DE2950482A1 - METHOD FOR IMPROVING THE PROPERTIES OF COAL LIQUID PRODUCTS AND SOIL PRODUCTS - Google Patents
METHOD FOR IMPROVING THE PROPERTIES OF COAL LIQUID PRODUCTS AND SOIL PRODUCTSInfo
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Description
ΙΙΟΙΛΚΜΛ'Λ'Ν · Ii I Ti, J^ Λ .VATfTNTOR ι·ΛΊ ι; χ'J1A ν \ww.rnΙΙΟΙΛΚΜΛ'Λ'Ν · Ii I Ti, J ^ Λ .VATfTNTOR ι · ΛΊ ι; χ'J 1 A ν \ ww.rn
DR. ING. E. HOFFMANN (1MC-1V76) · Dl Pt.-I MG. W. Γ Π I I. · D R. R If. N Al. K. Ii O F FMAN N · D I Pl.. I N G. V/. IF Il NDR. ING. E. HOFFMANN (1MC-1V76) · DI Pt.-I MG. W. Γ Π I I. · D R. RI f. N Al. K. Ii OF FMAN N · DI Pl .. IN G. V /. IF Il N
DH'l.-ING. K. ro CH St C · DR. RFR. MAT. D. HANStN ARABElLASTRAiSfMST1RNHAUS) · D-BOOOMIlIJCHFNiI · IClL Γ O TJ (OtV) 9) 10 67 . TE LF. X 05-2961? (ΓΛ1 Il F.)DH'l.-ING. K. ro CH St C · DR. RFR. MAT. D. HANStN ARABElLASTRAiSfMST 1 RNHAUS) · D-BOOOMIlIJCHFNiI · IClL Γ O TJ (OtV) 9) 10 67. TE LF. X 05-2961? (ΓΛ1 Il F.)
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EXXON R]]SEARCH AND ENGINEERING COMPANY, FLORIIAM PARK, N.J. / USAEXXON R]] SEARCH AND ENGINEERING COMPANY, FLORIIAM PARK, N.J. / UNITED STATES
Verfahren zur Vorbesserung dor Eigenschaften von Kohjoverf 1 üssiguncjsprodukten und -bodcnproduktenProcess for improving properties von Kohjoverf 1 liquid products and floor products
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der schweren Kohlefrnktionen und insbesondere eine Verbessei-ung der Löslichkeit der schweren Kohlefraktionen in üblichen Lösungsmitteln und Petroieumflüssigkeiten.The invention relates to an improvement in the heavy carbon fractions and in particular an improvement in the solubility of the heavy coal fractions in common solvents and petrochemicals.
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Bei Verfahren zur Kohleverflüssigung und ähnlicher kohlenstoffhaltiger Feststoffe wird das zuaeführte Materin] im al !gemeinen mit einem Kohlenwasserstoff 3 ösungsmi tLel und molekularem Sauerstoff bei erhöhtem Druck und Temeperatur in Berührung gebracht. Dadurch werden die komplexen hochmoleku] argev.'i chti gen Ausgangsmaterialien zu niedermolekulargewiehtigen Kohlenwasserstofflüssigkeiten und -gasen abgebaut. Diese werden aus dem Verflüssigungsabstrom gewonnen, wobei die schweren Verflüssigungsbodenprodukte, die normalerweise oberhalb etv;a 537°C (1OOO°F) sieden und im allgemeinen suspendierte Feststoffrückstände enthalten, zurückbleiben. Die Bodenprodukte der Verflüssigung können 50 oder mehr Gew.% der gesamten Verflüssigungsprodukte ausmachen.In processes for liquefying coal and similar carbon-containing solids, the material added is generally brought into contact with a hydrocarbon solvent and molecular oxygen at elevated pressure and temperature. As a result, the complex high molecular weight raw materials are broken down into low molecular weight hydrocarbon liquids and gases. These are recovered from the liquefaction effluent, leaving behind the heavy liquefaction bottoms, which normally boil above about 537 ° C (1,000 ° F) and generally contain suspended solids. The bottoms of liquefaction can make 50 or more wt.% Of total liquefaction products.
Die ilaupLanwondung von verflüssigter Kohle, insbesondere von hochr. i odondon Kohlef lü^si ykei ten, bestellt in Treibstof !"mischungen aus sowohl Kohle- als auch Pot roleumf lüssigkoiten. Leider sind Kohl.of 1 Ü3? J gkc lter., wie solche.1, ei; ο man durch Ilydrierungsver fahren erhält, nicht mit den Pctroleuinflusr.igkeLt.cn verträglich, so dass durch die Zugabe von geringen Mengen der Kohleflüssigkeiten zu den Petroleu'iiflüysiykeiten eine Ausfällung eintritt.The ilaupLanwondung of liquefied coal, especially of high r. i odondon Kohlef lü ^ si ykei th, ordered in Treibstof "blends of both coal and Pot lüssigkoiten roleumf Unfortunately Kohl.of 1 U3 J gkc older how such one, egg;!.?.. ο you drive through Ilydrierungsver is not compatible with the Pctroleuinflusr.igkeLt.cn, so that the addition of small amounts of the coal liquids to the Petroleu'iiflüysiyen leads to precipitation.
Ohne dv'iss hier eine bestimmte Theorie festgelegt werden soll, ist anzunehmen, dass die vorerwähnte Ausfällung erfolgt, weil die Kohleflüssigkeiten polarer sind als die Petroleumflüssigkeiten, und zwar aufgrund der Gegenwart von phenolischen und carboxylischen Funktionalitäten. Diese polaren Funktionalitäten bewirken eine intermolekulare Assoziierung zwischen anliegenden Kohleflüssigkeitsmolokülen und neigen dazu, die Kohleflüssigkeitsmoleküle durchWithout dv'iss a certain theory can be established here should, it can be assumed that the aforementioned precipitation occurs because the coal liquids are more polar than the Petroleum fluids due to the presence of phenolic and carboxylic functionalities. These polar functionalities cause an intermolecular one Association between adjacent coal liquid molecules and tend to carry the carbon liquid molecules through
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ein Netzwerk von Wasserstoffb.indungen ..neinandorzuhalten. Petroleumflüssigkeiten, die diese polaren funktionalen Gruppen nicht haben, können an dieser intermolekularen Asscziierunq nicht teilnehmen. Infolgedessen tritt eine Trennung ein und die Petroleum- und Kohleflüssigkeitcn trennen sich unter Ausbildung von deutlichen Schichten. a network of hydrogen bonds ... to keep one another. Petroleum fluids that these polar functional Groups don't have the ability to participate in this intermolecular Association does not participate. As a result occurs a separation and the petroleum and coal liquids separate with formation of distinct layers.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren zur Verbesserung der Bodenprodukte aus der Kohleverflüssigung ist schon vorgeschlagen worden. So ist es bekannt, dass man die Bodenprodukte pyrolysiercn kann, v;obei man Gase, weitere Kohlenwasserstoff.lüsslgkeitcn und Koks erhält, worauf man dann den Koks einer Dampfvergasung unterwirft unter Ausbildung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid für die Verwendung als Treibstoff (siehe US-PS 4 060 478). Ein andoi.v.-; Verfahren zur Verbesserung der Verf lüssicrungsbodunprodukLe wird in US-PS 4 089 772 beschrieben. Bei diesem Verfahren findet eine saurekat a 1 ya i er t"o C-A] kyllerinio oder C-Acyli eruiuj der liodenproduk to. ans der Kohlever£lüssJ-gur.'j vor dein Recycling dor Dodenfraktion in die Veri'lüssi·- gungsreakti.onszone s tatt.A variety of different methods of improving coal liquefaction soil products have been proposed. It is known, for example, that the bottom products can be pyrolyzed, i.e. gases, other hydrocarbon liquids and coke are obtained, whereupon the coke is subjected to steam gasification with the formation of hydrogen and carbon monoxide for use as fuel (see US Pat 4,060,478). An andoi.v.-; Processes for improving liquor base products are described in U.S. Patent 4,089,772. In this process, an acid cat a 1 ya i er t "o CA] kyllerinio or C-Acyli eruiuj of the iodine product to. Ans of the coal discharge before recycling of the doden fraction into the liquefaction reaction. onszone instead.
Diese zahlreichen Verfahren ergeben eine bessere Ausnutzung der Bodenprodukte der Kohleverflüssigung. Im nach, folgenden Kohloverf lüss igungs vor fahren worden jedoch Phenole aus der Kohle unter Bildung von Wasser ycEpalten.ini Verflüssigungsverfahren unter Anwendung von Wasserstoff findet daher ein sehr starker Verbrauch an Wasserstoff statt.These numerous processes result in better utilization of coal liquefaction bottoms. in the However, the following Kohlover approval has been given before driving Phenols from the coal with the formation of water ycEpalten.ini Liquefaction process using hydrogen there is therefore a very high consumption of hydrogen.
Bei dor Lösungsmittelextraktion von Kohle bleibt eineWith the solvent extraction of coal one remains
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hochmoiekulargewichtige unlösliche Fraktion der Kohle, die mein als unlösliche Kohleböden bezeichnet, zurück. Ähnlich wie die Bodenprodukte aus der Kohleverflüssigung kann man auch diese schwere Fraktion einer Reihe von Veredelungsverfahren unterwerfen, um eine verbesserte Ausbeute an Flüssigkeit zu erzielen.high molecular weight insoluble fraction of coal, which mine calls insoluble coal soils, back. Similar to the soil products from coal liquefaction One can also get this heavy fraction through a number of grafting processes subject to achieve an improved yield of liquid.
Erfindungsgemäss werden Funktionalitäten mit schwach sauren Protonen in Kohleflüsr.igkeiten und schweren Kohlefraktionen oder Bodenprodukten einer Alkylierung oder Acylierung unterworfen (die nachfolgend häufig als eine Sauerstoff- oder O-Alkylierung oder Sauerstoff- oder O-Acylierung bezeichnet wird). Zu schwach sauren Protonen gehören phenolische, carboxylische und Mercaptanfunktionalitäten. Die O-Aiky] ierung oder O-Acylierung wird am einfachsten unter Verwendung eines Phasenübergangsreagenzes und eines /Qkylierungs- oder Acylierungsmittcls durchgeführt. Das Phasenübergangsreagenz, das im Umlauf gefahren werden kann, ist z.B. eine quaternüre Aimnonium- oder Phosphoniumbasc (R.QOR"), wobei jedes R eine gleiche oder verschiedene Gruppe, ausgewählt aus C..- bis COf)-Alkyl und Cg- bis etwa C2o~Aryl bedeutet; Q Stickstoff oder Phosphor bedeutet und R" Wasserstoff, C-- bis etwa C-^-Alkyl, Aryl, Alkylnryl, Arylalkyl oder Acetyl bedeutet. Die Alkylierungs- und Acylierungsmittel werden durch die Formel R1X gekennzeichnet, worin R1 eine C^- bis C2o~ Alkyl- oder Acylgruppe und X die austretende Gruppe, ausgewählt aus einem Halogenid, Sulfat, Bisulfat, Acetat oder Stearat ist und wobei X an ein primäres oder sekundäres Kohlenstoffatom gebunden ist.According to the invention, functionalities with weakly acidic protons in coal liquids and heavy coal fractions or bottoms are subjected to alkylation or acylation (which is often referred to below as oxygen or O-alkylation or oxygen or O-acylation). Weakly acidic protons include phenolic, carboxylic, and mercaptan functionalities. The O-alkylation or O-acylation is most easily carried out using a phase change reagent and an alkylating or acylating agent. The phase change reagent that can be circulated is, for example, a quaternary ammonium or phosphonium base (R.QOR "), where each R is an identical or different group selected from C ..- to C Of) -alkyl and Cg- bis is about C 20 ~ aryl; Q is nitrogen or phosphorus and R "is hydrogen, C - to about C - ^ - alkyl, aryl, alkylnryl, arylalkyl or acetyl. The alkylating and acylating agents are characterized by the formula R 1 X, where R 1 is a C 1 -C 20 alkyl or acyl group and X is the leaving group selected from a halide, sulfate, bisulfate, acetate or stearate and wherein X is attached to a primary or secondary carbon atom.
0-alky.lierte und O-acylierte Kohleflüssiqkeiten und schwereO-alkylated and O-acylated carbon liquids and heavy
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Kohlefraktionen weisen in gewöhnlichem organischen Lösungsmitteln eine erhöhte Löslichkeit auf und sind mit Petrolcumflüssigkeiten besser verträglich als solche, die nicht so behandelt wurden.Coal fractions exhibit in common organic solvents increased solubility and are associated with petroleum fluids better tolerated than those that were not treated in this way.
Das erfindungsgoiiiiisse Verfahren kann vorteilhaft mit allen Bodenprodukten der Koh]everfJüssigung, unabhängig von deren Herkunft, vorgenommen v/erden.The process according to the invention can be used advantageously with all Soil products of the Koh] liquidation, regardless of their Origin, made v / earth.
Kohleflüssigkeiten und schwere Kohlefraktionen (Bodenprodukte) sind Materialien, die bei einer Vielzahl von Verfahren von Kohle entstehen, einschliesslich Hydrierverfahren oder einer Donor-Lösungsrni ttel-Reakti on, bei welcher man Koblef lüsr;igkei ten abdcstiJliert. Bodenprodukte der Kohleverflüssigung, die lediglich ein Nebenprodukt des Vei f.i ü.ss j gungr. verführen darstellen, stellen eine unerwünscht grosso Fraktion der gesamten Verflüssigungsproduktc dar. Ein typisches Vcrflüssigumjsverfahren unter Verwendung eines Wasserstoff-Donor-Lösungrmittels wird in US-PS 3 617 513 beschrieben.Coal liquids and heavy coal fractions (soil products) are materials that are used in a wide variety of processes from coal, including hydrogenation processes or a donor-solution reaction which one sticks out Koblef fluids. Soil products the liquefaction of coal, which is merely a by-product des Vei f.i ü.ss j gungr. seduce pose, pose a undesirably large fraction of the total liquefaction productc A typical liquefaction process under Using a hydrogen donor solvent in U.S. Patent 3,617,513.
Dodenprodukte, die bei der Lösung von Kohle anfallen, sind solche Rückstände, die man aus der Kohle bei einer Viel zf.hl von Lösungsmittelcxtraktionsvcrfahren erhält. Ein typisches Beispiel dieser Art wird in US-PS 3 607 716, die die Extraktion mit überkritischem Gas betrifft, beschrieben. Doden products that are produced when coal is dissolved, are such residues that one can get from the coal at a Much has been obtained from solvent extraction processes. A typical example of this type is described in U.S. Patent 3,607,716 relating to supercritical gas extraction.
Das hier beschriebene Alkylierungs- oder Acylierungsverfahren kann vorteilhaft mit allen schweren Kohlefraktionen, unabhängig von deren Herkunft, angewendet warden. Die hier verwendeten Bezeichnungen "Kohleböden" und "schwei-e Fraktionen" haben die gleiche Bedeutung und beziehen sich aufThe alkylation or acylation procedure described herein can be used advantageously with all heavy coal fractions, regardless of their origin. This one used terms "coal soils" and "sweat fractions" have the same meaning and relate to
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Kohlerückotände, die bei Kohlebchandlungsvorfahren, wie Kohleverflüssigung, Kohlclöslichmachung und dergleichen, anfallen. Bei gewissen Vergasungsverfahren fällt als Nebenprodukt Teer an und auch dies wird als ein Kohlerückstand angesehen, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden kann.Coal residues that are used in coal trading ancestors, such as Coal liquefaction, coal solubilization and the like, attack. In certain gasification processes falls as a by-product Tar on and this is also regarded as a coal residue, which according to the inventive method can be treated.
Beim erfindungsgemässen Verfahren werden Funktionalitäten mit schwach sauren Protonen in dem behandelten Material chemisch verändert. Zum Beispiel v/erden saure protonenha] t-ige Gruppen, wie phenolische Gruppen oder Carboxylgruppen, welche sehr polare funktionelle Gruppen darstellen, in relativ nicht-polare A'ther bzw. Ester überführt. Die chemische Umsetzung kann wie folgt dargestellt werden:In the process according to the invention, functionalities chemically changed with weakly acidic protons in the treated material. For example, acidic proton-containing groups, such as phenolic groups or carboxyl groups, which represent very polar functional groups, converted into relatively non-polar ethers or esters. The chemical conversion can be represented as follows:
Ar - OH + R1X —> Ar - OR1 Ar - OH + R 1 X -> Ar - OR 1
Ar - COOII + R1X > Ar - COOR1 Ar - COOII + R 1 X> Ar - COOR 1
worin R1 eine C1- bis etwa C2o-Alkyl- oder Acylgruppo bedeutet.wherein R 1 is a C 1 to about C 2o alkyl or acyl group.
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Uic 0-Alkylierung oder O-Acylierung von festen Kohlen durch Reagenticn, die als flüssige. Lösung vorliegen, wird erheblich durch die Verwendung eines Phasenübergangsmittels beeinflusst. Ein solches Reagenz hat sowohl einen liophilen als einen hydrophilen Teil und ist in der Lage, eine basische Spezies, -OR", von einer wässrigen Phase in sowohl eine feste als eine flüssige organische Phase zu überf(ihren, wobei R" entweder Wasserstoff oder eine Kohle enthaltende Funktionalität ist. Das Phasenüber gangsmittel kann katalytisch gebildet werden, wobei in diesem Falle das Verfahren als Phasenübergangskatalyse bezeichnet wird und eine bekannte Reaktion darstellt (siehe beispielsweise Journal of the American Chemical Society, Bd. 99, S. 3903-3909, 1977). Alternativ kann das Phasenüberg£ingsmittel auch in einer getrennten Stufe erzeugt werden und dann später bei der Alkylierungs- oder /icy.lierangsreaktion verwendet werden. Wendet man diese letztere Reaktion an, so kann die aktive Form des Reagenzes in einer nachfolgenden Stufe regeneriert werden. In beiden Fällen ist die gesamte chemische Umwandlung an der festen Kohle die gleiche. Ein allgemeines Schema dieser Umwandlung wird nachfolgend gezeigt:Uic O-alkylation or O-acylation of solid carbons by reagents that are considered liquid. Solution present becomes significant through the use of a phase change agent influenced. Such a reagent has both a liophilic and a hydrophilic part and is able to a basic species, -OR ", from an aqueous phase to both solid and liquid organic Phase, where R "is either hydrogen or a carbon-containing functionality. The phase over Access agent can be formed catalytically, in which case the process is as phase transition catalysis and is a known reaction (see, for example, Journal of the American Chemical Society, Vol. 99, pp. 3903-3909, 1977). Alternatively, the phase transition agent can also be used in a separate stage can be generated and then used later in the alkylation or /cy.lierangsreaktion. If you turn this If the latter reaction occurs, the active form of the reagent can be regenerated in a subsequent stage. In In both cases the total chemical transformation on the solid coal is the same. A general scheme this conversion is shown below:
->R.QX + M:0R" :; R.QOR" + M: X-> R.QX + M: 0R ":;R.QOR" + M: X
Kohle-H + R4QOR11 > KOhIe-QR4 + R11OHCarbon-H + R 4 QOR 11 > KOhIe-QR 4 + R 11 OH
KOhIe-QR4 + R1X > Kohle-R1 + R4QXKOhIe-QR 4 + R 1 X> Coal-R 1 + R 4 QX
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Das Phasenübergangsmittel ist vorzugsweise eine quaternäre Formel der Formel R4QOR11, worin jedes R gleiche oder verschiedene Gruppen, avisgewählt aus der Gruppe, bestehend aus C.- bis C2f-, vorzugsweise aus C1- bis C,--Alkyl,und Cg- bis etwa C20-, vorzugsweise Cß- bis etwa C12~Arylgruppen, darstellt; Q Stickstoff oder Phosphor, vorzugsweise Stickstoff bedeutet, und R" ausgewählt ist aus Wasserstoff, Cj- etwa C10-, vorzugsweise C1- bis Cg-Alkyl-, Aryl-, Alkyl aryl-, Arylalkyl- und Acetylgruppen, vorzugsweise einer C1- bis C^-Alkylgruppe und insbesondere Wasserstoff. Das Phasenübergangsmittel kann durch Umsetzung des entsprechenden quaternären Salzes R.QX mit einer Metallbase MOR" gebildet werden, worin X ein Halogenid, Sulfat, Bisulfat, Acetat oder Stearat bedeutet. Vorzugsweise ist X ein Halogenid, ausgewählt aus Chlor, Brom und Jod, und insbesondere Chlor. M wird aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen ausgewählt und ist vorzugsweise Natrium oder Kalium. Wie oben gezeigt, wird die quaternäre Base jn.it den sauren Gruppen in der Kohle umgesetzt, die wiederum mit wenigstens einem Alkylierungs- oder Acylierungsmittel der Formel R1X reagieren, worin R1 C1- bis etwa C9n-Alkyl- oder Acylgruppen bedeuten und X die vorher angegebene Bedeutung hat und X an ein primäres oder sekundäres Kohlenstoffatom gebunden ist. Vorzugsweise ist R' ein inerter Kohlenwasserstoff, d.h. eine Kohlenwasserstoffgruppe, enthaltend nur Wasserstoff und Kohlenstoff, obwohl Kohlenwasserstoffgruppen mit anderen Funktionalitäten auch für die vorliegende Anwendung geeignet sein können, jedoch weniger wünschenswert sind. Dabei bleibt festzustellen, dass das saure Proton H (Wasserstoffatom) im allgemeinen bei höherwertigen Kohlen an phonolischen Gruppen lokalisiert ist und bei minderwertigen Kohlen anThe phase change material is preferably a quaternary formula of formula R 4 QOR 11, wherein each R is same or different groups, avisgewählt from the group consisting of C.- -C 2f -, preferably C 1 - to C, - alkyl, and Represents Cg to about C 20 , preferably C β to about C 12 aryl groups; Q is nitrogen or phosphorus, preferably nitrogen, and R "is selected from hydrogen, Cj- about C 10 -, preferably C 1 - to Cg-alkyl, aryl, alkyl aryl, arylalkyl and acetyl groups, preferably a C 1 The phase change agent can be formed by reacting the corresponding quaternary salt R.QX with a metal base MOR ", in which X is a halide, sulfate, bisulfate, acetate or stearate. X is preferably a halide selected from chlorine, bromine and iodine, and in particular chlorine. M is selected from the group consisting of alkali metals and is preferably sodium or potassium. As shown above, the quaternary base is reacted with the acidic groups in the carbon, which in turn react with at least one alkylating or acylating agent of the formula R 1 X, in which R 1 is C 1 to about C 9n alkyl or acyl groups and X has the meaning given above and X is bonded to a primary or secondary carbon atom. Preferably, R 'is an inert hydrocarbon, ie, a hydrocarbon group containing only hydrogen and carbon, although hydrocarbon groups with other functionalities may also be suitable for the present application but are less desirable. It remains to be seen that the acidic proton H (hydrogen atom) is generally localized to phonolic groups in higher-quality coals and on in inferior coals
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Caj-hoxyjcj'upjjcn. Das saure Proton kann auch in einem geringeren Aunnass an Schwefel, Stickstoff und dergleichen gebunden sein.Caj-hoxyjcj'upjjcn. The acidic proton can also be in a lesser one Aunno of sulfur, nitrogen and the like be bound.
Phüijonübercjanysi'.u ttel, wie eine quatornäre Ammoniumbase (R1OuR") sind bei der O--Alkylierung und O-Acylierung der Kohle sel:r v.'irknam. Diese O-Alkylierungs- und O-Acylieruncjureaki-ionen sind erfolgreich, weil der -OR"-Teil des Moleküls in einem organischen Medium löslich ist. Wenn diese Base .in einen solchen Medium vorliegt, wird sie nieht durch Wasser oder andere stark polare Moleküle so]Ve.·ti siert. Jm unsolvatisierten Zustand kann sie dann «ehr v;i)knam als Protonenübergangsreagenz reagieren. Ein )j("'i:y\>.iv.). ist folgernde GJeiehung:Phüijonübercjanysi'.u ttel, like an equatorial ammonium base (R 1 OuR ") are in the O-alkylation and O-acylation of carbon sel: r v.'irknam. These O-alkylation and O-acylation jureaki-ions are successful because the -OR "part of the molecule is soluble in an organic medium. If this base is present in such a medium, it is not oxidized in this way by water or other strongly polar molecules. In the unsolvated state it can then react as a proton transfer reagent. A) j ("'i: y \>. Iv. ). Is an inferring affection:
(HoIiIe)-OII H OR" > (Kohle)-0 + R11OH(HoIiIe) -OII H OR "> (charcoal) -0 + R 11 OH
Di <-■;..>■ unsolv.'iti s.i crte liasc (auch alr> "nacktes Hydroxid" l.v I'..··.:.v;t , v.'or-i.n ]V: Kanrerstof f bedeutet) kr.nn eine Vielzahl von (Vyonionen halmen. Obwohl das Gegenion eine; der vorher erwähnten quaternären /uiunoniuiu- oder Phosphcniumspe-ζ ic.: s sein kann, sind bei der Durchführung der Erfindung auch andere geeignet, v,. D. "Kronenäther", Komplexe von Salzen, enthaltend das OR"-Anion, und Einschlussverbindungskomplexe nut einem Salz, enthaltend das OR"-Anion. Salze der ΓοπγιοΙ MOR", worin M die obige Bedeutung hat, ergeben nach einer Komplexbildung mit Kronenäthern eine Reaktivität, die ähnlich der ist, die man bei R.Q0R"-Verl2iiidungen findet. Di <- ■; ..> ■ unsolv.'iti si crte liasc (also alr>"nakedhydroxide" lv I '.. ··.:. V; t, v.'or-in] V : Kanrerstof f means ) kr.nn a variety of (Vyonionen Halmen. Although the counterion can be one of the aforementioned quaternary / uiunoniuiu- or Phosphcniumspe-ζ ic .: s, others are suitable in the practice of the invention, v,. D. " Crown ethers ", complexes of salts containing the OR" anion, and inclusion compound complexes with a salt containing the OR "anion. Salts of the ΓοπγιοΙ MOR", in which M has the above meaning, produce a reactivity after complex formation with crown ethers is similar to that found in R.Q0R "-visions.
Geinäss einej Ausführung si orm des erf indungsgemässen Verfahrens wird ein x.v.-eiphasiges Fest-rlüssig- oder Flüssig-Flüssig-System aus den Kohlebodenprcdukten oder denAccording to one embodiment of the method according to the invention becomes an x.v.-phase solid-liquid or liquid-liquid system from the coal soil products or the
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Kohleflüssigkeitun in flüssiger Suspension gebildet. Werden die Kohlenbodenprodukte erhitzt, so kann man sie zu feinen Teilchen zerkleinern, so dass sie Teilchen einer Grosse von weniger als etwa 6 mn (1/4 inch), vorzugsweise weniger als etwa 2,0 mm (8 mesh NBS Siebgrösse) und ganz besonders bevorzugt woniger eils etwa 0,17 mm (80 mo.sii) enthalten. Je kleiner die Tcilchengrösse, umso grosser ist die Oberfläche und umso schneller verläuft die Alkylierung oder Acylierung. Es ist infolgedessen wünschenswert, soviel wie möglich der Kohleoberfläche freizulegen, ohne dass die Kohlebodenprodukte als Staub oder feinste Teilchen verlorengehen oder dass die Wirtschaftlichkeit durch die Zerkleinerung in Frage gestellt wird. Darum werden Tellchengrösscn von mehr als etwa 0,0-1 mm (325 mesh) bevorzugt. Im FaIJe der Kohleflüssigkeiton kann man auch ejn Prcipbacen-ftystem aus der Kohlff 1 ü1·;.irjj-e.it nud einer wässrigen Pha.se, znsaninion mit einer JVtroleumf lüi"::i ■jkeit anv/cndcri.Carbon liquid is formed in liquid suspension. When the coal bottoms are heated, they can be crushed into fine particles such that they are particles less than about 6 mm (1/4 inch), preferably less than about 2.0 mm (8 mesh NBS screen size) and most particularly preferably contain about 0.17 mm (80 mo.sii). The smaller the particle size, the larger the surface and the faster the alkylation or acylation takes place. It is therefore desirable to expose as much of the coal surface as possible without losing the coal bottoms as dust or fine particles, or without compromising the economics of the comminution. Therefore, plate sizes greater than about 0.0-1 mm (325 mesh) are preferred. In FaIJe the Kohleflüssigkeiton can also ejn Prcipbacen-ftystem from the Kohlff 1 ü 1 ·; .irjj-e.it nud an aqueous Pha.se, znsaninion with a JVtroleumf lüi ":: i ■ jkeit anv / cndcri.
Es ist zwar nicht unbedingt erforderlich, jedoch luuin man gev;ünschtenf ul.l s ein Lösungsmittel zugeben. Das Lösungsmittel kann angewendet werden, um die al kyliert'n odor acyl j orten kohlenstoffhaltigen Produkte zu lösen oder um dar. Alkylierungs- oder Acylierungsmittel zu lösen (insbesondere wenn dieses Mittel ein Feststoff und verhaltnismässig unlöslich in Wasser ist). Das Lösungsmittel kann auch dazu dienen, eine bessere Vermischung zu bewirken. Viele der üblichen organischen Lösungsmittel können in üblichen Mengen, in Abhängigkeit von dem gewünschten Ergebnis, verwendet werden.It is not absolutely necessary, but you are luuin Add a solvent if necessary. The solvent can be used to locate the al kyliert'n odor acyl j to dissolve or represent carbon-containing products. To dissolve alkylating or acylating agents (especially if this agent is a solid and proportionate is insoluble in water). The solvent can also serve to effect better mixing. Many of the usual organic solvents can be used in usual amounts depending on the desired result will.
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Das angewendete Phasenübergangsmittel muss in beiden Phasen gelöst oder suspendiert vorliegen, so dass ein inniger Kontakt sowohl mit der organischen als auch der wässrigen Phase vorhanden ist. Im Laufe der Umsetzung wird sich dann dar; Phasenübergaiigsrnittei in beide die&er Phasen verteilen. Quaternäre Basen, die eine-·, der Verbindungen darstellen, die als Phasenübergangsmittel bei der Durchführung der Erfindung geeignet sind, haben die Formel R,QQR", worin R eine Alkylgruppe mit wenigstens einem Kohlenstoffatom und vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und ganz besonders bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen! ist, oder eine Arylgruppe mit G bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet,, sind eine Verbindungsphnne, die bei der vorliegenden*. Eine niedrige Anzahl an Kohlenstoffatomen wird bevorzugt, weil diese Verbindungen wasserlöslicher sind und aim den alkyl .i orten odor aoylicrten Koh] onboclonproäuktnn durch einfaches Auswaschen mit Wasser entfernt werden können. !Vi/: R-Gruppon können gleich oder verschieden sein. Bcifipiele für R-Gruppcn sind Methyl, Butyl, Phenyl und Koxadccyl. The phase transfer agent used must be dissolved or suspended in both phases so that there is intimate contact with both the organic and the aqueous phase. In the course of the implementation it will then turn out to be; Divide the phases into both phases. Quaternary bases, which are one of the compounds which are suitable as phase change agents in the practice of the invention, have the formula R, QQR ", where R is an alkyl group having at least one carbon atom and preferably 1 to 20 carbon atoms and most preferably 1 to 6 carbon atoms!, or an aryl group G is up to 12 carbon atoms ,, a Verbindungsphnne, which is in the present *. a low number of carbon atoms are preferred because these compounds are more water soluble and aim the alkyl .i locate odor aoylicrten Koh Onboclonal products can be removed by simply washing them out with water.! Vi /: R groups can be identical or different. Examples for R groups are methyl, butyl, phenyl and coxadccyl.
Beispiele für quaternäre, erfindimgsgemär.s anwendbare Ar.imoniumbasen sind:Examples of quaternary, inventively applicable Arimonium bases are:
*Lrfinuung als Phasenübergang.uiiittel verwendet* Continuation is used as a phase transition
wo τ/lonwhere τ / lon
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(1) Tctrabutylainmoniumbydroxid, (C.Ug).KOH (?.) Bonzyj hexadecyldimethylamruoniumhydroxid ,(1) Trabutylainmonium hydroxide, (C.Ug) .KOH (?.) Bonzyj hexadecyldimethylamruonium hydroxide,
(C6II5CIi2) ) C16H33) (CII3J2NOIl (3) Tetrabiitylphosphonimnhydroxid, (C/Hg)(C 6 II 5 CIi 2 )) C 16 H 33 ) (CII 3 J 2 NOIl (3) Tetrabiitylphosphonimnhydroxid, ( C / H g)
(4) ADOGLN 4G4, (Cg-C^) 4NOH, (ADOGEN ist ein Warenzeichen der Aid), ich ChcnJ cal Company, Metuchen, N. J. ) .(4) ADOGLN 4G4, (Cg-C ^) 4 NOH, (ADOGEN is a trademark of Aid), i ChcnJ cal Company, Metuchen, NJ).
Die Metallbase, die zur Umwandlung des quaterruiren Salzes in eine entsprechende Bane verwendet wird, ist eine Alkalioder Krdalkulibase, wie KaOH, KOH, Ca(OH)2 oder NaOCII3. Die Verwendung eines Alkoxidn- ermöglicht z.B. die Verwendung des entsprechenden Alkohols anstelle von Wasser, wn:; von Vorteil sein kann, bei der Behandlung von KoIjIebodonproduktcn unter solchen Bedingungen, bei denen Wasser unerwünscht ist.The metal base that is used to convert the quaternary salt into a corresponding bane is an alkali or alkali metal base, such as KaOH, KOH, Ca (OH) 2 or NaOCII 3 . The use of an alkoxide enables, for example, the use of the corresponding alcohol instead of water, wn :; May be of advantage in the treatment of KoIjIebodonproduktecn under such conditions, in which water is undesirable.
Bc-i Cf. : /iur.v;a!il dvr. A3.kyli erungs- oder 7vcylieruny:jJüil te] ::- mÜL»:".cjn zwei Überlegungen berücksicl)t.igt v.'erden. Erstens ist et. wünschenswert, längere Ketten an die Kohlef lüssigkoit.cn oder -bodenprodukte zu addieren, durch welche diese. Produkte petroleumä'hnlicher werden und deshalb löslicher in organischen Lösungsmitteln und verträglicher mit Petroleum!lüssigkeiten. /andererseits werden durch kürzere Ketten die alkylierten oder ecyliortei: Kolileflüssigkeiten oder -bodenprodukte flüchtiger. Am-scrdem sind kurzkettiqc Materialien weniger kostspielig und erhöhen dennoch die Löslichkeit.Bc-i Cf. : /iur.v;a!il dvr. A3.kyli erungs- oder 7vcylieruny: jJüil te] :: - MÜL »:". C j n two considerations are taken into account. First, it is desirable to attach longer chains to the carbon liquids or - to add soil products, through which these .products become more petroleum-like and therefore more soluble in organic solvents and more compatible with petroleum liquids. / On the other hand, the shorter chains make the alkylated or ecyliortei: colile liquids or soil products more volatile. On the other hand, short-chain materials are less expensive and yet increase solubility.
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Dei der O-Alkylierung kann das Kohlenstoffatom,an das die austretende Gruppe gebunden ist, entweder ein primäres oder sekundäres Kohlenstoffatom sein. Primäre Kohlenstoffhalogenide reagieren schneller als die entsprechenden sekundären Halogenide bei einer Phasenübergangs- oder phasenübergangskatalysierten Reaktion bei kohlenstoffhaltigen Materialien und sind infolgedessen bevorzugt. Obwohl die kohlenstoffhaltigen funktioneilen Gruppen auch noch andere Bestandteile haben können, wie Heteroatome, Arylgruppen und dergleichen, erfolgt die Bindung der kohlenstoffhaltigen funktioncllen Gruppe an den phenolischen oder carboxylischen SauerstoffIn the O-alkylation, the carbon atom to which the leaving group is bound to be either a primary or secondary carbon atom. Primary carbon halides react faster than the corresponding secondary halides in a phase transition or phase transition catalyzed reactions in the case of carbonaceous materials and are therefore preferred. Although the carbon-containing functional groups too may have other constituents, such as heteroatoms, aryl groups and the like, the bond takes place carbon-containing functional group on the phenolic or carboxylic oxygen
entweder durch ein sp -hybridisiertes Kohlenstoffatom (Alkylierung) oder ein sp -hybridisiertes Kohlenstoffatomeither by an sp -hybridized carbon atom (alkylation) or an sp -hybridized carbon atom
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(Acylieruny) · Eine Mischung von Alkylierungsmitteln oder Acylierungsmitteln oder eine Mischung aus beiden kann man vorzugsweise anwenden. Solche Mischungen werden in Kohleverarbeitungnanlagen in anderen Verfahrensstufen häufig gebildet und stellen daher eine Quelle für die Alkylierung:;- und/oder Acylierungsmittel dar. Beispiele für erfindungsgemäss geeignete Alkylierungs- oder Acylierungsmittel sind Äthyljodid, Isopropylchlorid, Dimethylsulfat, Benzylbromid und Acetylchlorid.(Acylieruny) · A mixture of alkylating agents or Acylating agents or a mixture of both can preferably be used. Such mixtures are used in Coal processing plants in other process stages frequently formed and therefore represent a source of alkylation and / or acylating agents. Examples for alkylating or acylating agents suitable according to the invention are ethyl iodide, isopropyl chloride, dimethyl sulfate, benzyl bromide and acetyl chloride.
Zwar kann man erfindungsgomäss Alkylierungs- und/oder Acylierungsini ttel anwenden, jedoch werden Alkylierungsmittel aus den folgenden Gründen bevorzugt. Erstens sind Alkylierungsmittel leicht aus den entsprechenden Kohlenwasserstoff vorlauf ern erhältlich. So kann man beispielsweise Alkylhaloganide einfach durch freiradikalische Halogenierung von Alkanen, einer bekanntem Verfahrensweise, herstellen. Wendet man ein System mit mehr als einem Alkylierungs- oder Acylierungsmittel an, so ist der Kohlenwasserstoffvorlaufor vorzugsweise ein Produktstrorii von gewissen Schnitten aus der Kohle- und Pelroleum-verarbeitung. Dieser Strom kann geringe Mengen an Komponenten mit unterschiedlicher Sättigung aufweisen, die gleichfalls für die Umsetzung mit phenolischen und carboxylischen Gruppen geeignet sind, solange wie X (mit der vorher angegebenen Bedeutung) an ein Alkyl oder an ein gesättigtes Kohlenwasserstoffatom in dem entstehenden Alkylierungs- oder Acylierungsmittel gebunden ist. Zweitens sind Acylierungsmittel gegenüber Hydrolyse anfällig. Da Wasser immer in Kohle vorhanden ist und auch beim erfindungsgcmässen Verfahren angewendet wird, kann ein gewisser Verlust des Acylierungsmittels durch Hydrolyse stattfinden. Dagegen zeigen Alkylierungsmittel nicht dieseAlthough you can according to the invention alkylation and / or Use acylating agents, however, alkylating agents are used preferred for the following reasons. First, alkylating agents are easily made from the corresponding hydrocarbon Leaders available. For example, you can easily replace alkyl halides with free radicals Halogenation of alkanes, a well-known procedure, produce. If a system with more than one alkylating or acylating agent is used, then is the hydrocarbon precursor is preferably a product stream from certain cuts from the coal and pelroleum processing. This stream can have small amounts of components with different saturation, the are also suitable for the reaction with phenolic and carboxylic groups, as long as X (with the previously given meaning) to an alkyl or to a saturated hydrocarbon atom in the resulting Alkylating or acylating agent is bound. Second, acylating agents are prone to hydrolysis. Since water is always present in coal and also in the case of the invention Method employed may involve some loss of the acylating agent through hydrolysis occur. In contrast, alkylating agents do not show this
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Empfindlichkeit gegenüber Hydrolyse.Sensitivity to hydrolysis.
Wird die O-Alkylierung oder O-Acylierung durch ein katalytisches Verfahren durchgeführt, so werden das quaternäre Salz, die Metallbase und ds Alkylierungs- :>der Acylierungsmittel direkt mit der Kohleflüssigkeit oder einer wässrigen Aufschlämmung der Kohlebodenprodukte vermischt. Der quaternäre Salzkatalysator kann in geringen Mengen, typiseherweise von etwa 0,05 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Menge der verwendeten Kohlebodenprodukte, angewendet werden, jedoch können auch grössere Mengen verwendet werden. Die Metallbase und das Alkylierungs- oder Acylierung.?- mittel müssen in wenigstens stöchiometrischen Mengen, bezogen auf die Anzahl der sauren Stellen (phenolisch, carboxylisch) in den Kohleflüssigkeiten oder -bodenprodukten vorhanden sein, jedoch werden sie vorzugsweise im überschuss angewendet, um die Reaktion zu vervollständigen. Vorti.'ilhafterweise wendet man einen zweifachen überschuss der Motallbase und des Alkylierungs- oder Acylierungsmittels an, wobei jedoch auch ein grösserer überschuss verwendet werden kann. Nach der Umsetzung kann man die überschüssige Base und den quaternären Salzkatalysator aus der Kohleflüssigkeit oder dem -bodenprodukt durch einfaches Wasser auswaschen und im Kreislauf führen, überschüssige Metallbaso kann gleichfalls durch Wasser ausgewaschen und dann wiederverwendet werden, überschüssiges Alkylierungs- oder Acylierungsmittel kann einfach aus dem behandelten Kohlematerial durch fraktionierte Destillation oder durch Lösungsmittelextraktion mit Pentan oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel entfernt und dann wiederverwendet werden.If the O-alkylation or O-acylation is carried out by a catalytic Procedure carried out, the quaternary salt, the metal base and the alkylating agent:> the acylating agent mixed directly with the coal liquid or an aqueous slurry of the coal bottoms. The quaternary salt catalyst can be used in small amounts, typically from about 0.05 to 10% by weight, based on the amount of coal bottoms used, but larger amounts can be used will. The metal base and the alkylation or acylation.?- agents must be in at least stoichiometric amounts, based on the number of acidic sites (phenolic, carboxylic) in the coal liquids or bottoms may be present, but they are preferably used in excess to complete the reaction. It is advantageous to use a twofold excess the metal base and the alkylating or acylating agent on, although a larger excess can be used. After implementation, you can use the Excess base and the quaternary salt catalyst from the coal liquid or bottom product by simply Wash out water and recycle excess Metallbaso can also be washed out by water and then reused, excess Alkylating or acylating agents can be easily obtained from the treated carbon material by fractional distillation or removed by solvent extraction with pentane or another suitable solvent and then be reused.
* waschen mit* wash with
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Um alle sauren Protonen in einer typischerweise bei einem katalytischen Verfahren verwendeten Kohleflüssigkeit oder einem -bodenprodukt umzusetzen, sind im allgemeinen weniger als 2 Tage für eine 100 %-ige Umsetzung erforderlich, wenn man nur einen geringen Überschuss an Alkylierungs- oder Acylierungsmittel und Kohlebodenprodukten einer Grosse von weniger als 0,17 mm oder Kohleflüssigkeiten bei Atmosphärendruck und Umgebungstemperatur behandelt. Ein grösserer Überschuss an Alkylierungs- oder Acylierungsmittel setzt die Reaktionszeit erheblich herab.To get all acidic protons in a carbon liquid or typically used in a catalytic process to convert a -floor product, less than 2 days are generally required for a 100% conversion, if you only have a small excess of alkylating or acylating agents and coal bottoms of a size less than 0.17 mm or carbon liquids at atmospheric pressure and temperature. A larger excess of alkylating or acylating agent reduces the response time considerably.
Eine schnellere Alkylierung oder Acylierung kann man auf verschiedene Weise bewirken. Eines der Verfahren besteht darin, dass man das Phasenübergangsreagenz (R.Q0R!:) direkt zu der Kohleflüssigkeit oder den -bocionprodukten gibt, anstelle einer in situ Bildung des Reagenz während der Reaktion, bei welcher die Kohlefraktionen alkyliert oder acyliert werden. Arbeitet man so, so kann man eine vollständige Umwandlung aller phenolischen und carboxyliGchen Gruppen in einigen Minuten erzielen. Die Menge der zugegebenen quaternären Base liegt im Bereich von etwa stöchior.ietrischen Anteilen bis zum etwa 10-fachen der Gesamtzahl der sauren Stellen in der Kohleflüssigkeit und/ oder den -bodenprodukten, die einer Alkylierung oder Acylierung unterworfen werden können. Wie vorher dargelegt, kann das gebildete quaternäre Salz in der Alkylicrungs- oder Acylierungsstufe wiedergewonnen und im Kreislauf mit frischer Metallbase umgesetzt werden unter Bildung der quaternären Base. Arbeitet man nach diesem Zweistufen-Verfahren, so besteht kein Kontakt zwischen der Metallbase und den Kohlebodenprcdukten und die Reaktion verlauft im wesentlichen in etwa 1 Stunde vollständig.Faster alkylation or acylation can be accomplished in a number of ways. One of the methods is to add the phase change reagent (R.Q0R ! :) directly to the carbon liquid or carbonic products instead of forming the reagent in situ during the reaction, in which the carbon fractions are alkylated or acylated. If one works in this way, a complete conversion of all phenolic and carboxylic groups can be achieved in a few minutes. The amount of quaternary base added ranges from about stoichiometric proportions to about 10 times the total number of acidic sites in the coal liquid and / or bottoms which can be alkylated or acylated. As stated above, the quaternary salt formed can be recovered in the alkylation or acylation step and reacted in the circuit with fresh metal base to form the quaternary base. If this two-step process is used, there is no contact between the metal base and the carbon bottom products and the reaction is essentially complete in about 1 hour.
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äüs einer anderen Ausführungsform wird eine Mischung aus den Kohleflüssigkeiten und den Petroleumflüssigkeiton und dem Alkylierungs- oder Acylierungsmittel mit einer wässrigen Lösung, die das Phasenübergangsmittel enthält, behandelt. Die Alkylierung oder Acylierung kann katalytisch oder nicht-katalytisch in der oben beschriebenen Verfahrensweise erfolgen.Another embodiment is a mixture from the coal liquids and the petroleum liquidson and the alkylating or acylating agent with an aqueous solution containing the phase change agent, treated. The alkylation or acylation can be catalytic or non-catalytic in the manner described above Procedure.
Die Temperatur, bei welcher die Umsetzung durchgeführt wird, kann zwischen Umgebungstemperatur bis zum Siedepunkt der verwendeten Materialien liegen. Eine Erhöhung der Temperatur erhöht selbstverständlich die Reaktionsgeschwindigkeit .The temperature at which the reaction is carried out can range from ambient temperature to the boiling point of the materials used. Increasing the temperature naturally increases the rate of the reaction .
Dar. Roiik't.ionsgemisch kann auf irgendeine Weise gerührt oder bewegt werden, um die Grenzfläche der Oberfläche zwischen den Phasen zu erhöhen und weil wässrige, organische Flüssig- und/oder feste Kohlebodenproduktphasen vorhanden ε i η d.Dar. Roiik'tion mixture can be stirred in any way or moved to the interface between the surface to increase the phases and because aqueous, organic liquid and / or solid coal bottoms phases are present ε i η d.
Die Umsetzung erfolgt unter Umgebungsdruck, wobei ein iichv.'ach erhöhter Druck (etwa 2 bis 20 Atmosphären) und Erhitzung zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit angewendet werden können. The reaction takes place under ambient pressure, with an iichv.'ach increased pressure (about 2 to 20 atmospheres) and Heating can be used to increase the rate of reaction.
Nachdem die Reagentien und das Lösungsmittel von den alkylioren oder acylierten Kohleflüssigkeiten oder -bodenprodukten entfernt worden sind, kann man durch Infrarotanalyse feststellen, dass bzw. ob alle Hydroxylgruppen alkyliert oder acyliert worden sind. Falls die zugegebene Alkyl- oder Acylgruppe IR-aktiv ist, beobachtet man eine entsprechende Infrarotfrequenz. Gewünschtenfalls könnenAfter the reagents and solvent are removed from the alkyl or acylated coal liquids or bottoms have been removed, one can determine by infrared analysis that or whether all hydroxyl groups alkylated or acylated. If the admitted If the alkyl or acyl group is IR-active, a corresponding infrared frequency is observed. If desired, can
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
andore bekannte Analysenmethoden angewendet werden. Die Endanalyse auf dem Prozentsatz von C, H. N. S und O ist so verändert, dass nie mit der erwarteten Veränderung aufyrund des zugegebenen Alkyl- oder Arylsubstituenten übereinstimmt. Beispielsweise zeigt die Erhöhung des H/C-Verhältnisses bei O-methylierten Kohlebodcnprodul'-ten aus Illinois Nr. 6 Kohle an, dass 3,5 Methylgruppen pro 100 Kohlenstoffatomen zu den Kohlebodenprodukten addiert worden sind. Das Il/C-Verhältnis bei unbehandel ten Kohlebodenprodukten aus Illinois Nr. 6 Kohle beträgt 0,754, während das H/C-Verhältnis nach Methylierung nach dem erfindungsg^inassen Verfahren 0,790 beträgt. Die therinograviirietriscne Ana'yse der methylierten Kohlebodenprodukte zeigt eine merkliche Erhöhung der flüchtigen organischen Bestandteile gegenüber den unbehandelten Kohlebodenprodukten an (40 "; gegenüber 3 8 S).andore known analytical methods are used. the Final analysis on the percentage of C, H. N. S and O is so changed that never with the expected change based on the added alkyl or aryl substituent matches. For example, increasing the H / C ratio in O-methylated carbon bottom products from Illinois No. 6 Coal states that adds 3.5 methyl groups per 100 carbon atoms to coal bottoms have been. The II / C ratio in untreated coal soil products from Illinois No. 6 coal is 0.754, while the H / C ratio after methylation according to the invention Method is 0.790. The therinograviirietriscne Analysis of the methylated coal bottoms shows a marked increase in volatile organic constituents compared to the untreated coal soil products at (40 "; opposite 3 8 S).
Werden Kohleflüssigkeiten behandelt, so zeigt die Erhöhung der, H/V-Verhü ] tn ! r.'.er, von O-mt^thylierten Kohleflüsiiigkeiten aus Illinois Nr. 6 Kohle an, dass 3,5 Methylgrujrji-n pro 100 Kohlenstoffatomen zu der Kohleflüssigkeit addiert wurden. Das H/C-Verhältnis von unbehandelter KohleflüsKigkcit aus Illinois Nt. 6 Kohle beträgt 1,004, während das H/C-Verhältnis nach der erfindungsgcmässen 0-Mothylicrung 1,037 beträgt. Die behandelten Kohleflüssigkeiten werden in üblichen organischen Lösungsmitteln löslicher. Beispielsweise erhöht sich die Löslichkeit (20°C) von O-methylierten Kohleflüssigkeiten in Cyclohexan von 11 % bei den unbehandelten Kohleflüssigkeiten auf 63 &.If coal liquids are treated, the increase in H / V prevention! r. '. er, von O-methylated coal liquids from Illinois No. 6 coal, that 3.5 methyl grujrji-n per 100 carbon atoms were added to the coal liquid. The H / C ratio of untreated coal liquor from Illinois Nt. 6 Coal is 1.004, while the H / C ratio according to the 0-Mothylicrung according to the invention is 1.037. The treated coal liquids become more soluble in common organic solvents. For example, the solubility (20 ° C) of O-methylated coal liquids in cyclohexane increases from 11% for the untreated coal liquids to 63%.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren alkylierten und acylierten Kohleflüssigkeiten sind mit Petroleumflüssigkeiten verträglich, wie durch die erhöhte Löslichkeit derThe alkylated by the inventive method and acylated coal fluids are matched with petroleum fluids compatible, such as the increased solubility of the
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alkyliertcn und acylicrtcn Kohlcflüssigkeiten in Petroleumflüssigkeiten gezeigt wird. Mischungen von erf indungsgeniäss behandelten Kohleflüssigkeiten mit Petroleurr.f lüssigkeiten weisen eine 'nöhero Stabilität auf.alkylated and acylated carbonic liquids in petroleum liquids will be shown. Mixtures of coal liquids treated according to the invention with petroleum liquids are more stable.
Die erlindunqugemasc behände] ten Kohlebodonprodukte können in das Verfahren, aus dem sie stammen, beispielsweise die Verflüssigung, Vergasung oder Löslichmachung, zurückgeführt werden. Die erhaltenen Flüsnigprodukte sind kompatibler als solche, die man von nicht -behande.1 ten Kohlebodenproduktcn erhält. Die Lösungsmittelextrahierbarkeit dor Kohlebödc.n wird nach der O-Alkyl.i erung oder O-Acylierung erheblich erhöht. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich wird, wird die Löslichkeit von Illinois Nr. 6 Kohlebodenprodukten in üblichen organischen Lösungsmitteln nach der Sauerstoffme thy I ie ι uikj erhöht.The lindunqugemasc handled carbon body products can in the process from which they originate, for example the Liquefaction, gasification or solubilization, recycled will. The liquid products obtained are more compatible than those that can be obtained from untreated coal soil products receives. The solvent extractability dor Kohlebödc.n becomes considerable after O-alkylation or O-acylation elevated. As can be seen from Table 1, the solubility of Illinois No. 6 coal bottoms in usual organic solvents according to the oxygen me thy I ie ι uikj increased.
allöl Iu Iallöl Iu I
I:: LÖSLICHKEIT (BL1I 1 ATMOSPHÄRE) (DMMF)I :: SOLUBILITY (BL 1 I 1 ATMOSPHERE) (DMMF)
Illinois Kr. 6 Kohlebodenprodukte Illinois Kr. 6 coal ground products
O-methylierte Illinois Nr. 6 KohlebodenprodukteO-methylated Illinois No. 6 Coal Soil Products
Toluoltoluene
TetrahydrofuranTetrahydrofuran
60 9.'S60 9.'S
Kohleflüssigkeiten, die man durch Lösungsmittelextraktion von erfindungsgemäss behandelten Kohlebodenprodukten erhält, weisen eine verbesserte Qualität und eine erhöhte QuantitätCoal liquids obtained by solvent extraction obtained from coal soil products treated according to the invention have an improved quality and an increased quantity
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[egenüber aus unbehandelter Kohle erhaltenen Kohleflücsig- :eiten auf.[compared to coal liquor obtained from untreated coal : open up.
iEISPIELEi EXAMPLES
Jeispiel 1Each game 1
3ine aus Illinois Nr. 6 Kohle nach dem Exxon-Donor-Lösnngcnitte!verfahren gewonnene Kohleflüssigkeit wurde wie folgt behandelt.3ine from Illinois No. 6 charcoal using the Exxon donor solution method recovered coal liquid was treated as follows.
fiin 250 ml Rundkolben wurde mit Stickstoff gespült und mit einen mechanischen Rührer ausgerüstet. Dann wurden vorgelegt: 5,0 g Kohleflüssigkeiten (343°C bis 566°C (65O-1O5O°F) aus einem Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel-Verflüssigungsverfahren von Illinois Nr. 6 Kohle), 0,25 g Tetrabutylairunoniumjodid, 50 ml Toluol (für Spektroskopierzwecke rein, mit Stickstoff gereinigt), 35 ml einer 20 %-igen wässrigen NaOH-Lösnng (gereinigt mit Stickstoff) und 11,0 g Jodomethan (unter kräftigem Rühren tropfenweise zugegeben. Eine Stickstoffatmosphäre wurde während 5 Tagen aufrechterhalten, bis man annahm, dass die Umsetzung vollständig verlaufen ist. Die Schichten wurden in einem ScheideLiichter getrennt. Die organische Schicht wurde 11 mal mit 150 cm -Anteilen Wasser gewaschen, um die basischen Anteile und den Katalysator zu entfernen. Das Toluol und restliches Jodomethan wurden im Vakuum bei 1000C abgezogen. fiin 250 ml round bottom flasks were flushed with nitrogen and fitted with a mechanical stirrer. Then were charged: 5.0 grams of coal liquids (343 ° C to 566 ° C (650-1050 ° F) from an Illinois No. 6 Hydrogen Donor Solvent Liquefaction Process), 0.25 grams of tetrabutylairunonium iodide, 50 ml of toluene (pure for spectroscopic purposes, purged with nitrogen), 35 ml of a 20% strength aqueous NaOH solution (purged with nitrogen) and 11.0 g of iodomethane (added dropwise with vigorous stirring. A nitrogen atmosphere was maintained for 5 days until it was assumed The layers were separated in a separating light. The organic layer was washed 11 times with 150 cm portions of water to remove the base and the catalyst. The toluene and residual iodomethane were vacuumed at 100 cm 0 C deducted.
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Die Löslichkeit (2O°C) des Kohleflüssigkejt-Vakuumgasöls in Cyclohexan erhöhte sich nach dem phasenübergangskatalysierten O-Methylierungsverfahren in Cyclohexan als Lösungsmittel von 11 % auf 63 %.The solubility (20 ° C) of coal liquid vacuum gas oil in cyclohexane increased after the phase transition catalyzed O-methylation process in cyclohexane as solvent from 11% to 63%.
Ks wurde eine Erhöhung der Löslichkeit des O-methylierten
KohJoflüssigkeit-Vakuumgasöls in einer Petroleumflüssigkeit
aus entschwefeltem Aruba-hochviskosem-Schweröl
gegenüber einem unbehandelten um 1 oder 2 Grössenordnungen beobachtet.Ks was an increase in the solubility of the O-methylated carbon liquid vacuum gas oil in a petroleum liquid made from desulphurized Aruba high viscosity heavy oil
compared to an untreated one by 1 or 2 orders of magnitude.
Beispiele 2 bis 5Examples 2 to 5
Phayeniiborqan qs]: ata lasierte AlkylierungPhayeniiborqan qs]: ata glazed alkylation
Die folgonden Umsetzungen wurden mit verschiedenen Kohleflü.sr;igkeiton
unter Verwendung der in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Reagentien in den angegebenen Mengen
durchgeführt.The following reactions were carried out with various carbon liquids using the reagents given in the table below in the amounts given
carried out.
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PHASENÜBERGANGSKATALYSIERTE REAKTIONENPHASE TRANSITION CATALYZED REACTIONS
O co O OO co O O
spielat
game
Definition der Symbole:Definition of symbols:
(1) B ist Banzylhexadecyldimethylamnoniumchlorid und T Tetrabutylammoniumchlorid; Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, bezogen auf das Gewicht der Kohleflüssigkeiten. (1) B is banzylhexadecyldimethylammonium chloride and T is tetrabutylammonium chloride; Percentages relate to the weight, based on the weight of the coal liquids.
(2) Gew.%, bezogen auf Metallbase in Wasser(2)% by weight, based on metal base in water
(3) Gew.%, bezogen auf die Kohleflüssigkeit(3)% by weight, based on the coal liquid
to Lnto Ln
roro
CD cn οCD cn ο
Beispiele 6 bis 14Examples 6-14
Bodenprodukte von Kohleverflüssigungen aus Illinois Nr. 6 und Wyodak-Kohlen wurden unter Verwendung der in der nachfolgenden Tabelle II genannten Reagentien in den angegebenen Mengen behandelt. In allen Fällen wurden die Reaktantnn 1 bis 2 Tage bei Umgebungstemperatur vermischt. Bottom products from coal liquefaction of Illinois Nr. 6 and Wyodak coal were treated using said in the following Table II reagents in the amounts indicated. In all cases the reactants were mixed for 1 to 2 days at ambient temperature.
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spielgame
Kohleverflüssigungen (1) Soil products
Coal Liquefaction (1)
mittelSolution
middle
tor (2)Catal
gate (2)
Illinois Nr. 6 (-80) CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
Illinois Nr. 6 (-80)
ICLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
I.
"OO.
"O
O co
O
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
NJ
CDO
NJ
CD
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
00O
00
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
COO
CO
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP Soil Products-
Illinois No. 6 (-80)
Illinois Nr. 6 (-80)CLPP soil products
Illinois No. 6 (-80)
Fortsetzung Tabelle IITable II continued
ο co o O NJ OJο co o O NJ OJ
O OO O OOO OO O OO
spiel!at
game!
KohleverflüssigungenFloor products
Coal liquefaction
mittelSolution
middle
tor (2)Catal
gate (2)
314 %i
314%
Range TarUS Steel Full
Range Tar
WyodakCLPP soil products
Wyodak
WyodakCLPP soil products
Wyodak
(1) per Ursprung der Kohlebodenprodukte wird angegeben; CLPP ist Kohleverflüssigungs-Pilot-Anlage; Maschengrösse in Klammern angegeben(1) the origin of the coal soil products is indicated; CLPP is coal liquefaction pilot plant; Mesh size given in brackets
(2) 3 ist Benzylhexadecyldimethylammoniumchlorid, A ist ADOGEN 464 und T ist Tetrabutylammoniumjodid. Gewichtsprozent bezogen auf kohlenstoffhaltiges Material(2) 3 is benzylhexadecyldimethylammonium chloride, A is ADOGEN 464, and T is tetrabutylammonium iodide. Weight percent based on carbonaceous material
(3) Gew.%, bezogen auf Metallbase in Wasser(3)% by weight, based on metal base in water
(4) Gew.%, bezogen auf Kohlebodenprodukte(4)% by weight based on coal soil products
0000
N) CDN) CD
cn οcn ο
-Ρ-OO N)-Ρ-OO N)
Im Falle von CLPP Bodenprodukten wurden 3,5 Alkylgruppen
zu jeweils 100 Kohlenstoffatomen zu der Probe zugefügt.
Das H/C-Verhältnis in jeder Probe erhöhte sich, je nach
der Kettenlänge in den zugegebenen Alkylgruppen. Die
O-alkylierten Bodenprodukte zeigten eine grössere Flüchtigkeit
und Löslichkeit in einer Vielzahl von Lösungsmitteln und waren wasserstoffreicher und weniger viskos als
die unbehandelten Boderprodukte.In the case of CLPP bottoms, 3.5 alkyl groups for every 100 carbon atoms were added to the sample.
The H / C ratio in each sample increased depending on
the chain length in the added alkyl groups. the
O-alkylated soil products showed greater volatility and solubility in a variety of solvents and were richer in hydrogen and less viscous than the untreated soil products.
Ein Vergleich zwischen unbehandelten Kohleverflüssigungsbodenprodukten und unmethylierten Kohleverflüssigungsbodenprodukten wird in Tabelle III gezeigt.A comparison between untreated coal liquefaction bottoms and unmethylated coal liquefaction bottoms is shown in Table III.
- 30 -- 30 -
030026/0808030026/0808
VERGLEICH ZViISCHEN ÜNBEHANDELTEN UND BEHANDELTEN KOHLEBODENPRODÜKTENCOMPARISON OF TREATED AND TREATED COAL SOIL PRODUCTS
O CO O O ro σ>O CO O O ro σ>
00 O 0000 O 00
bcder.produkteCoal-liquidity-
bcder.products
dukte aus der Kohlever
flüssigungO-ir.ethylated soil pro-
products from the coal supply
liquid
(Poise bei 232°C)apparent viscosity
(Poise at 232 ° C)
(poise be:i 316°C)apparent viscosity
(poise be: i 316 ° C)
i
I600+
i
I.
co Oco O
2950A822950A82
Tabelle Ijj zeigt eine dramatische Erniedrigung weichungspunktes und der Viskosität der Kohlebodenprodukte was eine verbesserte Verarbeitbarkeit bedeutet. Die Phasenübergangsalkylierung erhöht die flüchtigen organischen Anteile bei den Verflüssigungsbodenprodukten und erniedrigt den Siedebereich (Ί\ bzw. Tf), d.h. dass brauchbarere flüchtige organische Kohlebodenprodukte durch Destillation erhalten werden.Table Ijj shows a dramatic decrease in the softening point and viscosity of the coal bottoms, which means improved processability. The phase transition alkylation increases the volatile organic components in the liquefaction bottoms and lowers the boiling range (Ί \ or T f ), ie more useful volatile organic carbon bottoms are obtained by distillation.
030026/0808 ORIGINAL INSPECTED030026/0808 ORIGINAL INSPECTED
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---|---|---|---|
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