DE2934842A1

DE2934842A1 - Verfahren zur gewinnung von fluessigen kohlenwasserstoffen durch kondensation von kohlenwasserstoffdaempfen.

Info

Publication number: DE2934842A1
Application number: DE19792934842
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Bernthaler; Sigfrid Dr.-Ing. 5270 Gummersbach Michelfelder
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1981-03-12
Also published as: GB2057491B; BR8005471A; GB2057491A; AU6173680A; CA1158581A; ZA804878B

Description

L. & C. Steinmüller GmbH 5270 Gummersbach, den 27.8.1979

Pa 7914

Patentanmeldung

"Verfahren zur Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen durch Kondensation von Kohlenwasserstoffdämpfen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen durch Kondensation von Kohlenwasserstoffdämpfen, die bei der thermischen Behandlung von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien nach vorheriger Zerkleinerung derselben zu Teilchengrößen -<. 10 mm entstehen, wobei die zur thermischen Behandlung notwendige Prozeßwärme über eine vollständige oder teilweise Schnei1 vergasung im Flugstrom von in einer Behandlungsstufe behandelten oder nicht behandelten Vergasungsstoffen bereitgestellt wird.

Es sind Verfahren bekannt, die auf der thermischen Behandlung von Kohlenstaub oder von feinkörnigen, bituminösen oder ölhaltigen Materialien in einer Entgasungsstufe beruhen. Die Bereitstellung der Prozeßwärme geschieht dabei auf verschiedene Art und Weise.

Bei einem ersten Verfahren wird so vorgegangen, daß

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die Prozeßwärire auf den zu entgasenden Kohlenstaub oder feinkörnigen, bituminösen oder ölhaltigen Materialien mittels eines mechanischen Mischorgans übertragen wird. Beim Einsatz backender Kohlen jedoch treten in dem Mischorgan Schwierigkeiten auf, die sich durch den mechanischen Vorgang bei diesem Mischorgan nicht beheben lassen. Überdies sind größere Kohlenstaubdurchsätze durch die ausführbare Apparategröße stark eingeschränkt. Die Übertragung der Prozeßwärme auf den Kohlenstaub erfolgt in dem Mischorgan über einen festen Wärmeträger, Koks, der als Teilstrom aus der ersten Verfahrensstufe bereitgestellt wird. Die übertragbaren Wärmemengen sind aber beschränkt, zum einen durch die Begrenzung des aus der ersten Verfahrensstufe stammenden Produktstromes und zum anderen durch die eingeschränkte Temperaturbelastbarkeit des Mischorgans.

Bei einem zweiten bekannten Verfahren erfolgt die Wärmeübertragung im Flugstrom. Hierbei wird, wie in dem Verfahren zuvor, die Prozeßwärme über den aus einer ersten Verfahrensstufe stammenden Feststoff bereitgestellt. Die Einbringung dieses Feststoffes, Koks, in die Entgasungsstufe erfolgt durch ein prozeßfremdes Fördermittel, wie beispielsweise Stickstoff, dessen Bereitstellung sehr kostenaufwendig ist.

Bei einem dritten, in der deutschen Patentschrift 2 621 941 beschriebenen Verfahren, erfolgt die Prozeßwärmeübertragung zur Pyrolyse von Gummi, insbesondere Altreifen, mittels mahlender Wärme— träger-FestkÖrper in einer rotierenden Retorte oder einem Drehofen unter Ausschluß von Luft bei Temperaturen zwischen 450 ° C und 650 ° C. Die

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Wärmeträger-Festkörper, vorzugsweise Tonerdekügelchen, werden in irgendeinem üblichen Erhitzer unter Verwendung von Rauchgasen ausreichend hoher Temperatur auf die Gummi-Pyrolysetemperatur erhitzt.

Den genannten Verfahren ist gemeinsam, daß die bei der Aufheizung des festen Prozeßwärmeträgers, Koks oder Tonerde-Festkörpers, entstandenen oder verwendeten Rauchgase vor der Einbringung des festen Wärmeträgers in die thermische Behandlungsstufe abgetrennt werden. Dadurch geht die fühlbare Wärme der Rauchgase für den thermischen Behandlungsvorgang verloren.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Ausbeute der bei einer thermischen Behandlung von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien gewinnbaren Kohlenwasserstoffdämpfe unter der Voraussetzung zu maximieren, daß die dafür benötigte Prozeßwärme auf eine verfahrenstechnisch günstige Art und Weise bereitgestellt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die gesamte für die thermische Behandlung von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien erforderliche Prozeßwärme der Behandlungsstufe direkt mit dem gesamten in einer im Flugstrom durchgeführten vollständigen oder teilweisen Schnellvergasung der in der Behandlungsstufe behandelten oder nicht behandelten Vergasungsstoffe erzeugten Produktstrom zugeführt wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Menge der zu

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behandelnden, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien das 0,3 bis 6-fache des aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstromes ist, und die während der thermischen Behandlung bei Temperaturen von 400 ° C bis 750 C, Verweilzeiten bis 5 s und Drücken von 1 bis 15 bar anfallenden Dämpfe nach vorheriger Abtrennung von festen Stoffen in einer weiteren Abkühlung außerhalb der thermischen Behandlungszone, vorzugsweise mittels fraktionierter Kondensation, auf ein Temperaturniveau < 350 ° C gebracht werden, bei dem anfallende Dämpfe aus dem Gas als flüssige Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise abgeschieden werden, und das vorgereinigte Gas und der abgetrennte Feststoff einer weiteren Verwertung zugeführt und/oder in den Schneilvergasungs- und/oder thermischen Behandlungsprozeß unter teilweiser Nutzung von Restwärme rückqeführt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß dem aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstrom von außen vor oder während ..der Zusammenführung mit den zu behandelnden, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien gas-, dampfförmige und/oder feste Stoffe zugeführt werden. Dies erfolgt mit dem Ziel, daß entsprechend der zu behandelnden Menge von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien ein für die Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen optimales Temperaturniveau in der thermischen Behandlungsstufe eingestellt wird.

Ferner ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, daß der Produktstrom in einzelne Teilströme

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aufgeteilt wird, und die Teilströme den zu behandelnden, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien während der thermischen Behandlung an unterschiedlichen Stellen in der thermischen Behandlungszone zugegeben werden- Damit wird verhindert, daß die Fraktionen kleiner Teilchengrößen der zu behandelnden, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien mit zuviel Prozeßwärme beaufschlagt werden, und daß dadurch bei der Wärmeübertragung deren Temperaturniveau über die gewünschte Behandlungstemperatur zu liegen kommt.

Es besteht nach der Erfindung auch die Möglichkeit, daß der Wasserstoffgehalt des aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstromes durch Zugabe von gas- oder dampfförmigen Stoffen, im besonderen Wasserdampf, auf mindestens 15 Vol% gehalten wird. Durch diese Maßnahme wird entsprechend der möglichen Verweilzeiten eine Hydrierung der behandelten und nicht behandelten, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien, wie beispielsweise die Hydrierung von Brennstoffschwefel zu Schwefelwasserstoff für eine im Vergleich zum Kohleumsatz überproportionale Brennstoffentschwefelung, begünstigt.

Verfahrenstechnisch ist es auch möglich, daß die dem aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstrom zugegebenen, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien einer Vorbehandlung unterzogen werden, wodurch es möglich wird, z.B. backende Kohlen durch Voroxidation ohne Betriebsschwierigkeiten in den Prozeß einzusetzen. Gleiches gilt auch für Medien der Schnellvergasung

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als Vergasungsstoff.

Nach der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß die Übertragung der Prozeßwärme bei der thermischen Behandlung von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien im Flugstrom oder in einer Wirbelschicht, vorzugsweise in einer zirkulierenden Wirbelschicht, erfolgt. In Abhängigkeit von den für den thermischen Behandlungsvorgang benötigten Verweilzeiten, Teilchengrößen und Aggregatzustände, wird der Behandlungsprozeß entweder im Flugstrom bei kurzen Verweilzeiten und vorzugsweise kleinen Teilchengrößen oder in der Wirbelschicht bei langen Verweilzeiten und vorzugsweise größeren Teilchengrößen durchgeführt.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Prozeßwärme für einen thermischen Behandlungsprozeß von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien insgesamt und direkt aus dem einem vorgeschalteten, im Flugstrom durchgeführten Schneilvergasungsprozeß stammenden Produktstrom genommen wird, werden die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren vermieden.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung

eine erste mögliche Ausführungs— form der Erfindung, wobei die thermische Behandlung von Kohlenstaub im Flugstrom erfolgt, und dieRestprodukte, Koks und Gas,

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einer Verbundanlage zugeführt werden;

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine zweite mögliche Ausführungsform der Erfindung, wobei die thermische Behandlung von Kohlenstaub im Flugstrom erfolgt, und die Restprodukte, Koks und Gas, einer Verbundanlage zugeführt werden;

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine dritte mögliche Ausführungsform der Erfindung, wobei die thermische Behandlung von Ölschiefer in einer Wirbelschicht erfolgt.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Verbundanlage erfolgt die Prozeßwärmebereitstellung in einem Schnellvergaser 1. Von dort gelangt die Wärme unmittelbar in einen Reaktor 2, dem wahlweise in 3 voroxidierter Kohlenstaub über die Leitung 4 zugegeben wird. Der aus dem Reaktor 2 austretende Produktstrom, der sich aus Koks, Gas und Kohlenwasserstoffdämpfen zusammensetzt, wird zunächst in eine Trennstation 5 geleitet, wo der Feststoff abgeschieden wird. Der Feststoff, Koks, kann seinerseits dem Schnellvergaser 1 über die Leitungen 18 und 6 ganz oder teilweise zugeführt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Koks über die Leitungen 19 und 7 einem Dampferzeuger 8 mit einer Dampfturbine 29 als Brennstoff zuzuführen, wobei der heiße Koks vorher in einem Wärmetauscher 9 mit der in der Leitung 10 geförderten Luft für die Schnellvergasung abgekühlt worden ist. Die aus der Trennstation 5 abgeführten Gas- und Dampfanteile des Produktstromes werden in eine Station 11 geleitet,

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wo die Kohlenwasserstoffdämpfe auskondensiert und über die Leitung 12 einer weiteren Verwertung zugeführt werden. Das verbleibende Gas wird über die Leitung 13 einer Gasreinigung 14 zugeleitet und über die Leitung 15 entweder einer Gasturbine oder als Brennstoff dem Dampferzeuger 8 zugegeben. Das in der Leitung 13 befindliche ungereinigte Gas wird als Teilstrom über die Leitung 17 als Trägergas dem aus der Trennstation 5 über die Leitung oder die Leitung 19 anfallenden Koks zugemischt und dem Schnellvergaser 1 über die Leitung 6 oder dem Dampferzeuger 8 über die Leitung 7 zugeführt.

Die in der Fig. 2 dargestellte Verbundanlage unterscheidet sich gegenüber der in der Fig. 1 dargestellten dadurch, daß dem Reaktor 2 die in der Schnellvergasung 1 bereitgestellte Prozeßwärme in Teilstroiren 20, 21, 22 zugegeben wird.

Dem aus der Schnei!vergasung 1 austretenden gasförmigen Produktstrom kann auch im Schnellentgaser 2 hergestelltes und evtl. im Wärmetauscher 9 erhitztes Gas über die Leitung 23 zugegeben werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, über die Leitung in den Schnellvergaser 1 direkt oder in den aus diesem austretenden Produktstrom Wasserdampf oder andere dampf- oder gasförmige Stoffe zuzugeben.

Das durch den Wärmeaustauscher 9 geführte Gas kann beispielsweise über die Leitung 25 einer Luftvorwärmung 26 zugegeben werden, um die ebenfalls über den Wärmeaustauscher 9 geführte Luft für die Schnellvergasung weiter vorzuwärmen.

In einer weiteren Verfahrensvariante wird ein

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Teilstrom von über die Leitung 6 rückgeführtem Gas und Koks über die Leitung 27 dem wahlweise in 3 voroxidierten, in der Leitung 4 transportierten Kohlenstaub zugemischt.

Ferner kann aus der Leitung 4 wahlweise in 3 voroxidierter Kohlenstaub über die Leitung 28 für den Anfahrvorgang oder als teilweiser oder vollständiger Ersatz von rückgeführtem Koks in den Schnellvergaser 1 eingeführt werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Anlage erfolgt die Prozeßwärmebereitstellung, wie in Fig. 1 und Fig. 2, ebenfalls in einem Schnellvergaser 1 durch Umsatz von behandelten oder nicht behandelten Vergasungsstoffen mit einen O.-haltigen Vergasungsmittel, z.B. Luft. Von dort gelangt die Wärme mit dem Produktstrom unmittelbar in einen Wirbelschicht-Reaktor 30, in den über Leitung 31 aufbereiteter, gegebenenfalls vorbehandelter Ölschiefer und über Leitung 32 eine Teilstrommenge des aus der Trennstation 5 anfallenden Feststoffes eingetragen wird. Der aus dem Reaktor 30 stammende Produktstrom, der sich aus Gas, Kohlenwasserstoffdämpfen und festen Stoffen zusammensetzt, wird zunächst in eine Trennstation 5 geleitet, wo der Feststoff abgeschieden wird. Dieser noch kohlenstoffhaltige Feststoff wird seinerseits ganz oder teilweise, teils als Vergasungsstoff, über Leitung 33 in den Schnellvergaser 1, teils über Leitung 32 dem Wirbelschicht-Reaktor 30, oder über Leitung 34 einer anderen Verwertung zugeführt. Die aus der Trennstation 5 abgeführten Gas- und Dampfanteile des Produktstromes werden in eine Station 11 geleitet, wo die Kohlenwasserstoffdämpfe auskondensieren. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe gelangen anschließend über Leitung 12, eine Teilstrommenge des Gases Ober

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Leitung 35, zu einer weiteren Verwertung. Die verbliebene Teilstrommenge des Gases wird als Trägergas über die Leitungen 36 und 37 dem aus der Trennstation 5 anfallenden, über die Leitungen 33 und 34 transportierten Feststoff zugemischt. Der Transport des Feststoffes in Leitung 32 von der Trennstation 5 zum Reaktor 30 erfolgt gegebenenfalls ebenfalls durch Zumischung von Trägergas über Leitung 38 oder mittels Schwerkraft.

Die Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, bestehen, am Beispiel Kohle erklärt, darin:

1. Kohle wird als Kraftwerkstoff vor ihrer energietechnischen Nutzung ihrer hochwertigen flüssigen Kohlenwasserstoffe entzogen.

2. Beim thermischen Behandlungsprozeß der Kohle

- Entgasung - wird durch die Verfahrensführung eine gleichzeitige Brennstoffentschwefelung erzielt, die zu einer wesentlich geringeren SOp-Belastung im Rauchgas der Feuerung des Dampferzeugers führt. Die Nachschaltung einer Rauchgasentschwefelungsanlage kann dadurch ebenfalls entfallen.

3. Durch das bei dem Behandlungsprozeß der Kohle gewonnene Gas schafft man die Möglichkeit, die Stromerzeugung im Kombiprozeß durchzuführen. Dies führt bekannterweise zu einer erheblichen Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades einer solchen Verbundanlage.

An Stelle von Kohle können beispielsweise auch noch andere öl- und bitumenhaltige Mineralien, kohlenwasserstoffhaltige Abfallstoffe und Biomassen zur Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen herangezogen werden.

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Leerseite

Claims

L. & C. Steinmüller GmbH 5270 Gurrmersbach, den 27.8.1979

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Patentansprüche

!./Verfahren zur Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen durch Kondensation von Kohlenwasserstoffdämpfen, die bei der thermischen Behandlung von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien nach vorheriger Zerkleinerung derselben zu Teilchengrößen -<C 10 mm entstehen, wobei die zur thermischen Behandlung notwendige Prozeß— wärme über eine vollständige oder teilweise Schnei]vergasung im Flugstrom von in einer vorgeschalteten Behandlungsstufe behandelten oder nicht behandelten Vergasungsstoffen bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte für die thermische Behandlung von flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltine Substanzen enthaltenden Medien erforderliche Prozeßwärme der Behandlungsstufe direkt mit dem gesamten, in einer im Flugstrom durchgeführten, vollständigen oder teilweisen Schnellvergasung der in der Behandlungsstufe behandelten oder nicht behandelten Vergasungsstoffe erzeugten Produktstrom zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Menge der

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zu behandelnden, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien das 0,3 bis 6-fache des aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstromes ist, und die während der thermischen Behandlung bei Temperaturen von 400 ° C bis 750 ° C, Verweilzeiten bis 5 s und Drücken von 1 bis 15 bar anfallenden Dämpfe nach vorheriger Abtrennung von festen Stoffen in einrr weiteren Abkühlung außerhalb der thermischen Behandlungszone, vorzugsweise mittels fraktionierter Kondensation, auf ein Temperaturniveau ■< 350 ° C gebracht werden, bei dem anfallende Dämpfe aus dem Gas als flüssige Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise abgeschieden werden, und das vorgereinigte Gas und der abgetrennte feste Stoff einer weiteren Verwertung zugeführt und/oder in den Schnellver— gasungs- und/oder thermischen Behandlungsprozeß unter teilweiser Nutzung von Restwärme rückgeführt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstrom von außen vor oder während der Zusammenführung mit den zu behandelnden, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien gas-, dampfförmige und/oder feste Stoffe zugeführt werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktstrom in einzelne Teilströme aufgeteilt wird, und die Teilströme den zu behandelnden, flüssige und feste Kohlen-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien während der ther-

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mischen Behandlung an unterschiedlichen Stellen in der thermischen Behandlungszone zugegeben werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffqehalt des aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstromes durch Zugabe von dampfförmigen, im besonderen Wasserdampf, und/oder gasförmigen Stoffen auf mindestens 15 Vol% gehalten wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem aus der Schnellvergasung anfallenden Produktstrom zugegebenen, flüssige und feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haItige Substanzen enthaltenden Medien einer für den thermischen Behandlungsvorganq vorteilhaften Vorbehandlung, wie beispielsweise bei backenden Kohlen einer Voroxidation, unterzogen werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Prozeßwärme bei der thermischen Behandlung von flüssige und

„ feste Kohlenstoff-Wasserstoff-haltige Substanzen enthaltenden Medien im i^lugstrom oder in einer Wirbelschicht, vorzugsweise in einer zirkulierenden Wirbelschicht, erfolgt.

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