DE3017062A1

DE3017062A1 - Mehrzonenverfahren zur kohleumwandlung unter verwendung von teilchenfoermigem traegermaterial

Info

Publication number: DE3017062A1
Application number: DE19803017062
Authority: DE
Inventors: Michael C. Pennington N.J. Chervenak; Edwin S. Princeton N.J. Johanson; Marvin S. E. Brunswick N.J. Rakow
Original assignee: Hydrocarbon Research Inc Lawrenceville NJ; Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: HRI Inc
Priority date: 1979-08-30
Filing date: 1980-05-03
Publication date: 1981-03-19
Also published as: US4323446A; ZA803719B

Description

Mehrzonenverfahren zur Kohleumwandlung unter Verwendung von teilchenförmigen^ Trägermaterial.

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Mehrzonenverfahren zur Kohleumwandlung für die Erzeugung von Heizgas und Flüssigdestiliate, insbesondere auf ein Kohleumwandlungsverfahren, bei dem die Kohle in einem oberen Bett aus teilchenförmigen! Trägermaterial, das zwecks Erleichterung der Vergasung von adsorbiertem Koks in einer niedrigeren Verbrennungszone eingesetzt wird, vergast wird.

Es sind schon zahlreiche Verfahren zur Mehrstufenvergasung von Schwerölbeschickungen in Fließbetten entwickelt worden; bei einigen dieser Verfahren wird mit einem teilchenförmigen Trägermaterial zur Ablagerung von Kohlenstoff gearbeitet; ferner sind Verfahren zur Mehrstufenvergasung von Kohle bekannt. Zu den einschlägigen Patenten gehört das US-Patent 2 861 943 (Finneran), das die Verwendung eines zirkulierenden teilchenförmigen Trägers zur Koksablagerung aus einer Restö!beschickung lehrt, dagegen ist dort nicht die Verwendung eines derartigen Trägermaterials zur Ablagerung von Teer aus Kohlevergasungsverfahren, bei denen im Rahmen des Prozesses Teer entsteht, die Rede. Das US-Patent 3 202 603 '.Xeith) beschreibt ein Mehrbett-Hydriervergasungsverfahren bei Beschickung mit Restölen und Teer; bei diesem Verfahren wird ein teilchenförmiges

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BAD ORIGINAL

Trägermaterial zum Hydrokracken des eingeleiteten Schweröls für die Erzeugung von gasförmigen und flüssigen Fraktionen eingesetzt. Das Entfernen von Teerstoffen, insbesondere aus Beschickungen mit Kohle, wird aber nicht erwähnt.

Die US-Patentschrift 3 953 180 (Hoffert) handelt von einem auf Petroleumrückstände als Ausgangsmaterial angewandten Vergasungsverfahren; dabei ist eine Wärmeaustauschstufe in einem oberen Fließbett vorgesehen, wodurch der erzeugte Gasstrom vor seinem Einsatz als Gasturbinenbrennstoff gekühlt werden soll. Die Vergasung von Kohle oder die Ablagerung von Teerstoffen auf einem umlaufenden Trägermaterial ist dort aber nicht erwähnt.

Die US-Patentschrift 3 817 732 (Donath) beschreibt die zweistufige Kohlevergasung in getrennten Reaktoren, ein umlaufendes teilchenförmiges Kontaktmaterial zur Beseitigung von Teeren aus dem erzeugten Gas wird aber nicht verwendet. Die US-Patentschrift 3 847 563 (Archer) beschreibt ein Mehrstufenverfahren für die Kohlevergasung, bei dem ein Fließbett von Kalkstein oder Dolomit eingesetzt wird, um Schwefel aus dem erzeugten Gas zu entfernen. Ferner werden zwei getrennte Reaktoren anstelle eines Einzelreaktors mit mehreren Reaktionszonen verwendet.

In der US-Patentschrift 4 099 933 (Johnson) wird ein Mehrzonenvergasungsverfahren für Kohle beschrieben, mit dem die Mitführung von Teeren in dem Produktgasstrom verhindert werden soll, wobei Kohle in Stufenbetten auf zunehmendem Temperaturniveau eingesetzt werden. Ein teilchenförmiges Trägermaterial für die Ablagerung derartiger Teerstoffe ist aber nicht vorgesehen.

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Der bestehende Bedarf nach einem praktizierbaren Kohleumwandlungs- und -vergasungsverfahren für die Erzeugung von Heizgas und Flüssigdestillaten, bei dem auch die aus der Kohle entstehenden Teerstoffe wirkungsvoll umgesetzt und reines Heizgas und reine Flüssigdestillate erzeugt werden konnten, wird damit also nicht befriedigt.

Das teilchenförmige Trägermaterial ist unter dem Gesichtspunkt ausgewählt worden, daß es für die Ablagerung von Kohleteeren und Koks geeignet und daß es abriebfest ist= Der Träger wird kontinuierlich umgewälzt, damit er eine Oberfläche für die Ablagerung von Kohleteer und Koks darbietet; damit ist ferner die Einrichtung zum Befördern von Kohlenstoff aus der Entgasungszone in die tiefere Zone zum Vergasen und zur Wärmeentwicklung für die Entgasungszone geschaffen. Durch eine geringfügige Zugabe von Trägermaterial wird alles Trägermaterial, das zusammen mit der aus dem Reaktorsumpf abgezogenen Asche und durch normalen Abrieb verlorengeht, ersetzt=

Die erzeugten gasförmigen und flüssigen Produkte werden zusammen mit feinen Teilchen noch nicht umgesetzter Kohle und teilchenförmigem adsorbierenden Trägermaterial aus der oberen Entgasungszone durch eine Gas/Festkörper-Trennstufe geleitet, in der die festen Teilchen praktisch vollständig entfernt und zur Verbrennung in den Sumpf zurückgeführt werden. Die in der unteren Vergasungszone erzeugte feine Asche wird zusammen mit Trägermaterial aufwärts durch überhitzten Dampf oder Produktgas zurück in das obere Bett gefördert. Die abfliessenden gasförmigen und flüssigen Produkte werden zusammen mit einer sehr kleinen Menge von festen Teilchen abgezogen und wandern durch eine äussere Gas/Festkörper-Trennstufe, in der ebenfalls nicht umgesetzte Kohle U.1C¹. Aschefestteilchen entfernt werden. Der

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abfliessende Gasstrom wird zur Dampferzeugung beispielsweise in einem Abwärmekessel gekühlt. Die entstehenden Produkte umfassen im wesentlichen Heizgas mittleren Heizwerts sowie Flüssigdestillate. Je nach den angewandten Verfahrensbedingungen kann sich die Aufteilung des Produkts bewegen zwischen etwa 30 bis 70 Gew.% Gas und dem Rest Flüssigdestillat, wobei die bevorzugte Aufteilung bei 40 bis 50 % Gas liegt.

Dieses neuartige Konzept der Verwendung eines teilchenförmigen Trägermaterials, das kontinuierlich zwischen einer oberen Fließbett-Kohleentgasungszone und einer unteren Fließbett-Verbrennungs- oder Vergasungszone umgewälzt wird, um Teerstoffe umzuwandeln und den durch das Kohleumwandlungs-Vergasungssystem erzeugten Koks zu vergasen, stellt einen erheblichen Fortschritt für die Technik der Kohleumwandlung dar.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein verbessertes Mehrzonenverfahren zur Umwandlung von Kohle in ein Heizgasprodukt, etwa ein Heizgas mittleren Heizwerts, und destillierbare Flüssigprodukte, bei dem ein Druckreaktor mit mindestens zwei Fließbettzonen und einer zugehörigen Trenn- und Gasreinigungsausrüstung vorgesehen ist. Die zerkleinerte Kohle wird entweder in trockener Form oder vorzugsweise als Schlamm in einfe druckbeaufschlagte obere Fließbettzone des Reaktors geleitet, die ein teilchenförmiges Trägermaterial enthält; dort wird die Kohle bei Temperaturen von 482 bis 815° C (900 bis 1500° F), vorzugsweise von 538 bis 760° C (1000 bis 1400° F) in einer reduzierenden Gasatmosphäre entgast und hydriert. Der Druck beträgt mindestens 7,00 kg/cm (100 psig), vorzugsweise 10,5 bis 56 kg/cm² (150 bis 800 psig). Es entstehen Kohlenwasserstoffgase, und die bei der Kohle-

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entgasung entstehenden Teerstoffe werden auf dem teilchenförmigen Trägermaterial adsorbiert. Dort erfolgt das Hydrokracken, bei dem im wesentlichen Flüssigdestillate und Koksrückstände entstehen. Die trägerhaltigen Rückstandskoksablagerungen bewegen sich zusammen mit den grösseren, nicht umgesetzten Kohleteilchen (Holzkohle (engl.: char)) durch einen mit grobem Packungsmaterial besetzten Stripperbereich hindurch abwärts und dann in eine untere Fließbett-Vergasungszone, die auf deutlich höherer Temperatur gehalten wird, und zwar auf 926 bis 1092° C (1700 bis 2000° F), vorzugsweise 941 bis 1066° C (1725 bis 1950° F), um den Koks und die nicht umgewandelte Kohle zu vergasen. Der Stripperbereich dient dazu.,, die Rückverraischung der Holzkohle zu verhindern, so daß der erforderliche Temperaturgradient zwischen der oberen Entgasungszone und der unteren Vergasungszone aufrechterhalten bleibt.

überhitzter Dampf und sauerstoffhaltiges Gas werden in so großer Menge in die untere Vergasungszone eingeführt, daß die darin befindliche Holzkohle auf einer Temperatur zwischen 926 und 1092° C (1700 und 2000° F) gehalten wird, damit Holzkohle- und Koksablagerungen auf dem Trägermaterial vergasen aber wesentliche Aschenanhäufungen vermieden werden. Das Gewichtsverhältnis Sauerstoff/Kohlenstoff sollte bei etwa 1,2 bis 1,7 liegen und das Molverhältnis Dampf/Sauerstoff bei etwa 1,5 bis 5,0, wobei Werte zwischen 2,0 und 4,0 zu bevorzugen sind. Die in der Vergasungszone entstehenden Gase und leichten Kohlenwasserstoffe bewegen sich aufwärts durch den Stripperbereich, wobei ein Temperaturgradient von mindestens etwa 111° C (200° F), vorzugsweise vcn 167 bis 500° C (300 bis 900° F) zwischen der Entgasungs- und der Vergasungszone entsteht. Im Stripperbereich werden ausserdem die leichteren Flüs-

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sigkeiten, die auf dem Trägermaterial adsorbiert sind, mit dem im Gegenstrom aufwärts fliessenden Gas gestrippt, das in der unteren Verbrennungs- oder Vergasungszone gebildet ist.

Nachdem in der unteren Vergasungszone der auf dem Trägermaterial abgesetzte Koks entfernt ist, wird der teilchenförmige Träger über ein Förderrohr, in dem ein Trägerfluid benutzt wird, wieder in die Entgasungszone zurückgeführt. Eine derartige Umwälzung erfolgt entweder mit überhitztem Dampf oder umgewälztem Produktgas als Schleppstrom. Die Steuerung der Trägermaterialumwälzrate von der Vergasungszone aus liefert die Wärme für die Entgasungszone.

Als teilchenförmiges Trägermaterial ist Tonerde, Aluminosilikat oder ähnliches Material mit den erforderlichen Adsorptionseigenschaften geeignet. Ausserdem kann der Träger behandelt werden, um seine Eignung zur Herstellung des erforderlichen Adsorptions- und Umwandlungsmilieus zu verbessern. Die erforderliche Teilchengröße liegt zwischen 0,8 und 0,07 mm (20 und 200 mesh size - U.S. Sieve Series). Das Trägermaterial wird ständig umgewälzt, um die Oberfläche für das Sammeln von Teer und das Hilfsmittel für den Transport der nicht umgewandelten Kohle aus dem Entgasungsbereich in die untere Vergasungszone zu bieten. Da die in der Vergasungszone erzeugte Asche überwiegend geringere Teilchengröße als der Träger hat, wird der größte Teil der Asche durch das Förderrohr hindurch zusammen mit dem entteerten Trägermaterial aufwärts geführt und tritt zusammen mit dem Produktgas aus dem Reaktor aus. Grössere"Ascheteilchen werden nach Bedarf aus dem Sumpfbereich des Reaktors entnommen. Durch

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Zugabe geringer Mengen Trägermaterial wird der Trägerverlust ausgeglichen, der durch normalen Teilchenabrieb und in Verbindung mit dem Abtransport von Asche aus der Vergasungszone im unteren Reaktorteil entstanden ist. Für den Dauerbetrieb sollten die Koksablagerungen auf dem die Vergasungszone verlassenden Trägermaterial auf etwa 15 Gew.% begrenzt werden, indem in der Vergasungszone geeignete Betriebsbedingungen geschaffen werden; vorzugsweise sollten die Ablagerungen zwischen 2 und 10 Gew.% betragen.

Das entstehende Produktgas und die destillierbaren Flüssigkeiten werden zusammen mit feinen Teilchen von nicht umgesetzter Kohle und teilchenförmigem Adsorptionsmaterial aus der oberen Entgasungszone durch eine erste Gas/Festkörper-Trennstufe, etwa einen Zyklon, geleitet, in dem die Feststoffe entfernt und durch eine Leitung unten in die Vergasungszone zurückgeführt werden. Die in der tieferliegenden Vergasungszone gebildete feine Asche wird zusammen mit Trägermaterial durch Schub in überhitztem Dampf oder Produktgas aufwärts durch eine Steigstromleitung und zurück in das obere Fließbett geführt. Grobe Ascheteilchen werden nach Bedarf aus dem unteren Bett abgezogen, vorzugsweise im Trockenzustand und nicht in geschmolzener Form.

Die entstandenen, abfliessenden gasförmigen und flüssigen Produkte werden zusammen mit einer geringen Menge fester Teilchen abgezogen und fließen durch eine aussenliegende Gas/Festkörper-Trennstufe, etwa einen Zyklon, um weitere nicht umgewandelte Kohle und Asche zu beseitigen. Der abfliessende Gasstrom wird beispielsweise in einem getrennten Abwärmekessel zur Dampferzeugung gekühlt. Der gekühlte Strom wird dann fraktioniert,so

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daß getrennte gasförmige und flüssige Produkte entstehen.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens können Verbesserungen bei diesem Mehrzonenverfahren zur Kohleumwandlung erzielt werden, um das Problem der Teerstoffe in dem abströmenden Gas besser in den Griff zu bekommen. Eine dritte Fließbettzone kann vorgesehen werden, um das abströmende Gas zu kühlen und für zusätzliche Ablagerung von Kohleteer auf dem teilchenförmigen Trägermaterial zu sorgen; vorzugsweise befindet sich diese Zone unmittelbar über der Kohleentgasungszone. Diese dritte Reaktorzone stellt ein getrenntes Fließbett aus teilchenförmigem Trägermaterial mit so ausgedehnter Verweilzeit dar, daß eine weitere Reaktion der Teerstoffe mit dem aufwärtsströmenden wasserstoffhaltigen Gas ablaufen kann, das in der Vergasungszone gebildet ist. In dieser höchsten Zone umgibt das Fließbett aus teilchenförmigem Träger einen rohrförmigen Wärmeaustauscher, etwa einen Abwärmekessel. In dem Kessel kann überhitzter Dampf durch den aus der Kohleentgasungszone aufsteigenden heissen Strom erzeugt werden; das ab-. strömende Gas wird dadurch von etwa 482 bis 760° C (900 bis 1400° F) auf 315 bis 426° C (600 bis 800° F) gekühlt werden. Diese Kühlstufe bewirkt die Kondensation der eingeschleppten Teerstoffe auf dem teilchenförmigen Trägermaterial. Ein schwacher Strom von teerhaltigem. Träger wird in die untenliegende Entgasungszone in einer solchen Menge geführt, daß der Gleichgewichtsgehalt an Teer auf dem Trägermaterial der Teerabfangzone aufrechterhalten ist. Die Bewegung der Trägerteilchen in dem oberen Fließbett dient gleichzeitig zur Reinigung der Aussenseite des Wärmeaustauschers durch Abrieb und verhindert Zusammenballungen des teerhaltigen Trägers. Bei dieser zweiten

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Ausführungsform, bei der eine oberste kombinierte Teerabfang- und Gaskühlzone geschaffen wird, kehrt das saubere Trägermaterial aus der unteren Verbrennungszone in die beiden oberen Fließbetten über getrennte Leitungen, durch aufsteigende Schleppgase angetrieben, zurück.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein umgewältes teilchenförmiges Trägermaterial benutzt wird, um die Teerstoffe, die bei der Kohlevergasung entstehen, aus dem Produktgasstrom zu entfernen und den thermisc hen Wirkungsgrad des Verfahrens zu verbessern. Die beschriebenen Verfahrensanlagen oder -ausführungsformen arbeiten sämtlich nach dem Prinzip der Fließbettentgasung der Kohle und der Fließbettvergasung von Koks und Holzkohle, wobei ein adsorbierendes Trägermaterial verwendet wird, das zwischen den beiden Fließbetten umgewälzt wird.

Fig. 1 verdeutlicht ein Mehrζonenverfahren zur Kohleumwandlung mit einem oberen Fließbett für die Kohleentgasung und einem unteren Vergasungsfließbett mit zwischen den Betten befindlichem Stripperbereich;

Fig. 2 stellt ein abgewandeltes Kohleumwandlungsverfahren dar, fßr das eine dritte, ganz oben liegende Zone zum Kühlen des Produktgases vorgesehen ist, damit eine zusätzliche Abscheidung von Teerstoffen auf dem Trägermaterial erfolgt, und bei dem das gereinigte heisse Trägermaterial getrennt in das in der Mitte liegende und das ganz oben liegende Bett zurückgeführt wird.

Wie Fig. 1 zeigt, wird gemahlene und getrocknete Kohle

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bei 10 durch einen Absperrschacht 12 in die obere Fließbett-Entgasungszone 14 eines Mehrzonenreaktors 16 gegeben. Die Zone 14 enthält ein Bett mit teilchenförmigem Träger 15 und wird auf einer Temperatur zwischen 482 und 815° C (900 und 1500° F) gehalten, so daß die Kohle in dieser Zone entgast wird; die entstehenden abströmenden Gase und einige Festteilchen von nicht umgesetzter Kohle werden nach oben aus dem Bett herausgetragen. Die in der Zone 14 entstandenen Teerstoffe werden auf dem Träger abgelagert und zu flüssigen Kohlenwasserstoffen hydrogekrackt, während der entstandene Koks auf dem Trägermaterial 15 zurückgehalten wird.

Die grösseren entgasten Kohlefeststoffe vermischen sich mit dem Koksreste tragenden teilchenförmigen Träger und wandern mit diesem abwärts durch einen gepackten Stripperbereich 18 in die untere Vergasungszone 20, die auf einer Temperatur zwischen 926 und 1092° C (1700 und 2000° F) gehalten wird. Hier werden die Teilchen aus nicht umgesetzter Kohle (Holzkohle) und Koks in Gegenwart von Dampf und Luft oder Sauerstoff, die bei 22 durch Düsen 23 eintreten, vergast. Der Koks und einige in der oberen Zone gebildete Teerstoffe werden auf dem Trägermaterial 15 festgehalten und ebenfalls in die untere Zone 20 verbracht, wo der Koks und die restlichen Teerstoffe ebenfalls vergast und von dem Träger entfernt werden.

Durch Vergasen von Holzkohle im unteren Bett 20a entsteht Asche, von der der größte Teil zusammen mit dem teilchenförmigen Trägermaterial 15 bewegt wird, das mittels überhitztem Dampf bei 24 durch das Steigrohr 26 in das obere Bett 14a zurückgeführt wird. Eine Regulierung der Strömung von Trägermaterial aus dem Bett 20a in das Förderrohr 26 an dessen unterem Ende erfolgt mit Hilfe der

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Ventilöffnung 25. Das Trägermaterial durchläuft das obere Bett 14a und fließt dann zusammen mit dem abströmenden Gas in den ersten Trennzyklon 30. In dem Zyklon oder den Zyklonen v/erden grössere Ascheteilchen und Träger abgefange- und durch die Leitung 32 in die untere Vergasungszone 20 zurückgebracht, von wo grobe Asche und einige begleitende Trägerteilchen durch die Leitung 2 7 abgezogen werden.

Ergänzendes Trägermaterial kann nach Bedarf mit der Kohlebeschickung bei 12 oder durch einen getrennten Absperr' schacht 12a zugeführt werden. Die Umwälzung des Trägers innerhalb der Reaktorzonen unterstützt die fortdauernde Bewegung der der Reaktion unterworfenen Kohlebeschickung. Durch diese Umwälzung werden Zusammenballungen vermieden und schädliche Wirkungen herabgesetzt, die durch das schnelle Aufheizen der Kohle während ihrer Entgasung in der oberen Fließbettzone 14 hervorgerufen werden. Das geeignete teilchenförmige Trägermaterial wird unter Berücksichtigung seiner Teilchengröße, Adsorptionseigenschaften und Porenverteilung so ausgewählt, daß praktisch alle Teerstoffe aus dem in der oberen Entgasungszone 14 entwickelten Gase entfernt werden.

Im Stripperbereich 18 befindet sich grobes festes Pakkungsmaterial, das mindestens etwa zehnmal gröber ist als das teilchenförmige Trägermaterial und etwa aus keramischen Raschigringen besteht; es wird von der Lochplatte 19 gehalten. Dieser Stripperbereich ruft den zwischen dem oberen und dem unteren Fließbett erforderlichen Temperaturgradienten hervor; diese Zone kann auch dazu dienen, aus der Kohle entstandene Flüssigkeiten von dem absteigenden Trägermaterial abzustreifen» Der Temperaturgradient sollte mindestens 111° C (200° F), vor-

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zugsweise 167 bis 500° C (300 bis 900° F) betragen.

Der gasförmige und der flüssige Abfluß verläßt zusammen mit der geringen Menge nicht umgewandelter Kohle geringer Teilchengröße und einer grösseren Menge Asche geringer Teilchengröße den Reaktor bei 34 und gelangt in ein aussenliegendes Zyklonsystem 36 zur Abtrennung von Feststoffen. Mit diesem Schritt werden die restlichen Kohle- und Ascheteilchen aus dem Produktstrom als Abfallstrom bei 38 entfernt; er kann in das untere Be.tt 20a zurückgeführt werden. Der resultierende Auslaßstrom 40 des Zyklons wird dann in dem Abwärmekessel 42 abgekühlt, und das gekühlte Gas wird mit der üblichen Fraktioniertechnik bei 44 abgetrennt, so daß der Produktgasstrom 45, der Leichtflüssigkeitsstrom 46 und die Fraktion 47 von schwereren Flüssigkeiten entstehen. Nötigenfalls kann ein Teil 47ä dieser Fraktion 47 von kondensierter Flüssigkeit zum Aufschlämmen der Kohle bei 48 benutzt werden, bevor diese in die Entgasungszone 14 des Reaktors 16 eingeleitet wird.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines abgewandelten Kohleumwandlungsverfahrens r bei dem eine dritte, ganz oben liegende Fließbettzone 50 aus teilchenförmigem Trägermaterial oberhalb der beiden Fließbettzonen 14 und 20 nach Fig. 1 . angeordnet ist. Diese dritte Zone soll einen Wärmeaustausch nach Art eines Fl^eßbetts ermöglichen/durch den das Produktgas aus der Entgasungszone 14 gekühlt wird. Wasser oder ein anderes Kühlfluid 51 kann zur Regulierung der Temperatur dieses Bettes 50a innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs, etwa zwischen 315 und 426° C (600 und 800° F) dienen, damit Teerstoffe auf dem Trägermaterial in diesem Fließbett zurückgehalten werden. Getrennte Förderrohre 52 und 53 werden für Überleitung von

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heissen, sauberen Trägerfeststoffen in die beiden oberen Fließbetten eingesetzt, wobei das Rohr 52 in die Entgasungszone und Rohr 53 in die ganz oben befindliche Wärmeaustauschzone reicht, um so die Umwälzung der festen Trägerteilchen in jedes Fließbett und den Wärmeaustauscherwirkungsgrad zu optimieren. Das in das dritte, ganz oben befindliche Fließbett reichende Förderrohr 53 bringt Trägermaterial in dieses Bett und sorgt dafür, daß die Bewegung darin aufrechterhalten wird. Eine Rückleitung 54 mit Ventil 55 dient zum Regeln des etwa erforderlichen Rückflusses von Trägermaterial in die Zwischenzone 14. Nötigenfalls kann das Förderrohr 53 ausserhalb des Entgasungsbettes 14 geführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend noch anhand eines Beispiels der Kohleumwandlung in einem Mehrzonenreaktor für die Gewinnung von Produktgas und Flüssigdestillaten beschrieben. Das Beispiel dient nur der Veranschaulichung und stellt keine Beschränkung der Erfindung dar.

BEISPIEL

Ein Zweizonen-Versuchsreaktor aus einer oberen Entgasungsoder Krackzone von 15 cm (6 inch) Durchmesser mit einem Bett aus umgewälztem teilchenförmigen Trägermaterial und einer unteren Verbrennungs- oder Vergasungszone von 15 cm (6 inch) Durchmesser, die durch ein gepacktes Bett von keramischen Raschigringen getrennt sind, und der in seiner Arbeitsweise dem Reaktor nach Fig. 1 entspricht, wurde dazu benutzt, eine aus Kohle abgeleitete Teerbeschickung umzuwandeln, um Heizgas und niedrigsiedende flüssige Produkte zu liefern. Das dabei benutzte teil-

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chenförmige Trägermaterial mit Aluminiumoxidperlen von 0,4 bis 0,07 mm (40 bis 200 mesh - U.S. Sieve Series) wurde von der Attapulgus Clay Co unter der Bezeichnung "Cyclocel" geliefert. Die Betriebsbedingungen des Reaktors und die erzielten Resultate sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Die Werte zeigen, daß die bei der normalen Entgasung von Kohle anfallenden Teerstoffe in dem Reaktor festgehalten und vorzugsweise zu DestÜLatölen mit geringerer Koksbildung und leichten Kohlenwasserstoffgasen umgewandelt werden. Etwa 65 Gew.% der Teerbeschickung wurden in Destillatöle umgewandelt, 4 % in leichte Gase und 28 % in Koks auf dem Träger. Im Betrieb wurde dieser Koks in der Verbrennungszone kontinuierlich vergast, wobei Dampf und Sauerstoff benutzt wurden; der Restkoksanteil auf dem Trägermaterial wurde dadurch auf etwa 5,5 Gew.% gehalten. Die Werte lassen ausserdem erkennen, daß die bei der Entgasung von Kohle in dem oberen Bett entstehenden Teerstoffe auf dem Trägermaterial adsorbiert und in leichtere flüssige und gasförmige Produkte umgewandelt werden können, ohne daß sich eine übermässige Anhäufung von Kohlenstoff auf dem Träger ergibt, was zu Schwierigkeiten beim langdauernden Betrieb der Anlage führen würde.

Tabelle 1

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TABELLE 1

Versuch Nr«	50-16
Ausgangsmaterial	Kohlenteer
spezifisches Gewicht	1,2677
Gewicht, ⁰API	-19,9
Wärmeträgermaterial	Cyclocel
Druck am Reaktorkopf, kg/cm (psig)	14,7 (210)
Reaktortemperatur, ⁰C
Obere Krackzone (1138° F)	614
Vergasungszone (1730° F)	944
Koks auf dem Träger, Gew.%
Beginn der Periode	5,2
Ende der Periode	5,5
Produktausbeuten beim Kracken
Zone, Gew.% der Beschickung
Methan	3,3

^C2^C6

C₄ bis 204° C (400° F) Benzin 204 bis 343° C Gasöl

(400 bis 65O°F)

343° C⁺ (650° F⁺) Destillat Koks*

Verlust

0,7 1,9 12,2

51,3 28,2 2,2

Der Koks wird in der Vergasungszone des Reaktors mit Dampf und Sauerstoff umgesetzt, um zusätzliche gasförmige Produkte zu gewinnen, im wesentlichen H₂, CO und

2°

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Es ist daher anzunehmen, daß die Ergebnisse der Fließbett-Entgajung/Vergasung bei Kohleteerbeschickung beispielhaft sind für die bei einem Mehrfachfließbett-Kohleumwandlungsverfahren zu erzielenden Resultate, und daß das Zurückhalten von Koksablagerungen auf dem Träger, seine Weiterleitung in die Vergasungszone und die Entfernung der Asche von dem Träger aufgrund der Reaktion des Materials in der unteren Vergasungszone durch geeignete Betriebsbedingungen erreichbar ist.

Vorstehend sind bestimmte, bevorzugte Ausführungsweisen der Erfindung beschrieben worden, jedoch lassen sich die Bedingungen ändern, und einige Merkmale können unabhängig von anderen angewandt werden.

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Claims

Patentansprüche :

1. Mehrzonenverfahren zur Kohlevergasung für die Erzeugung von Heizgas und Flüssigdestillaten, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) teilchenförmige Kohle in eine druckbeaufschlagte obere Fließbett-Entgasungszone (14) eingespritzt wird, deren Temperatur zwischen 482 und 815° C (900 und 1500° F) liegt und die ein teilchenförmiges Trägermaterial (15) enthält, auf dem sich Koks absetzt, während eine Reaktion mit einem reduzierenden Gas abläuft;

(b) das mit Koks und nicht umgesetzter fester Kohle (Holzkohle - engl.: char) beladene Trägermaterial (15) durch einen zwischengeschalteten Stripperbereich (18) abwärts in eine untere Fließbett-Vergasungszone (20) geleitet wird;

(c) Dampf und sauerstoffhaltiges Gas in die untere Vergasungszone (20) gespritzt wird, um dort eine Temperatur zwischen 926 m\3. 1092° C (1700 und 2000° F) aufrecht zu erhalten, um die nicht umgesetzte feste Kohle und den

Koks, mit denen das Trägermaterial (15) beladen ist, umzusetzen und Asche zu erzeugen;

(d) die sauberen, heissen Feststoffteilchen aus der unteren Vergasungszone (20) unter Verwendung eines Schleppgases aufwärts durch eine Förderleitung (26) in die obere Entgasungszone (14) überführt werden?

(e) das abströmende Gas aus der oberen Entgasungszone (14) durch eine erste Trennstufe (36) zur Entfernung von Feststoffen geleitet wird, die in das untere Fließbett (20) zurückgeführt werden;

(f) das abströmende Gas und die flüssigen destillierbaren Produkte aus der oberen Zone abgezogen werden, und daß

(g) ausserdem hauptsächlich Äsche und nicht umgesetzte feste Kohle von dem abströmenden Gas abgetrennt und aus dem Verfahren entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischengeschaltete Stripperbereich (18) ein grobes festes Packungsmaterial enthält, das gröber ist als das teilchenförmige Trägermaterial, und daß in dem Bereich (18) ein Temperaturgradient von mindestens 111 G (200° F) zwischen der oberen Entgasungszone (14) und der unteren Vergasungszone (20) besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als teilchenförmiges Trägermaterial (15) Tonerde von 0,8 bis 0,07 mm Größe (20 bis 200 mesh) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die aus der oberen Zone (14) abfliessende Substanz gekühlt und in eine Fraktionierstufe geleitet wird, um Gas und destillierbare flüssige Produkte zu gewinnen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des flüssigen Produkts zum Aufschlämmen der zur Beschickung der Entgasungszone (14) bestimmten Kohle benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstufe (Verfahrensschritt e) für das abströmende Gas ein drittes Fließbett (50) aus teilchenförmigem Trägermaterial umfaßt, durch das das Gas zum Auffangen von Teerstoffen auf dem Träger strömt, und daß das Trägermaterial aus dieser Zone in die Entgasungszone (14) und weiter in die Vergasungszone (20) geführt wird, damit die abgelagerten Teerstoffe verbrannt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des dritten Fließbetts (50) durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid (51) auf einer . Temperatur zwischen 315 und 426° C (600 und 800° F) gehalten wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der oberen Fließbett-Entgasungszone (50)

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mindestens 7,0 kg/cm beträgt, die Temperatur zwischen 538 and 760° C (1000 und 1400° F) liegt, und daß die Temperatur in der unteren Vergasungszone (20) 941 bis

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1066° C (1725 bis 1950° F) beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem die Vergasungszone (20) verlassenden Trägermaterial abgelagerte Kohlenstoff höchstens . 15 Gew.% ausmacht. :

10. Mehrzonenverfahren zur Kohlevergasung für die Erzeugung von Heizgas und Flüssigdestillaten, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) teilchenförmige Kohle in eine obere Fließbett-Entgasungszone (14) eingespritzt wird, in der eine Temperatur zwischen 538 und 760° C (1000 und 1400° F) und ein Überdruck von mindestens 7,0 kg/cm (100 psig) herrscht, wobei diese Zone ein teilchenförmiges Tonerde-Trägermaterial enthält, auf dem sich Koks absetzt, während eine Reaktion mit einem aufsteigenden reduzierenden Gas abläuft;

(b) das mit Koks und nicht umgesetzter fester Kohle (Holzkohle) beladene Trägermaterial durch einen zwischengeschalteten, mit groben Feststoffteilchen beschickten Stripperbereich abwärts in eine untere Fließbett-Vergasungszone geleitet wird?

(c) Dampf und sauerstoffhaltiges Gas in die Vergasungszone gespritzt wird, um dort eine Temperatur zwischen 941 und 1066° C (1725 und 1950° F) aufrechtzuerhalten, um die nicht umgesetzte feste Kohle und den Koks, mit denen das Trägermaterial beladen ist, umzusetzen und Äsche zu erzeugen;

(d) die sauberen, heissen Feststoffteilchen unter Verwendung eines fördernden Druckgases aus der Ver-

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gasungszone aufwärts durch eine Steigleitung in die obere Entgasungszone überführt werden;

(e) das abströmende Gas aus der oberen Entgasungszone durch eine erste Trennstufe zur Entfernung von Feststoffen geleitet wird, die in das untere Fließbett zurückgeführt werden;

(f) das abströmende Gas und die flüssigen destillierbaren Produkte aus der oberen Zone abgezogen werden und in Kühl- und Fraktionierstufen geleitet werden, um die gasförmigen und flüssigen Produkte zu gewinnen, und daß

(g) ausserdem hauptsächlich Asche und nicht umgesetzte feste Kohle von dem abströmenden Gas abgetrennt und aus dem Verfahren entfernt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischengeschaltete Stripperbereich ein grobes festes Packungsmaterial enthält, das gröber ist als das teilchenförmige Trägermaterial, und daß in dem Bereich ein Temperaturgradient von 167 bis 500° C (300 bis 900° F) zwischen der oberen Entgasungszone und der unteren Vergasungszone besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstufe (Verfahrensschritt e) für das abströmende Gas ein drittes Fließbett aus teilchenförmigem Trägermaterial umfaßt, durch das das Gas zum Auffangen von Teerstoffen auf dem Träger langsam aufwärts fließt, und daß das Trägermaterial aus dieser Zone zunächst in die Fntgasungszone und weiter in die Vergasungszone geführt wird, damit die auf dem Träger-

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material abgelagerten Teerstoffe verbrannt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß etwas grober Aschefeststoff vom Sumpf der Vergasungszone abgezogen wird.

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