Wärmeaustauscher 156 gekühlt und durch die Leitung 157 in die Destillationstrommel· 138 geführt. Das durch die Leitung 159 abgezogene Gas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen, enthält jedoch auch einige, normalerweise flüssige Bestandteile im Siedebereich von Naphtha. Dieser Strom kann als Brennstoff oder für andere Zwecke verwendet werden. Der Flüssigkeitsstrom aus der Trommel 138 besteht hauptsächlich aus Materialien im Siebereich von Naphtha und wird zum Teil in den Abstreifer durch die Leitung 160 rückgeführt und zum Teil als Naphthaprodukt durch die Leitung 161 wiedergewonnen. Ein Strom aus saurem Wasser wird gleichfalls von der Destillationstrommel durch die Leitung 162 abgezogen und zu einer Wasseraufarbeitungsanlage geführt.

Ein oder mehrere Nebenströme mit Siedepunkten oberhalb des Naphthabereiches können geWUnschtenfa^s aus den Flüssigkeiten, die bei der Lösungsmittelhydrierung gewonnen wurden, gewonnen werden. Wird dies durchgeführt, so wendet man einen Vorheizofen, der in der Fig. nicht gezeigt wird, an, um die Flüssigkeiten von dem Heißabtrenner auf eine Temperatur im Bereich von etwa 343 bis etwa 427°C ((etwa 65O°F bis etwa 8OO°F) aufzuheizen und eine nichtgezeigte Fraktionierkolonne, die mit geeigneten Nebenstromabstreifern ausgerüstet ist, wird anstelle der Lösungsmittelabstreifeinheit 154 verwendet. Normalerweise werden jedoch Flüssigkeiten mit Siedebereichen oberhalb von Naphtha aus der Lösungsmittelabstreifeinheit als Bodenfraktion durch die Leitung 165 abgezogen. Ein Teil dieses Stromes wird durch die Leitung 12 zu der Aufschlämmungszubereitungszone 10 zurückgeführt und zur Herstellung der Kohle-Lösungsmittel-Auf schlämmung, die der Verflüssigungsstufe des Verfahrens zugeführt wird, verwendet. Der Rest des Flüssigkeitsstromes,

vorausgesetzt, daß die erhaltenen Verflüssigungsprodukte nicht schon früher als Produkt aus den Fraktionierkolonnen 55 und 76 abgezogen worden waren, können als Kohleverflüssigungsprodukte durch die Leitung 166 abgezogen werden.

Claims

HOFFMANN · ICITLE <& PARTNER

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-Wi) . DIPL.-ING. W.EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · Di PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEIlASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29S19 (PATHE)

31 802 o/fi

EXXON RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY Florham Park, N.J. /USA

Verfahren zur Kohleverflüssigung

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Kohle oder ähnlichen verflüssigbaren kohlenstoffhaltigen Materialien, bei dem kohlenstoffhaltige Feststoffe mit einem Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel und molekularem Wasserstoff unter Verflüssigungsbedingungen in einer Verflüssigungszone unter Bildung eines verflüssigter. Abstromes in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß man den verflüssigten Abstrom in einen heißen Dampfstrom und einen Flüssigkeitsstrom trennt.

90S 846/OS4t

Kohleflüssigkeiten in dem Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel-Siedebereich aus dem Flüssigstrom gewinnt, einen Teil des heißen Dampfstromes nach dem Kühlen und Waschen mit frischem Wasserstoff und mit den Kohleflüssigkeiten vereint und einen Lösungsmittelhydrierungszustrom bildet, einen Teil des heissen Dampfstromes, nach Kühlung zum Abschrecken der Hydrierungsreaktion verwendet, den Lösungsmittelhydrierungsstrom zu einer katalystischen Lösungsmittelhydrierungszone, die unter Lösungsmittelhydrierungsbedingungen gehalten wird^führt/ den hydrierten Abstrom aus der Lösungsmittelhydrierungszone gewinnt, den hydrierten Abstrom in eine dampfförmige Fraktion, enthaltend molekularen Wasserstoff und eine Flüssigfraktion trennt, und die dampfförmige Fraktion einschließlich molekularem Wasserstoff und wenigstens einen Teil der Flüssigfraktion zu der Verflüssigungszone rückführt.