DE3014229C2

DE3014229C2 - Verfahren zur Erzeugung eines schwefelarmen und aschefreien kohlestämmigen Brennstoffes, insbesondere zur Substitution von leichtem Heizöl

Info

Publication number: DE3014229C2
Application number: DE19803014229
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Dr. 6685 Blieskastel Würfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1980-04-14
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3014229A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines schwefelarmen und aschefreien kohlestämmigen Brennstoffes, insbesondere zur Substitution von leichtem Heizöl, bei dem die Kohle zunächst verflüssigt und dann von den bei der Verflüssigung anfallenden Destillaten sowie den mineralischen Feststoffen befreit wird, und bei dem das verbleibende Verflüssigungsprodukt verkokt und der gewonnene Koks in zerkleinerter Form in Kesselanlagen verfeuert wird.

In der Bundesrepublik Deutschland werden insbesondere zur Gebäudeheizung jährlich erheblichen Mengen an leichtem Heizöl verfeuert. Es fallen keine Verbrennungsrückstände an und die Umweltbelastung ist gering.

Infolge der stark gestiegenen ölpreise führt der Einsatz von Heizöl jedoch zu einer immer stärkeren finanziellen Belastung privater Haushalte. Darüber hinaus ist Heizöl als wertvoller Chemierohstoff oder als Ausgangsprodukt zur Treibstoffherstellung zu schade, um zur Wärmeerzeugung verfeuert zu werden.

Als Ersatzbrennstoff für Heizöl bietet sich grundsätzlich Kohle an, die in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht

Nachteilig ist jedoch, daß der Arbeitsaufwand wesentlich größer ist. Dies trifft sowohl auf die Bereitstellung der Kohle als auch auf den Abtransport der Asche zu. Darüber hinaus führt die Verfeuerung von Kohle, insbesondere infolge ihres Schwefelgehaltes, zu erheblichen Umweltbelastungen.

Aus der DE-OS 26 08 881 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem durch eine Lösungsmittelbehandlung die Kohle zunächst verflüssigt wird. Die dabei entstehende Fraktion aus Lösungsmittel, Destillaten, Bitumen und Asche wird in einen Abscheider entspannt und dort in eine dampfförmige Kopf fraktion aus im wesentlichen dem Lösungsmittel und leichten Destillaten und in eine flüssige Sumpffraktion aus schweren Destillaten, Bitumen und den Feststoffen zerlegt. Die Sumpffraktion wird zur Abtrennung der Feststoffe filtriert. Anschließend wird das aschefreie Filtrat zusammen mit dem Kopfprodukt des Abscheiders einer Vakuumdestillation unterzogen. Der dabei anfallende. Vakuumrückstand wird verkokt Es entsteht ein aschefreier fester Brennstoff, der als Ersatz von Kohle oder normalem Koks aber auch von Heizöl eingesetzt werden kann. Bei diesem bekannten Verfahren erweist sich die Art der Feststoffabtrennung als wenig wirksam. Es hat sich gezeigt, daß eine Mischung aus nur kohlestämmigen Produkten, nämlich dem Bitumen und den schweren Destillaten keine guten Filtriereigenschaften besitzt

ίο Insbesondere wegen der in der Mischung auch vorhandenen Asphalte verschmieren die Filterporen bereits nach kurzer Zeit

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur Herstellung eines aschefreien Brennstof-

is fes aus Kohle einen einfachen und doch wirtschaftlichen Weg zur Abtrennung der Asche aus der Kohle aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß nach Abtrennung der bei der Verflüssigung der Kohle anfallenden Destillate das verbleibende Verflüssigungsprodukt mit einem Lösungsmittel vermischt wird, daß aus der Lösung zunächst die Feststoffe abgetrennt, und daß dann das Lösungsmittel ausgetrieben wird, wobei zum Austreiben des Lösungsmittels eine bei der Verkokung anfallende Gasölfraktion verwendet wird.

Dadurch, daß aus dem Verflüssigungsprodukt welches im Sumpf des dem Verflüssigungsreaktor nachgeschalteten Heißabscheiders anfällt und das im wesentlichen aus Destillatölen, nicht destillierbarem Bitumen sowie den Feststoffen besteht zunächst die Destiliatöle, z. B. durch eine Vakuumdestillation, abgetrennt werden, reduziert sich das verbleibende Verflüssigungsprodukt auf eine Mischung aus Bitumen und Feststoffen. Diese Mischung kann nun gezielt mit einem Lösungsmittel derart behandelt werden, daß die anfallende Lösung besonders gute Eigenschaften im Hinblick auf die Abtrennung der Feststoffe, z. B. durch Filtration, Zentrifugieren oder auch Sedimentation, aufweist Die Austreibung des Lösungsmittels aus der feststofffreien Lösung erfolgt dann in einfacher Weise unter Verwendung einer bei der Verkokung des Bitumens anfallenden Gasölfraktion.

Als Lösungsmittel für das Bitumen erweist sich Benzol als besonders wirkungsvoll. Aber auch andere aromatische Kohlenwasserstofffraktionen, insbesondere in der Anlage selbst gewonnenes Naphtha oder auch Mittelöl, können als geeignete Lösungsmittel eingesetzt werden.

so Das als Zwischenprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens nunmehr vorliegende Bitumen weist bereits einige Eigenschaften eines hochwertigen, als Heizölersatz einsetzbaren Brennstoffes auf. Es ist praktisch von der Asche befreit und enthält nur noch geringe Mengen an Schwefel. Nahezu der gesamte in der Kohle ursprünglich vorhandene mineralisch, insbesondere in Form von Pyrit gebundene Schwefel wird zusammen mit der Asche abgezogen, während in der Kohle organisch gebundener Schwefel, der während der Verflüssigung der Kohle zum Teil in gasförmigen Schwefelverbindungen umgesetzt wird, bereits zusammen mit dem gasförmigen Verflüssigungsprodukt aus der Anlage entfernt worden ist

Da das gewonnene Bitumen durch Erweichen im Zuge der Verbrennungen zu Verbackungen z. B. der Brennerdüsen führen kann, erweist es sich als zweckmäßig, es vor dem Einsatz als Brennstoff unschmelzbar zu machen durch eine weitere chemische

oder thermische Behandlung.

Eine geeignete chemische Behandlung besteht darin, daß das Bitumen durch Oxidation bei erhöhten Temperaturen vernetzt wird, wodurch eine Überführung in den unschmelzbaren Zustand erfolgt Am s einfachsten erweist es sich jedoch, das B turnen, um es umschmelzbar zu machen, bei einer Temperatur zwischen etwa 380⁰C und 500⁰C, vorzugsweise etwa 410⁰C und 450⁰C zu verkoken. Der gewonnene Koks kann in zerkleinertem Zustand nunmehr direkt in Kesselanlagen verfeuert werden. Die Verfeuerung kann im staubfcrmigen Zustand in Brennerdüsen oder im gröberen Zustand, z.B. bei einer Korngröße bis zu 20 mm, in einer Rostfeuerung erfolgen, wobei die Förderung des zerkleinerten Kokses in den Kessel zweckmäßigerweise mittels Förderschnecken erfolgt Insbesondere für den Fall der Staubfeuerung in Brennerdüsen sollte der Koks mindestens 20% flüchtige Bestandteile aufweisen.

Da der Koks im Zuge der Erhitzung nicht mehr schmilzt, sind unerwünschte Anbackungei. in Kesselaggregaten nicht zu befürchten. Aufgrund des relativ hohen Anteils von flüchtigen Bestandteilen, die bei der Erhitzung des Kokses zunächst freigesetzt werden, ist darüber hinaus eine gute Zündfähigkeit und eine hohe Zündstabilität gewährleistet Ein weiterer Vorteil des relativ hohen Gehalts an Flüchtigen liegt darin, daß der Koks verhältnismäßig weich ist und sich somit gut zerkleinern läßt

Die Kombination einer Oxidation des Bitumen mit anschließendem Verkoken kann zur weiteren Verbesserung der Brenneigenschaften des Kokses beitragen.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Gemäß der Figur wird die zu behandelnde, feingemahlene Rohkohle über eine Leitung 1 einem Mischbehälter 2 zugeführt und dort mit Anreiböl, welches über eine Leitung 3 zuströmt, zu einem Brei verrührt Der Kohlebrei wird in einer Pumpe 5 auf den Druck der Hydrierung von etwa 200 bis 300 bar gepumpt und, nachdem über eine Leitung 6 der benötigte Frischwasserstoff zugeführt worden ist, in einem Wärmetauscher 7 auf etwa 400⁰C erhitzt. Anschließend erfolgt die Hydrierung der Kohle in einem Reaktor 8. Das Hydrierprodukt, eine Mischung aus gasförmigen und festen Bestandteilen, wird in einem Heißabscheider 9 zerlegt Die gasförmigen Komponenten, wie tiefersiedende Kohlenwasserstoffe, Wasserdampf, Wasserstoff und Schwefelverbindungen, werden so vom Kopf des Heißabscheiders abgezogen und einem hier nicht dargestellten Aufbereitungsteil zugeführt.

Das im Sumpf des Heißabscheiders 9 anfallende Verflüssigungsprodukt besteht im wesentlichen aus Bitumen, gelösten Destillaten, insbesondere Schweröl, und den Feststoffen, wie nicht umgesetzte Kohle, Asche und den Katalysatortei'ichen.

Dieses Verflüssigungsprodukt wird zunächst in c:ner Destillationsanlage 10 einer Vakuumdestillation zur Abtrennung der leichten, mittleren und schweren Destillate, die über Leitungen 11,12 und 13 abströmen, unterzogen.

Das Sumpfprodukt der Destillationsanlage 10, das im wesentlichen aus nicht destillierbarem Verflüssigungsprodukt insbesondere also dem Bitumen, sowie den Feststoffen besteht, wird einem Mischbehälter 14 zugeführt und in diesem im Verhältnis von etwa 1 :3 innig mit Benzol vermischt welches dem Mischbehälter 14 über eine Leitung 15 zugeleitet wird.

In einem dem Mischbehälter 14 nachgeschalteten Filter 16 werden dann die mineralischen Feststoffe, also im wesentlichen die Asche und die ICatalysatorteilchen, aus der Lösung nahezu vollständig abgetrennt und über eine Leitung 17 aus der Anlage abgezi gen. Insbesondere in Form von Pyrit enthält die Asche fast den gesamten in der Rohkohle mineralisch gebundenen Schwefel, so daß die aus dem Filter 16 in einen Eindicker 18 abfließende Lösung aus Bitumen und Benzol nur noch geringe Menge an Schwefel aufweist. Im Eindicker 18 wird der größie Teil des Benzols ausgetrieben und über die Leitung 15 erneut dem Mischbehälter 14 zugeleitet

Das verbleibende Bitumen, welches nur noch geringe Menge Benzol enthält wird über eine Leitung 19 einer weiteren Destillationsanlage 20, die mit einem Koker 22 in Verbindung steht zur Abtrennung des restlichen Benzols zugeführt. Vom Sumpf der Destillationsanlage 20 wird das Bitumen dann mittels einer Pumpe 21 in den Koker 22 gepumpt und dort unter milden Verkokungsbedingungen bei Temperaturen zwischen etwa 410⁰C und 450⁰C verkokt.

Der anfallende Koks mit einem relativ hohen Gehalt von mehr als 20% Flüchtigen wird in einer Mühle 23 zerkleinert und kann nunmehr als hochwertiger, aschefreier und schwefelarmer Brennstoff als Ersatz von Heizöl in kleinen und mittleren Kesselanlagen zur Erzeugung von Wärme und Brauchwasser verfeuert werden.

Die gasförmigen Verkokungsprodukte werden aus dem Koker 22 über eine Leitung 24 der Destillationsanlage 20 zugeführt und dort in üblicher Weise in schwere, mittlere und leichte Destillate zerlegt. Zum Austreiben des Benzols aus dem Bitumen wird über eine Leitung 25 eine schwere Gasölfraktion mit einem Siedebeginn von etwa 300° C aus der Destillationsanlage abgezogen und dem Eindicker 18 zugeführt Das zusammen mit Bitumen und Gasöl über eine Leitung 19 der Destillationsanlage 20 zugeführte Restbenzol wird über eine Leitung 26 erneut dem Mischbehälter 14 zugeleitet. Die bei der Verkokung anfallenden Gase, Benzine, und Mitteldestillate werden über Leitungen 27, 28 bzw. 29 der Destillationsanlage 20 entnommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung eines schwefelarmen und aschefreien kohlestämmigen Brennstoffes, insbesondere zur Substitution von leichtem Heizöl, bei dem die Kohle zunächst verflüssigt und dann von den bei der Verflüssigung anfallenden Destillaten sowie den mineralischen Feststoffen befreit wird, und bei dem das verbleibende Verflüssigungsprodukt verkokt und der gewonnene Koks in zerkleinerter Form in Kesselanlagen verfeuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abtrennung der bei der Verflüssigung der Kohle anfallenden Destillate das verbleibende Verflüssigungsprodukt mit einem Lösungsmittel vermischt wird, daß aus der Lösung zunächst die Feststoffe abgetrennt, und daß dann das Lösungsmittel ausgetrieben wird, wobei zum Austreiben des Lösungsmittels eine bei der Verkokung anfallende Gasölf raktion verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verkokende Verflüssigungsprodukt vor der Verkokung oxidiert wird.