DE2952924A1

DE2952924A1 - Verfahren zum abtrennen von feststoffen von kohlenfluessigkeiten

Info

Publication number: DE2952924A1
Application number: DE19792952924
Authority: DE
Inventors: Norman Loren Allison Park Pa. Carr; Edgar Lee Gibsonia Pa. McGinnis
Original assignee: Gulf Research and Development Co
Current assignee: Gulf Research and Development Co
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1981-04-02
Also published as: NL7915025A; JPS55500182A; PL116326B1; ZA791250B; GB2043682A; WO1979000869A1; CA1116544A; AU523465B2; EP0004717A2; PL214620A1; US4132630A; EP0004717A3; GB2043682B; AU4496679A; FR2472603A1

Description

Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen von Kohlenflüssigkeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen suspendierter Kohlenmineralteilchen von Kohlenflüssigkeiten. Obwohl die suspendierten Teilchen hier als "Kohlenmineralteilchen" bezeichnet werden, wird festgestellt, daß der Ausdruck "Kohlenminerale" Mineralrückstände, unlösliche organische Substanzen oder eine Kombination dieser beiden Komponenten einschließt.

Mehrere Verfahren zur Herstellung entaschter flüssiger und/oder fester kohlenwasserstoffhaltiger Kraft- oder Brennstoffe aus Rohkohle befinden sich derzeit im Entwicklungsstadium. Eines dieser Verfahren ist als "Solvent Refined Coal" (SRC)-Verfahren bekannt. Dieses Verfahren beruht auf einem Lösungs- bzw. Solvatationsprozeß und ist in mehreren Patentschriften, wie der US-PS 3 884 794 (auf die hier ausdrücklich Bezug genommen

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Professional Representative before the European Patent Office

PojUdMdikonto M0nth.n Nr. 1W520-«05 ■ Drwdner Bonk München Nr. 79309W00 (BLZ 70080000)

-S-

wird), beschrieben. Beim SRC-Verfahren wird zerkleinerte Rohkohle mit einem hydroaromatische Verbindungen enthaltenden Lösungsmittel unter Kontakt mit Wasserstoff in einer ersten Zone bei hoher Temperatur und hohem Druck aufgeschlänunt, wodurch kohlenwasserstoffhaltige Kraft- oder Brennstoffe aus den Kohlenmineralen durch Übertragung von Wasserstoff von den Verbindungen des hydroarcmatischen Lösungsmittels zu dem in der Kohle enthaltenen kohlenwasserstof fhaltigen Material aufgelöst werden. Das Gemisch wird dann in eine zweite Zone übergeführt, in der das gelöste kohlenwasserstoffhaltige Material mit Wasserstoff reagiert. Das Lösungsmittel reagiert dabei ebenfalls mit Wasserstoff zum Ersatz des Wasserstoffverlusts in der ersten Zone. Das mit Wasserstoff angereicherte Lösungsmittel wird zurückgeführt. Die gelösten Kohlenflüssigkeiten enthalten suspendierte Teilchen von Kohlenmineralen und ungelöste Kohle. Die Teilchen sind sehr klein (einige haben Submikrongrösse) und lassen sich daher nur sehr schwer von den gelösten Kohlenflüssigkeiten abtrennen.

Nunmehr wurde gefunden, dass die Feststoffe von der Kohlenflüssigkeit rascher, als es sonst möglich wäre, abgetrennt werden können, wenn man die suspendierte oder dispergierte Mineralrückstandteilchen enthaltende Kohlenflüssigkeit vor der Abtrennung der suspendierten Partikel mit einem Calciumsalz versetzt. Die mit dem Calciumsalz versetzte Kohlenflüssigkeit kann dann einer beliebigen herkömmlichen Fest/Flüssig-Trennmethode, wie einer Filtration, Sedimentation bzw. Absitzung, Hydrozyklonbehandlung oder Zentrifugierung, unterworfen werden. Im Gegensatz zu einem Filterhilfsmittel, welches nur einen durch Filtration erfolgenden Trennvorgang auf mechanischem Wege fördert, begünstigt das erfindungsgemäss eingesetzte Calciumsalz sämtliche Methoden zur Feststoffabtrennung. Wegen der raschen Abtrennbarkeit der Feststoffe durch Filtration wird die Erfindung in den nachfolgenden Bei-

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spielen jedoch anhand der Filtrationsmethode näher erläutert.

Aus den nachfolgenden Beispielen ist ersichtlich, dass ein handelsübliches Diatomeenerde-Filterhilfsmittel die Filtriergeschwindigkeit einer Kohlenflüssigkeit nachteilig beeinflusst, wenn dieses Filterhilfsmittel der Kohlenflüssigkeit direkt als solches einverleibt wird. Die Erfahrung auf dem Gebiet der Kohleverflüssigung hat gezeigt, dass als Filterhilfen bekannte Materialien, welche den Filtriervorgang mechanisch beeinflussen, die Filtriergeschwindigkeit von Kohlenflüssigkeiten nur dann verbessern, wenn sie als Filtervorbeschichtungsmaterial angewendet werden. Die der Erfindung zugrundeliegende Feststellung, dass ein Calciumsalz (wie CaI-ciumcarbonat) die Filtriergeschwindigkeit von Kohlenflüssigkeiten verbessert, lässt erkennen, dass das Calciumsalz nicht als Filterhilfsmittel wirkt. Die nachstehenden Beispiele zeigen, dass die auf Calciumcarbonat zurückzuführende. Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit von der mit einem Filterhilfsmittel als Vorbeschichtungsmaterial erzielten Verbesserung verschieden ist und die letztere Verbesserung überlagern kann.

Aus den nachstehenden Daten geht klar hervor, dass die festgestellt vorteilhafte Wirkung des Calciumsalzzusatzes auf die Filtriergeschwindigkeit einer Kohlenflüssigkeit chemischer Natur ist, im Gegensatz zu dem mechanischen Effekt, welcher bei bekannten Filtriersystemen durch als herkömmliches Filterhilfsmittel fungierendes Calciumcarbonat ausgeübt wird. Nachstehend werden beispielsweise Daten angegeben, aus denen hervorgeht, dass Calciumcarbonat die Filtriergeschwindigkeit einer Kohlenflüssigkeit bei bei 204°C (400°F) durchgeführten Filtrationstests nicht erhöhte, bei entsprechenden, jedoch bei 260⁰C (500°F) durchgeführten Tests dagegen zu einer Erhöhung der Filtriergeschwindigkeit führte. Wenn die Wirkung des Calciumcarbonats jene eines herkömmlichen mechanischen Filterhilfsmittels wäre, hätte sich auch bei einer Filtrier-

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temperatur von 204 C (400 F) fine Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit ergeben.

Die bekannte Tatsache, dass die natürlich vorkommenden Minerale, welche in Kohlenflüssigkeiten suspendiert sind und während des Filtriervorgangs entfernt werden, einen beträchtlichen Anteil von Calciumsalzen (wie Calciumcarbonat) enthalten, ist ein weiteres Indiz dafür, dass das zugesetzte CaI-ciumsalz keinen mechanischen Einfluss auf den Filtrierprozess hat. Wenn die Wirkung mechanischer Natur wäre, würde das von Natur aus vorhandene Calciumcarbonat selbst als Filterhilfsmittel wirken. Die in der Kohlenflüssigkeit suspendierten natürlichen Minerale machen die Kohlenflüssigkeit extrem schwer filtrierbar, woraus hervorgeht, dass die Wirkung des zugesetzten Calciumsalzes auf einen anderen Faktor als die blosse Gegenwart von Calciumcarbonat in der Kohlenflüssigkeit zurückzuführen ist.

Obwohl keine Festlegung auf irgendeine Theorie beabsichtigt ist, kann in der Kohlenflüssigkeit eine chemische Wirkung aufgrund einer Reaktion des zugesetzten Calciumsalzes mit dem in der Kohlenflüssigkeit von Natur aus enthaltenen Kohlendioxid eintreten, welche zur Auskristallisation eines CalciumcarbonatUberzuges rings um die einzelnen suspendierten Kohlenmineralteilchen führt, wodurch die Teilchen vergrössert und leichter abtrennbar gemacht werden. Der Überzug kann sich auch um mehrere suspendierte Teilchen ausbilden, wobei Aggregate oder Klumpen von Teilchen entstehen. Das in den suspendierten Mineralteilchen natürlich vorkommende Calciumcarbonat kann einem Keimeffekt hinsichtlich der Kristallisation von frischem Calciumcarbonat ausüben, oder·, andere Minerale in den suspendierten Teilchen können die Kristallisation des Calciumcarbonats um die suspendierten Mineralteilchen katalysieren. Wenn das zugesetzte Calciumsalz Calciumcarbonat ist, kann aus diesem beim Vermischen mit oder Auflösen in der

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Kohlenflüssigkeit oder der nachstehend beschriebenen Vormisch-Kohlenwasserstofflüssigkeit Kohlendioxid freigesetzt werden, welches dann für die Rekristallisation verfügbar ist. Abgesehen von diesem freigesetzten CO₂ ist Kohlendioxid in der Kohlenflüssigkeit (unabhängig davon, ob die Flüssigkeit unter atmosphärischem oder überatmosphärischem Druck steht) in grosser Menge vorhanden, da es beim Kohleverflüssigungsprozess aufgrund der beträchtlichen Spaltung der Kohlenwasserstoffmolekülketten innerhalb der Kohle (welche in der Nachbarschaft der Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen, die ein schwaches Glied in der Kette darstellen, erfolgt) gebildet wird.

Es wurde ein Test durchgeführt, um aufzuzeigen, dass eine Kohlenflüssigkeitsumgebung geeignet ist, die Kristallisation von Calciumcarbonat herbeizuführen. Bei diesem Test wurde Tetrahydronaphthalin (Tetralin), welches eine wichtige Komponente eines zur Kohleverflüssigung verwendeten Lösungsmittels darstellt, mit Calciumacetat versetzt. Eine Kohlendioxidatmosphäre wurde bei der Temperatur und beim Druck der Kohleverflüssigung aufrechterhalten. Calciumcarbonat wurde gebildet und abfiltriert. Dieser Test zeigt, dass in einem zur Kohleverflüssigung dienenden flüssigen Lösungsmittel Calciumcarbonat ausgehend von einem Calciumsalz in Gegenwart von Kohlendioxid auskristallisiert.

Erfindungsgemäss kann jedes beliebige Calciumsalz verwendet werden, welches dazu befähigt ist, eine stabile und homogene Mischung oder Dispersion in der Kohlenflüssigkeit zu bilden und dadurch in die Lage versetzt zu werden, nach Umsetzung mit CO₂ in Form von Calciumcarbonat um einzelne suspendierte Mineralteilchen (oder Gruppen suspendierter Mineralteilcften) zu kristallisieren. Man kann auch ein kombiniertes Calciumsalz (Calciumdoppelsalz), wie Dolomit (CaCO₃₁MgCO₃), verwenden. Dolomit ist ein natürlicher Bestandteil von Kohlenmineralen.

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Zahlreiche Literaturstellen befassen sich mit der allgemeinen Verwendung von Calciumcarbonat als Filterhilfsmittel in anderen Systemen als Kohlenflüssigkeiten. Die US-PS 3 1 38 551 beschreibt z.B. ein Verfahren zur Filtration von alkalischen Laugen oder Flüssigkeiten, wobei Calciumcarbonatteilchen als Filterhilfsmittel verwendet werden. In dieser Patentschrift wird erwähnt, dass bei der Filtration von Natriumaluminatlauge die als "Aragonit" bekannte kristalline Form von CaI-ciumcarbcnat ein besseres Filterhilfsmittel als die als "CaI-cit" bekannte kristalline Form darstellt. Aus der Patentschrift geht ferner hervor, dass die Calcitteilchen klein sind und die Form von Kugeln mit einem einheitlichen.Teilchendurchmesser von etwa 2,5 um aufweisen, während die Aragonitteilchen grosser und nadelartig sind und eine Breite von etwa 1 bis 5 jum sowie eine Länge von etwa 5 bis etwa 40 um besitzen.

Da das Calciumcarbonat gemäss US-PS 3 138 551 als Filterhilfsmittel fungiert, war zu erwarten, dass die relativ grossen Aragonitteilchen wirksamer als die kleinen Calcitteilchen sind. Ein Filterhilfsmittel erfüllt die mechanische Funktion, dass es entfernte Teilchen am Filtermedium während des Filtriervorgangs im Abstand voneinander hält und so offene Strömungskanäle für die Flüssigkeit bereitstellt. Relativ grosse Filterhilfsmittelteilchen bewirken diesen mechanischen abstandswahrenden Effekt im allgemeinen besser aus als kleinere Teilchen. Im Gegensatz dazu übt das Calciumcarbonat bei der Filtration von Kohlenflüssigkeiten, wie erwähnt, eine chemische anstatt mechanische Wirkung aus. Da dieser chemische Effekt mit einer Reaktion und möglicherweise Auflösung des Calciumcarbonate verbunden ist, wäre zu erwarten, dass die Calcitform des Calciumcarbonats, welche eine kleinere Teilchengrösse hat, sehr wirksam sein würde. Die nachstehenden Beispiele zeigen, dass die Calcitform des Calciumcarbonats tatsächlich in sehr wirksamer Weise zu einer wesentlichen Beschleunigung der Filtriergeschwindigkeit von Kohlenflüssig-

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keiten führt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Filterhilfen, welche eine mechanische Wirkung ausüben, bei der die geringe Korngrösse des Calcits ungünstig wäre, stellt die Zugabe kleiner Calcitteilchen bei der Filtration von Kohlenflüssigkeiten einen günstigen Faktor dar.

Das bei den nachstehend erläuterten Filtriertests verwendete Calciumcarbonat ist das Handelsprodukt "Carbium". Es stellt praktisch zur Gänze in der Calcitkristallform vorliegendes Calciumcarbonat mit einem Reinheitsgrad von 96,6 % dar. Die Calcitteilchen haben einen Grössenbereich von 0,7 bis 9 jum (durchschnittlich 2 um) und werden von einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 44 um (325 mesh) zurückgehalten.

Die beim erfindungsgemässen Verfahren zuzusetzende Gewichtsmenge des Calciumsalzes (bezogen auf Volumen der mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit) hängt vom jeweiligen Calciumsalz ab, beträgt jedoch im allgemeinen etwa 1 bis 100 g/Liter, vorzugsweise etwa 1 0 bis 50 g/Liter. Obwohl das Calciumcarbonat der Kohlenflüssigkeit im allgemeinen als Stoffbeschickung vor der Filtration zugesetzt wird, kann es auch als Vorbeschichtungsmaterial (oder sowohl als Vorbeschichtungsmaterial als auch als Stoffbeschickung) angewendet werden. Wenn Calciumcarbonat als Calciumsalz eingesetzt wird, soll die Fest/ Flüssig-Trennung bei einer Temperatur oberhalb 204⁰C (>400 F), vorzugsweise oberhalb 218 oder 232⁰C (>425 oder 450°F), durchgeführt werden. Ausgezeichnete Resultate werden bei Temperaturen von mindestens 246 oder 260°C (475 oder 500⁰F) erzielt. Bei SRC-Druckfiltern können so hohe Filtriertemperaturen wie 316⁰C (600⁰F) angewendet werden. Das Calciumcarbonat kann bei derselben oder auch bei niedrigerer oder höherer Temperatur als die Temperatur der Fest/Flüssig-Trennstufe zugesetzt werden. Der Calciumsalzzusatz und die Feststoffabtrennung können bei Atmosphärendruck oder überatmosphärischem Druck erfolgen. Der Druck muss bei der FiI-

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tration einen die Filterfunktion gewährleistenden Wert er-

2 reichen und beträgt im allgemeinen 3,5 bis 42 kg/cm (50 bis

2 600 psi), vorzugsweise 7 bis 14 kg/cm (100 bis 200 psi).

Die Erfinder haben festgestellt, dass die durch direkten Zusatz eines Calciumsalzes zur Kohlenflüssigkeit erzielte Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit wesentlich gesteigert werden kann, indem man das Calciumsalz mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Öl (wie einer Erdöl- oder Kohlenflüssigkeitsfraktion) vormischt und das Gemisch der mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit zusetzt. Zur Herstellung der.Vormischung kann man eine beliebige Menge der kohlenwasserstoff haltigen Flüssigkeit verwenden, mit welcher das Calciumsalz eine stabile, homogene Mischung, Dispersion oder Lösung bilden kann. Natürlich ist die zur Herstellung der Vormischung herangezogene Flüssigkeitsmenge beträchtlich kleiner als die Flüssigkeitsmenge in der der Filtration unterworfenen nlineralhaltigen Aufschlämmung.

Eine relativ geringe Menge einer praktisch mineralfreien Kohlenflüssigkeitsdestillatfraktion kann mit Vorteil zur Herstellung der Vormischung verwendet werden. Nachstehend wird gezeigt, dass, wenn die erforderliche Calciumcarbonatmenge mit einer relativ geringen Menge des mineralfreien Kreislauflösungsmittels vorgemischt wird, welches zur SoI-vatisierung bzw. Lösung der filtrierten Kohlenflüssigkeit verwendet wird, die in einem Grundversuch unter direkter Zugabe von Calciumcarbonat ohne Vormischung erzielte Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit spürbar gesteigert wird. Dieser Effekt ist besonders überraschend, da die zur Vormischung des Calciumcarbonats verwendete Lösungsmittelfraktion etwa 70 Gew.-% der mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit, welche der Filtration unterworfen wird, umfasst. Obwohl das Vormisch-Lösungsmittel dem Lösungsmittelanteil der mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit entspricht, wird somit beim Grundtest, bei welchem festes Calciumcarbonat direkt

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der bereits dieses Lösungsmittel enthaltenden mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit einverleibt wird, eine geringere Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit erreicht. Die Vormisch-Flüssigkeit kann eine flüssige Kohlen- oder Erdölfraktion sein, deren Siedebereich innerhalb des Siedebereichs der der Filtration unterworfenen Kohlenflüssigkeit liegt, oder sie kann eine Flüssigkeit darstellen, deren Siedebereich sich unter den Siedebereich der filtrierten Kohlenflüssigkeit erstreckt. Am meisten bevorzugt wird eine Kohlenflüssigkeitsfraktion, von der die Kohlenminerale abgetrennt wurden.

Die zur Herstellung der Vormischung verwendete ölmenge kann im Vergleich zur Menge der filtrierten mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit unbedeutend sein. Die Menge des zur Vormischung verwendeten Öls muss nur zur Bildung einer stabilen und homogenen Mischung, Suspension oder Lösung mit dem CaI-ciumsalz ausreichen. Wenn eine höhere ölmenge zur Vormischung herangezogen wird, kann sie sich günstig auf die Filtriergeschwindigkeit aufgrund einer Verminderung der Viskosität der filtrierten Kohlenflüssigkeit auswirken. Der günstige Effekt der vorliegenden Erfindung kann jedoch erzielt werden, ohne dass eine so hohe ölmenge bei der Bildung der Vormischung verwendet wird, dass die Viskosität wesentlich beeinflusst wird. Die erfindungsgemässe Wirkung wird daher unabhängig von und zusätzlich zu irgendwelchen Viskositätseffekten erzielt.

Bei der Durchführung der Filtriertests der nachstehenden Beispiele wird ein innerhalb des Filterelements angeordnetes Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 163 um (90 mesh) bis zu einer Tiefe von 1,27 cm (0,5 in.) mit Diatomeenerde vorbeschichtet. Das Filterelement hat einen Innendurchmesser von 1,9 cm und eine Höhe von 3,5 cm sowie eine Oberfläche von

2
2,84 cm . Zur Verhinderung einer Verformung wird das Sieb auf einen massiven Rost gestellt. Zur Durchführung der Vorbe-

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schichtung wird eine 5gewichtsprozentige Suspension des Diatomeenerde-Vorbeschichtungsmaterials in einem leichten Weich-

2 macheröl unter einem Stickstoffdruck von 2,8 kg/cm (40 psi) auf das Sieb aufgedrückt. Die Vorbeschichtung erfolgt bei einer Temperatur nahe jener des anschliessenden Filtriervorgangs. Das resultierende poröse Bett des Vorbeschichtungsmaterials hat ein Gewicht von etwa 1,2 g. Nach der Abscheidung des Vorbeschichtungsmaterials wird Stickstoff etwa 1

2 bis 2 Sekunden bei einem Druck von etwa 0,35 kg/cm (etwa 5 psi) zur Entfernung von Leichtölspuren durch den Filter geblasen. Das Leichtöl fliesst in einen auf eine automatische Waage gestellten Behälter und wird darin gewogen, damit die Abscheidung der erforderlichen Menge des Vorbeschichtungsmaterials sichergestellt wird. Anschliessend wird das Leichtöl verworfen. Die Waage ist an ein Registriergerät für· den späteren Gebrauch angeschlossen, welches eine kontinuierliche (in 5 Sekunden-Abständen) gedruckte Aufzeichnung des gesammelten Filtrats als Funktion der Zeit liefert.

Eine 750 g-Probe vom unfiltrierten Öl ohne jeglichen Zusatz wird dann in einen als Vorratsbehälter dienenden getrennten Autoklaven gegeben. Das unfiltrierte Öl wird bei Temperaturen von 38 bis 54⁰C (100 bis 13O⁰F) gehalten und kontinuierlich gerührt. Das Rühren wird mit Hilfe von Zwei Turbinen eines Durchmessers von jeweils 5 cm durchgeführt. Die Achsgeschwindigkeit beträgt 2000 UpM. Zu Beginn der Filtration wird der Autoklaven unter einen vorbestimmten Stickstoffdruck von 2,8 bis 5,6 kg/cm (40 bis 80 psi) gesetzt. Das aus dem Autoklaven ausfliessende unfiltrierte öl strömt durch eine Vorheizschlange, deren Verweilzeit durch Betätigen von Ventilen geregelt wird und die am Einlass und Auslass mit Thermoelementen ausgestattet ist, mit deren Hilfe das den Filter erreichende ungefilterte öl bei einer gleichmässigen Temperatur gehalten wird. Das ungefilterte öl strömt vom Vorerhitzer zum Filter, wo ein fester Filterkuchen und ein Filtrat erhal-

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ten werden. Das Filterelement und der Filtererhitzer sind ebenfalls mit Thermoelementen ausgerüstet. Wie erwähnt, wird das Filtrat auf einer Waage aufgefangen, und sein Gewicht wird alle 5 Minuten automatisch festgehalten. Das Filtrat wird in einem sauberen Behälter aufgefangen.

Ferner werden Vergleichstests zur Bestimmung der Wirkung eines calciumcarbonathaltigen Zusatzes unter Verwendung des gleichen ungefilterten Öls, für das Filtrationswerte ermittelt wurden, durchgeführt. Zuerst werden das Rohrsystem und der Filter mit Stickstoff bei einem Druck von etwa 7 kg/cm (etwa 100 psi) vom ungefilterten Öl gereinigt. Der Zusatzstoff wird sodann in den das ungefilterte Öl enthaltenden Autoklaven (Vorratsbehälter) gegeben. Ein getrenntes Filterelement wird in der vorstehend beschriebenen Weise ausgerüstet und vorbeschichtet, und die Tests unter Anwendung eines Zusatzstoffs im ungefilterten öl werden in der in den nachstehenden Beispielen beschriebenen Weise durchgeführt. Nach jeder Filtration wird der Rückstand am Vcrbeschichtungsmaterial im Filter zur Entfernung des ungefilterten Öls mit Stickstoff gefüllt und mit einer geeigneten Flüssigkeit gewaschen.

Nachstehend wird eine Analyse einer bei den Tests der folgenden Beispiele verwendeten typischen ungefilterten SRC-Ausgangskohlenflüssigkeit angegeben. Obwohl in den Druckverminderungsstufen des Verfahrens etwas Leichtöl von der Ölbeschickung zum Filter übergeht, verliert das dem Filter zugeführte öl vor der Filtration nichts von seinem Feststoffgehalt.

spezifisches Gewicht bei 15,6⁰C (60⁰F): 1,15

kinematische Viskosität bei 98,9°C (21O⁰F): 24,1 io"⁶m²/s (24,1 cSt)

Dichte bei 15,6⁰C (60⁰F): 1,092

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Aschegehalt: 4,49 Gey.-%
Pyridinunlösliche: 6,34 Gew.-% Destillation gemäss ASTM D1160

%	Temperatur, ⁰C (⁰F) bei 1 Atm
5	270 (518)
10	285 (545)
20	297 (566)
30	317 (602)
40	341 (645)
50	■ 368 (695)
60	,409 (768)
70	487 (909)

71-Gewinnung

sämtlicher destillierbarer Anteile erfolgt bei
466°C (925°F)

Beispiel 1

Eine Aufschlämmung einer einen Mineralrückstand enthaltenden Kohlenflüssigkeit wird bei 26O⁰C (500⁰F) und einem Filterdruckabfall von 5,6 kg/cm (80psi) filtriert. Die bei diesen Tests filtrierte Kohlenflüssigkeit ("Ausgangsmaterial A") wird mit und ohne Zusatz von Calcit filtriert. Bei dem unter Zusatz von Calcit durchgeführten Test wird der Calcit in die Kohlenflüssigkeit ohne Vormischung bei Raumtemperatur eingestreut und die Flüssigkeit wird dann gerührt. Anschliessend wird das Gemisch auf die Filtriertemperatur erhitzt. Der Calcit bildet eine homogene Mischung oder Dispersion. Die nachstehend angegebenen Filtriergeschwindigkeiten gelten für die erste Minute der Filtration.

Filtriergeschwin-Kohlenflüssigkeit Zusatz, Gew.-% digkeit, g/min

Ausgangsmaterial A keiner 4,5

Ausgangsmaterial A Calcit, 2,7 % 5,8

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Zusatz,	Gew.-%	Filtriergeschwin- digkeit, g/min
keiner		4,5
Calcit,	- λ α/ I » J ^	6,8
Calcit,	<£ » / 7»	5,7

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Die Ergebnisse zeigen, dass bereits der reine Calcitzusatz die Filtriergeschwindigkeit wesentlich verbessert.

Beispiel 2

Die Filtrierbedingungen dieses Beispiels entsprechen jenen der Tests von Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die den Calcit enthaltende Kohlenflüssigkeit vor der Filtration 60 Minuten bei der Filtriertemperatur gehalten wird.

Kohlenflüssigkeit
Ausgangsmaterial A Ausgangsmaterial A Ausgangsmaterial A

Ein Vergleich des mit 2,7 % Calcit durchgeführten Tests dieses Beispiels mit Beispiel 1 zeigt, dass ähnliche Resultate unabhängig davon erzielt werden, ob das calcithaltige, dem Filter zugeführte Ausgangsgemisch 60 Minuten vor der Filtration bei der Filtriertemperatur gehalten wird oder nicht.

Beispiel 3 *

Es werden Filtriertests unter Verwendung einer einen Mineralrückstand enthaltenden Kohlenflüssigkeit ("Ausgangsmaterial B") durchgeführt. Die Temperatur der KohlenflUssigkeit während der Filtriertests beträgt 260⁰C (500⁰F) und der Druckabfall über den Filter 5,6 kg/cm (80 psi). Ein Test wird ohne Filterhilfsmittel durchgeführt, während ein anderer Test nach Suspendieren eines Diatomeenerde-F^lterhilfsmittels in der Kohlenflüssigkeit vorgenommen wird. Bei dtn Tests wird der Filter in der vorgenannten Weise mit einem Filterhilfsmittel vorbeschichtet. Die nachstehend angegebenen Filtriergeschwindigkeiten gelten für die erste der Filtration.

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ORIGINAL INSPECTED

Filtriergeschwin-Kohlenflüssigkeit Zusatz, Gew.-% digkeit, g/min

Ausgangsmaterial B keiner 3· 9

Ausgangsmaterial B Diatomeenerde, 2,4

1 %

Die obigen Resultate zeigen, dass ein als solches zugesetztes Diatomeenerde-Filterhilfsmittel die Filtriergeschwindigkeit negativ beeinflusst. Es ist bekannt, dass Filterhilfen, welche eine mechanische oder nicht-chemische Wirkung ausüben, sich bei der Filtration von Kohlenflüssigkeiten nicht günstig auswirken, wenn sie als solche zugegeben (d.h. mit der zum Filter strömenden Ausgangsflüssigkeit vermischt) werden. Ferner ist bekannt, dass Filterhilfen mit mechanischer Wirkungsweise bei Anwendung als Filtervorbeschichtungsmaterial die Filtration von Kohlenflüssigkeiten begünstigen.

Beispiel 4

Es werden weitere Filtriertests unter Verwendung einer mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit ("Ausgangsmaterial C") durchgeführt, um die Wirkung verschiedener nicht-reaktiver Materialien mit jener von nicht-vorgemischtem Calcit auf die Filtriergeschwindigkeit der Kohlenflüssigkeit zu vergleichen.

Die Tests werden mit der Kohlenflüssigkeit bei 26O⁰C (500⁰F).

und einem Filterdruckabfall von 5,6 kg/cm (80 psi) vorgenommen. Bei allen Tests wird der Filter in der vorgenannten Weise mit einem Filterhilfsmittel vorbeschichtet. Die nachstehend angegebenen Filtriergeschwindigkeiten gelten für die erste Minute der Filtration.

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	Zusatz, Gew.-	- +5 -	2952924
Kohlen flüssigkeit	keiner	Teilchengrösse -% des Zusatzes	Filtrierge schwindigkeit, g/min
Ausgangsma terial C	Sand, 0,7 %	-	1,0
Ausgangsma terial C	149 bis 177 um (80-100 mesh)	1,1
Ausgangsma terial C	neutrales Alu- 149 bis 177 ,um miniumoxid, (80-100 meshj 0,7 %	0,3
Ausgangsma terial C	Calcit, 0,7 5	2,2
	K "<C44 ium (<325 mesh)

Die obigen Resultate zeigen, dass der Calcitzusatz die Filtriergeschwindigkeit wesentlich verbessert, während Sand und neutrales Aluminiumoxid nur eine geringe oder keine Verbesserung bewirken. Da Sand und neutrales Al₃O₃ vermutlich eine mechanische Wirkung auf den Filter ohne Erzielung eines Vorteils ausüben, wird der mit Calcit erreichte Vorteil offensichtlich auf andere Weise (d.h. aufgrund eines chemischen Effekts) erzielt.

Beispiel 5

Man führt Tests durch, um die Wirkung der Temperatur auf die Filtriergeschwindigkeit einer mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit ("Ausgangsmaterial D") im Gemisch mit nicht-vorgemischtem Calcit aufzuzeigen. Bei diesen Tests wird eine Kohlenflüssigkeit-Destillatfraktion mit einem Siedebereich von 49 bis 187°C (120 bis 368⁰F) unabhängig von und vor der Zugabe des Calcits, welcher in die Kohlenflüssigkeit als Feststoff eingesprüht wird, zugegeben. In keinem Test wird der Kohlenflüssigkeit eine Mischung von Calcit und Leichtöl zugesetzt.

2 Der Druckabfall bei den Tests beträgt jeweils 5,6 kg/cm (80 psi) und die Temperatur der Flüssigkeit entweder 204°C oder 260⁰C (400⁰F oder 500⁰F). Die nachstehend angegebenen Filtriergeschwindigkeiten gelten für die erste Minute der Filtration.

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Kohlenflüssigkeit

Ausgangsmaterial D
Ausgangsmaterial D
Ausgangsmaterial D

Ausgangsmaterial D
Ausgangsmaterial D

Ausgangsmaterial D
Ausgangsmaterial D
Ausgangsmaterial D

Ausgangsmaterial D
Ausgangsmaterial D

Filtriertemperatur, C ( F)

260 (500) 260 (500) 260 (500)

204 (400) 204 (400)

204 (400) 204 (400) 204 (400)

204 (400) 204 (400) Zusatz, Gev.-5

keiner	K Leichtöl	1 5	i Calcit
5 5	Ii Leichtöl +
5 5	I Leichtöl	1 5	i Calcit
5 J	ζ Leichtöl +
5 J	S Leichtöl	1 5	i Calcit
9 J	ί Leichtöl +	2 5	i Calcit
9 J	i Leichtöl +
9 ?	% Leichtöl	₊ ι	% Calcit
14	% Leichtöl
14

Filtriergeschwindigkeit, g/min

2,6 3,9 4,3

3,0 2,8

3,7 3,7 3,4

4,8 I 4,5 £

- 16 -

Die obigen Resultate zeigen, dass bei einer Filtriertemperatur von 260⁰C (500⁰F) die Filtriergeschwindigkeit bei Verwendung eines Leichtöls ohne Calcit erhöht wird und dass die Zugabe von nicht-vorgemischtem Calcit zu einer weiteren Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit führt. Bei einer Filtriertemperatur von 204°C (400⁰F) führt die Gegenwart von immer höheren Leichtölmengen zu ebenfalls fortschreitend verbesserten Filtriergeschwindigkeiten aufgrund einer Viskositätsverminderung, jedoch bewirkt der Calcitzusatz entweder keine weitere Erhöhung oder eine geringfügige Verminderung der Filtriergeschwindigkeit. Aus den Werten geht hervor, dass die günstige Wirkung des Calcits temperaturabhängig ist, und es zeigt sich deutlich, dass der vom Calcit ausgeübte Effekt chemischer Natur ist. Wenn der Effekt mechanischer Natur wäre (wie im Falle eines herkömmlichen Filterhilfsmittels), würde sich auch bei den bei 204°C (400⁰F) durchgeführten Tests ein Vorteil bei Verwendung von Calcit ergeben.

Beispiel 6

Man führt Tests durch, um die Wirkung der Zugabe von Calcit zur Kohlenflüssigkeit in Form einer Vormischung von Calcit in einer geringen Menge eines Verfahrenslösungsmittels (process solvent) eines Siedebereichs von 254 bis 463 C (489 bis 866°F) aufzuzeigen. Das Lösungsmittel ist eine Kreislaufdestillatfraktion der hergestellten Kohlenflüssigkeiten. Es

ist sehr wichtig, dass die mineralhaltige Kohlenflüssigkeit, welche einer Filtration unterworfen wurde, bereits etwa 70 Gew.-% dieses Lösungsmittels enthält. Die zur Herstellung der Vormischung verwendete Lösungsmittelmenge ist im Vergleich zur Menge der Kohlenflüssigkeit unbedeutend und nicht gross genug, um die Viskosität der Kohlenflüssigkeit zu beeinflussen. Die Filtrationstests werden mit dem Ausgangsmaterial A von Beispiel 1. bei 260⁰C (500⁰F) unter Anwendung eines Filterdruckabfalls von 5,6 kg/cm (80 psi) durchge-

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führt. Die nachstehend angegebenen Filtriergeschwindigkeiten gelten für die erste Minute der Filtration. Die letzten drei Tests werden durchgeführt, nachdem die mineralhaltige Kohlenflüssigkeit, welche Calcit enthält, vor der Filtration 60 Minuten bei der Filtriertemperatur gehalten wurde. Bei den Tests, bei welchen der Calcit direkt ohne Verfahrenslösungsmittel der Kohle einverleibt wird, wird der Calcit in die Kohlenflüssigkeit eingesprüht, wonach gerührt wird.

der Aufschlämmung

Kohlen- mit Verfahrenslö-

flüssigkeit Zusatz, Gew.-% sungsmittel Zusatz

einverleibt

Ausgangsma- keiner, terial A

Ausgangsma- Calcit, 1 % terial A

Ausgangsma- Calcit, 1,5 % terial A

Ausgangsma- Calcit, 1 % terial A

Ausgangsma- Calcit, 2,3 % terial A

Ausgangsma- Calcit, 2,7 % terial A

nein

Filtriergeschwindigkeit, g/min

4,5

7,1 8,6

6,8 7,5 5,7

Die obigen Werte zeigen, dass die Filtriergeschwindigkeit bei einem direkten Zusatz von Calcit zur Kohlenflüssigkeit ohne Verfahrenslösungsmittel beträchtlich erhöht wird. Ferner geht aus den Werten hervor, dass die Erhöhung der Filtriergeschwindigkeit beträchtlich gesteigert wird, wenn der Calcit in Form eines Gemisches in einer geringen Menge desselben Lösungsmittelöls zugesetzt wird, welches etwa 70 Gew.-% der der Filtration unterworfenen mineralhaltigen Kohlenflüssigkeit umfasst.

1300U/0907

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Abtrennen von Teilchen von Kohlenmineralen von einer Kohlenflüssigkeit, in welcher die Teilchen suspendiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass man der Kohlenflüssigkeit vor der Trennstufe ein Gemisch eines Calciumsalzes und eines kohlenwasserstoffhaltigen Öls zusetzt, wobei die Zugabe des Gemisches die Geschwindigkeit der Abtrennung der Kohlenmineralteilchen von der Kohlenflüssigkeit erhöht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Calciumsalz Calciumcarbonat verwendet.

3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Calciumcarbonat Calcit verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Calciumcarbonat Aragonit verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Calciumsalz Calciumacetat verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Calciumsalz CaCO₃-MgCOo verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Trennstufe eine Filtrierstufe anwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Trennstufe eine Absitz- bzw. Sedimentationsstufe anwendet.

1300U/0907

ORIGINAL INSPECTED

S>. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Calciumsalzmenge von etwa 1 bis 100 g pro Liter Kohlenflüssigkeit anwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Calciumsölzmenge von etwa IO bis 50 g pro Liter Kohlenflüssigkeit anwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenflüssigkeit während der Trennstufe eine Temperatur von mehr als 204⁰C (>400°F) aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 1. bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenflüssigkeit während der Trennstufe eine Temperatur von mehr als 218°C ( 425°F) aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis. 12, dadurch gekennzeichnet, dasr> die Kohlenflüssigkeit Kohlendioxid enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man als kohlenwasserstoffhaltiges Öl ein Erdöl (petroleum oil) verwendet.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man als kohlenwasserstoffhaltiges Öl ein Kohlenflüssigkeitsdestillat verwendet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass man als kohlenwasserstoffhaltiges Öl eine Destillatfraktion der die Kohlenminerale enthaltenden Kohlenflüssigkeit verwendet.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mar. als kohlenwasserstoffhaltiges Öl das zur Herstellung der Kohlenflüssigi:eit verwendete Lösungsmittel verwendet.

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-j-

S. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurci: gekennzeichnet, dass man als Trennstufe eine Filtrierstufe anwendet und zuerst ein Vorbeschichtungsmaterial auf den Filrer aufbringt.

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