DE3039905A1

DE3039905A1 - Drei-stufenverfahren zur verfluessigung von kohle

Info

Publication number: DE3039905A1
Application number: DE19803039905
Authority: DE
Inventors: Christopher W. Larkspur Calif. Kuehler
Original assignee: Chevron Research and Technology Co; Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1982-03-25
Also published as: AU6325480A; CA1147684A; AU541405B2; GB2062001B; US4331531A; GB2062001A

Description

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Bej^chreibu ig_

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Verflüssigung von Rohkohle. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Drei-Stufenverfahren, bei dessen Durchführung Lösungsmittel mit verschiedenen Mengen an abgebbarem Wasserstoff verwendet werden, \im die Gasausbeuten und den Wasserstoffverbrauch auf einem Minimum zu halten.

Kohle ist die am weitesten verbreitete fossile Brennstoffquelle.. Als Ergebnis der schwindenden Erdölreserven sind große Anstrengungen unternommen worden, um flüssige Kohlenwasserstoffe aus Kohle in technischem Maßstabe herzustellen. Ein versprechender Versuch auf diesem Gebiet ist die direkte Verflüssigung der Kohle.

Dieser Versuch basiert auf den frühen Arbeiten von F. Bergius, der festgestellt hat, daß Kraftfahrzeugtreibstoffe durch eine Hochdruckfiltrierung einer Pasto aus Kohle, Lösungsmittel und Katalysator hergestellt werden können.

Spätere Arbeiten zeigen die günfeticre Wirkung des Einsatzes von spezifischen Hydrierungslösung ^mitteln bei tiefen Temperaturen und Drucken. Beim Einsatz dieser Lösungsmittel, wie beispielsweise teilweise gesättigten polycyclischen Aromaten, wird der Wasserstofftransport zu der Kohle erleichtert und die Auflösung verbessert. Die Produkte, welche in einer in einer einzigen Stufe arbeitenden Auflösungsvorrichtung erhalten werden, weisen jedoch typisch hohe Gehalte an Asphaltenen auf, besitzen hohe durchschnittliche Molekulargewichte und hohe Viskositäten. Diese Eigenschaften sind beträchtliche Hindernisse bei der Entfernung der am ,Schluß anfallenden Kohlerückstandsteilchen, die in dem Produkt suspendiert sind und gewöhnlich einen Durchmesser zwischen 1 xind 25 Mikron besitzen.

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Die vollständige Natui des Kohlerückstands oder der nichtaufgelösten Feststoffe· ist noch nicht restlos aufgeklärt, die Rückstände scheinen jedoch aus Verbundmaterialien aus organischen und anorganischen Arten zu bestehen. Das als Rückstand auftretende organische Material ähnelt Koks, während das anorganische Material den bekannten Kohleaschebestandteilen ähnlich ist. Die Entfernung dieser Teilchen ist natürlich erforderlich, um einen sauber brennenden Treiboder Brennstoff mit geringem Aschegehalt zu erhalten.

Ein direktes Zwei-Stufenkohleverflüssigungsverfahren entstand durch die Anfügung einer katalytischen Stufe zur weiteren Hydrierung und zum Zusammenbrechen der Produkte mit hohem Molekulargewicht, die in der Auflösungsvorrichtung erzeugt werden. Rückwirkend betrachtet scheint eine derartige Stufe nicht ohne Präzedenzfall zu sein. Das direkte Durchschicken eines mit Feststoffen beladenen Stroms durch einen katalytischen Reaktor wurde daher höchstens als unpraktisch angesehen. Die Zwei-^i>tufeneinheiten lösten die meisten der Kohlerückstandsentfernungsprobleme, da das hydrogecrackte Produkt relativ leicht und von relativ niedriger Viskosität war, so daß man auf herkömmliche Feststoffentfernungsmethoden zurückgreifen konnte, und der Asphaltengehalt des Produktes aus dem katalytischen Reaktor drastisch durch die katalytisch induzierte Hydrierung reduziert wurde. Repräsentative Patentschriften, welche Kohleverflüssigungsverfahren zum Inhalt haben, sind die US-PSen 4 018 663, 4-033 769 und 4 ΊΎΊI 788.

Die US-PS 4 018 663 beschreibt ein Zwei-Stufenverfahren, bei dessen Durchführung eine Kohle/Öl-Aufschlämmung durch einen ersten Reaktor geschickt wird, der eine Charge aus einem porösen nichtkatalytischen Kontaktmaterial enthält, wobei in Gegenwart' von Wasserstoff unter einem Druck von 6895 kN/m² und 13790 kN/m² sowie bei einer Temperatur von 400 bis 450⁰C gearbeitet wurde. Der Ablauf aus diesem Reaktor wird dann vorzugsweise filtriert, um den Kohlerückstand zu entfernen, und eil ern katalytischen Reaktor zur Durchführung einer Entschwefelung, Denitrifikation und Hydrierung

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der aufgelösten Kohle zugeleitet.

Die US-PS 4 083 769 beschreibt ein Verfahren, bei dessen Durchführung eine vorerhitzte Kohlelösungsmittelaufschlämmung mit Wasserstoff durch eine erste Auflösungszone geleitet wird, die unter einem Druck von ir.ehr als 210 Atmosphären sowie bei einer Temperatur betrieben wird, die höher ist als diejenige des Vorerhitzers. Der Ablauf aus der Auflösungsvorrichtung wird dann in einer katalytischen Zone hydriert, die ebenfalls unter einem Druck von mehr als 210 Atmosphären sowie bei einer Temperatur zwischen 370 und 44O⁰C gehalten wird, um flüssige Kohlenwasserstoffe und Recyclisierungslösungsmittel zu erzeugen.

Die US-PS 4 111 788 beschreibt ein Verfahren, bei dessen Durchführung eine Kohle/Öl-Aufschlämmung durch eine Auflösungsvorrichtung geleitet wird, die keinen Kcitalysator enthält, wobei der Ablauf aus dieser Vorrichtung anschließend in einem Katalysatorfließbett bei einer Temperatur behandelt wird, die wenigstens 14°C niedriger ist als die Temperatur der Auflösungsvorrichtung. Ein Teil der Produktflüssigkeit wird vorzugsweise für eine Verwendung als Lösungsmittel recyclisiert.

Bei der Durchführung eines jeden der vorstehend beschriebenen Verfahren wird die Kohle bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Wasserstoff und/oder eines V'asserstoffdonatorlösungsmittels aufgelöst. Die physikalische Kohleauflösung erfordert derartige Temperaturen, wobei jedoch die Verweil-' zeiten, die für eine Wasserstoffübertragung erforderlich sind, zusammen mit den hohen Temperaturen die Gesamtgasausbeuten auf Kosten des flüssigen Produkt.;s erhöhen und den Wasserstoffverbrauch steigern.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Kohleverflüssigungsverfahrens, durch welches die Ausbeuten an flüssigem Produkt maximiert werden, ohne daß die Produkt-"

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qualität geopfert wird.

Durch die Erfindung ward ein Verfahren zur Verflüssigung von Kohle zur Herstellung von normalerweise flüssigen sauberen Kohlenwasserstoi fen zur Verfügung gestellt, wobei nur geringe Gasausbeuten und ein minimaler Sauerstoffverbrauch in Kauf zu nehmen sind. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Koh]e/Lösungsmittel-Aufschlämmung durch Vermischen von in Form von Einzelteilchen vorliegender Kohle mit einem an Wasserstoff relativ armen Wasserstoffdonator-.lösungsmittel hergestelltΓ Die Aufschlämmung wird durch eine Auflösungszone geleitet, die vorzugsweise frei von von außen zugeführtem Katalysator oder Kontaktmaterialien ist, um die Kohle im weseniliehen aufzulösen. Geeignete Arbeitsbedingungen sind beispielsweise eine Temperatur zwischen 400 und 480⁰C sowie eine Aufschlämmungsraumgeschwindigkeit zwischen 2 und 150 h . Der Ablauf aus der Auflösungsvorrichtung wird mit einem relativ wasserstoffreichen Wasserstof fdonatorlösungsmittel vermischt und durch eine Stabilisierungsstufe zur teilweisen Hydrierung der aufgelösten Kohle geleitet. Die Stabilisierungsstufe wird vorzugsweise bei einer Temperatur betrieben, die niedriger ist als die Temperatur der Auflösungsstufe, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 370 und 440⁰C sowie bei einer Raumgeschwindigkeit der Flüssigkeit von 1 bis 12 h . Ein Teil des Ablaufs aus der Stabilisierunysvorrichtung wird abgetrennt und für eine Verwendung als-an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel recyclisiert. Wenigstens ein Teil des Restes des Ablaufes aus der Stabilisiorungsstufe wird durch eine katalytische Reaktionsstufe geleitet, die einen Hydrocrackungskatalysator enthält und unter Hydrocrackungsbedingungen betrieben wird. Ein Beispiel für geeignete Hydrocrackungsbedingungen sind ein Wasserstoffpartialdruck zwischen 70 und 700 Atmosphären, eine Temperatur zwischen 345 und 425°C sowie eine Raum-Zeit-Geschwindigkeit der Aufschlämmung zwischen 0,1 und 2 h~ . Ein Teil des Ablaufes aus der katalytischen Reaktionsstufe wird abgetrennt und für eine Verwendung als an V.'asserstoff reiches Donatorlösungsmitt-el re-

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cyclisiert.

Vorzugsweise sind die Auflösungsvorrichtung und die Stabilisierungsvorrichtung frei von von außen zugeführtem Katalysator und Kontaktmaterialien. Man kann jedoch Leitbleche verwenden, um gehemmte Fließbedingungen zu erzeugen, so daß die Einheit auf kontinuierlicher Basis betrieben werden kann.

Wenigstens ein Teil des' Kohlerückstands in dem an Wasserstoff armen Donatorlösungsmittel und/oder in dem an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittel können vor der Recyclisierung entfernt werden, um ein Anreichern von Feststoffen innerhalb der Einheit zu verhindern. Vorzugsweise wird die Auflösungsstufe in Abwesenheit von Wasserstoff betrieben, wobei ferner erzeugte Gase vor der Stabilisierungsvorrichtung entfernt werden. Wasserstoff oder Recyclisierungsgas, das Wasserstoff enthält, können der Stabilisierungsstufe zugesetzt werden. Verfährt man auf diese Weise, dann sollte ein Wasserstoffpartialdruck zwischen 70 und 700 Atmosphären aufrechterhalten werden.

Vorzugsweise wird die Aufschlämmungsraumgeschwindigkeit in der ersten Auflösungsstufe hoch c einem Bereich zwischen 12 und 120h

in der ersten Auflösungsstufe hoch gehalten, und zwar in

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Die beigefügte Zeichnung erläutert geeignete Blockformfließwege zur Durchführung einer Ausführungsform der Erfindung.

In Form von Einzelteilchen vorliegende Kohle und an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel werden in der Zone 3 0 zur Bildung einer pumpfähigen Kohle/Lösungsmittel-Aufschlämmung vermischt. Die Aufschlämmung wird einer Auflösungsstufe 50 zugeleitet, in welcher die Kohle im wesentlichen bei erhöhter Temperatur aufgelöst wird. Der Ablauf aus der Auflösungsvorrichtung wird mit einem an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittel vermischt und durch eine Stabilisierungsein-

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richtung 80 zur teilweisen lydrierung und Stabilisierung der aufgelösten Kohle, vorzugsweise bei einer tieferen Temperatur, geschickt. Ein Teil des teilweise hydrierten Ablaufs wird durch die Leitung 100 und die Feststoffentfernungszone 110 erneut der Mischzone 30 für eine Verwen- . dung als an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel zugeleitet. Der Rest des Ablaufs 90 gelangt durch die katalytische Reaktionszone 120 zur Gewinnung eines Produktes sowie eines an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittels. Der Ablauf aus der Reaktionszone gelangt durch einen Gas/Flüssigkeits-Separator 140, wo die leichten Gase und öle abgedampft werden, während die restliche Flüssigkeit durch eine Feststoffabtrennzone 170 geschickt \vird. Ein Teil des flüssigen Produktes ^ird durch die Leitung 70 als an Wasserstoff reiches Donatorlösungsmittel ιecyclisiert, während der Rest als Produkt entnommen wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.

Feinteilige Kohle—10- sowie"ein an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel 20 worden in der Zone 30 zur Bildung einer pumpfähigen Aufschlämmung vermischt. Das Grundbeschikkungsmaterial gemäß vorliegender Erfindung ist eine feste, in Form von Einzelteilchen vorliegende Kohle, wie Anthrazit, bituminöse Kohle, subbituminöse Kohle, Lignit oder Mischungen davon. Die bituminöse -sowie die subbituminöse Kohle werden besonders bevorzugt, ferner ist es vorzuziehen, daß die Kohlen auf eine Teilchengröße von weniger als 100 mesh (Tyler Standard-Siebreihe) zerkleinert oder vermählen werden, wobei jedoch auch größere Kohlegrößen verarbeitet werden können. Das in der Zone 30 verwendete Lösungsmittel ist ein an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel, welches auf das Verfahren zurückgeht.

Wasserstoffdonatorlösungsmittel sind bekannt und bestehen

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aus polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Tetrahydronaphthalin oder Dihydronaphthalinen, wobei diese Lösungsmittel dazu in der Lage sind, wenigstens teilweise gesättigt zu werden. Nach der Hydrierung können diese Lösungsmittel den aufgenommenen Wasserstoff an die Kohlemoleküle, die einen Viasserstoff Unterschuß aufweisen, abgegeben oder übertragen werden. Unter dem begriff "an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel" ist ein Wasserstoffdonatorlösungsmittel zu verstehen, das im wesentlichen an abgebbarem Wasserstoff unter den vorherrschenden Verfahrensbedingungen verarmt ist und daher für eine weitere Wasserstoffübertragung ungeeignet ist. Unter Einsatz derartiger an Wasserstoff armer Donatorlösungsmittel ist eine chemische Wechselwirkung oder eine Wasserstoffübertragung zwischen Lösungsmittel und Kohle minimal, wobei jedoch das Lösungsmittel immer noch physikalische Lösungseigenschaften besitzt. Umgekehrt betrifft der Begriff "an Wasserstoff reiches Donatorlösungsmittel" ein Wasserstoffdonatorlösungsmittel·, das wenigstens teilweise hydriert worden ist und daher in der Lage ist, Wasserstoff an die aufgelöste Kohle unter den"Verfahrensbedingungen abzugeben und darüber hinaus noch physikalische Solvatationseigenschaften besitzt. Im allgemeinen besitzt ein "an Wasserstoff armes Donatorlösungsmittel" ein Wasserstoff:Kohle-Molekülverhältnis von weniger als 1,2 und umgekehrt ein "an Wasserstoff reiches Donatorlösungsmittel" ein Wasserstoff:Kohle-Molekülverhältnis von mehr als 1,2.

Die feinteilige Kohle wird mit einem an Viasserstoff armen Donatorlösungsmittel beispielsweise in einem Lösungsmittel: Kohle-Gewichtsverhältnis von ungefähr 1:1 bis 3:1 und vorzugsweise von ungefähr 1:1 bis 2:1 vermischt.

Die Aufschlämmung aus der Zone 30 wird durch herkömmliche inicht gezeigte) Einrichtungen eihitzt, beispielsweise durch Prozeßwärmeaustauscher, Wassordami fschlangen oder befeuerte Heizvorrichtungen, und durch die Leitung 40 der Auflösungs-

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zone 50 zugeleitet. Die Auflösungszone 50 besteht im Prinzip aus einem länglichen Gefäß, das vorzugsweise frei von von außen zugeführtem Katalysator oder Kontaktinaterialieri ist und eine-ausreichende "Verweilzeit für die Kohle ermöglicht, damit diese unter den Verfahrensbedingungen sich auflöst oder aufbricht. Die Auflösungseinrichtung kann beispielsweise bei einer Temperatur zwischen ungefähr 400 und 480⁰C und vorzugsweise 425 und 455°C sowie unter einem Druck von ungefähr 1 bis ungefähr 200 Atmosphären betrieben werden. Eine Raum-Zeit-G'SchwiTtdigkeit der Aufschlämmung in der Auflösungsvorrich .ung von beispielsweise ungefähr 2 bis 150 h~ und insbesondere 12 bis 120 h wird aufrechterhalten. Da durch die Erfindung die anfängliche Kohleaufbrechungsstufe von der Hydrierungsstufe der aufgelösten Kohle getrennt wird, ist es möglicht, die Auflösungsvorrichtung bei den höheren Temperaturen zu betreiben, die für eine Auflösung der Kohle erforderlich sind, und zwar während einer wesentlich kürzeren Verweilzeit als sie im Falle der bekannten Zwei-Stufen:5ysteme eingehalten wird'. Ein Einhalten einer kurzen Verwoilzeit in der Auflösungsvorrichtung in Abwesenheit von Wasserstoff oder eines an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittels minimiert den Wasserstoffverbrauch und das Entstehen von leichten Gasen, so daß die Kohle-Flüssigkeitsausbeuten erhöht werden.

Auf das Verfahren_zurickgehendes an Wasserstoff reiches Donatorlösungsmit.tel 70 wird mit dem Ablauf 60 aus der Auflösungseinrichtung vermischt, worauf die Mischung durch eine ~ Stabilisierungszone-80 geleitet wird. Das Gewichtsverhältnis des an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittels zu dem Ablauf aus der ersten Stufe sollte zwischen O₁ 2-5-und 2 Und vorzugsweise-zwisdien 0,5 und 1 liegen.

Die Funktion der Stabilisicrungszone liegt hauptsächlich in einer partiellen Hydrierung und Stabilisierung des Ablaufs aus der Auflösungseinrichtung, wobei der Wasserstoff von dem an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittel abgegeben wird. Vorzugsweise wTrd Wasserstoff oder ein Recy-

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clisierungsgasablauf aus der stromibseitigen katalytischen Stufe, der hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, der Stabilisierungseinrichtung zur Förderung der Hydrierung zugeführt. Da die Kohle in der ersten Stufe aufgelöst wird, kann die Stabilisierungseinrichtung bei einer tieferen Temperatur betrieben werden. Vorzugsweise wird die Stabilisierungseinrichtung auf einer Temperatur zwischen 370 und 440⁰C und insbesondere auf einer Temperatur zwischen 4 00 und 425⁰C gehalten. Die Stabilisierungseinrichtung ist ähnlich wie die Auflösungseinrichtung im Prinzip ein längliches Gefäß, das vorzugsweise frei von von außen zugesetzten Katalysator oder· Kontaktmaterialien gehalten wird, wobei jedoch der Kohlerückstand oder die Mineralien eine gewisse katalytische Wirkung ausüben können.

Vorzugsweise wird ein Druck von 35 bis 680 Atmosphären und insbesondere von 70 bis 205 Atmosphären in der Stabilisierungseinrichtung aufrechterhalten. Eine Wasserstoffgasrate von 178 bis 1780 Standardkubikmeter pro Meter der Aufschlämmung und vorzugsweise 500 bis 900 Standardkubikmeter pro Meter der Aufschlämmung sollte aufrechterhalten werden, wenn Wasserstoff zugeführt wird. Eine Raum-Zeit-Geschwindigkeit der Flüssigkeit von 1 bis 12 h ist normalerweise ausreichend, um die gewünschte partielle Hydrierung der aufgelösten Kohle zu erzielen.

Der Ablauf 90 aus der Stabilisierungseinrichtung besteht aus teilweise hydrierter aufgelöster Kohle, Kohlerückstand und an Wasserstoff armen Donatorlcsungsmittel. Ein Teil dieses Ablaufes wird unter Einsatz nicht gezeigter herkömmlicher Mittel abgetrennt und als na Viasserstoff armes Donatorlösungsmittel in der Mischzone 30 verwendet. Vorzugsweise besteht das an Wasserstoff arme Donatorlösungsmittel aus einer (200⁰C+)-Siedefraktion und wird durch eine Feststoffentfernungszone 110 geschickt, wo ein erheblicher Teil des Kohlerückstands vor der Vermischungszone entfernt werden kann. Die Feststoffentfernungszone 110 kann beispielsweise

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aus einem Schwerkraftabscheider, einer Wasserzykloneinrichtung, einem Filter, ejnem Kocher oder dgl. bestehen.

Der Rest des Ablaufes, der aufgelöste Kohle, Lösungsmittel sowie unlösliche Feststoffe oder Kohlerückstand aus der Stabilisierungseinrichtung enthält, gelangt durch die katalytische Reaktionszone 120, welche Hydrocrackungskatalysator enthält. In der Hydrocrackungszone erfolgen das Hydrieren und Cracken gleichzeitig, wobei die Verbindungen mit höherem Molekulargewicht weiter hydriert und in Verbindungen mit niederem Molekulargewicht umgewandelt werden. Der Schwefel aus den Schwefel-enthaltenden Verbindungen wird in Schwefelwasserstoff, der Stickstoff in Ammoniak und der Sauerstoff in Wasser umgewandelt. Vorzugsweise handelt es sich bei der katalytischen Reaktionszone um einen Festbettyp, wobei jedoch auch ein Fließbett oder ein sich bewegendes Bett verwendet werden können. Die Mischung aus Gasen, Flüssigkeiten und unlöslichen Feststoffen gelangt vorzugsweise nach oben durch den katalytischen Reaktor, kann jedoch auch nach un-_ ten strömen. „___-

Der in der Hydrocrack angszone eingesetzte Katalysator kann jeder bekannte und in Handel erhältliche Hydrocrackungskatalysator sein. Ein für die Verwendung in der Hydrocrackungszone geeigneter Katalysator besteht aus einer Hydrierungskomponente und einer milden Crackkomponente. Vorzugsweise ist die Hydrierungskomponente auf einer feuerfesten schwachsauren Crackunterlage aufgebracht. Geeignete Unterlagen sind beispielswesei Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Verbundmaterialien aus zwei oder mehreren feuerfesten Oxiden, wie Siliciumoxid-Alun.iniumoxid, Siliciumoxid-Magnesiumoxid, Siliciurnoxjd-Zirkonoxid, Aluminiumoxid-Boroxid, Siliciumoxid-Titanoxid, Siliciumoxid-Zirkonoxid-Titanoxid, ferner kommen mit Säure behandelten Tone oder dgl. in Frage. Saure Metallphosphate, wie Aluminiumphosphat, können ebenfalls verwendet werden. Bevorzugte Crackunterlagen bestehen aus

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Aluminiumoxid und Verbundmaterialien aus Siliciumoxid und Aluminiumoxid. Geeignete Hydrierungskomponenten werden aus Metallen der Gruppe VIb, aus Metall der Gruppe VIII sowie ihren Oxiden, Sulfiden oder Mischungen davon ausgewählt. Besonders bevorzugt werden Cobalt-Holybdän, Nickel-Molybdän oder Nickel-Wo-lfram, abgeschieden auf Aluminiumoxidträgern.

Die Hydrocrackungszone wird unter Hydrocrackungsbedingungen betrieben. Vorzugsweise sollte die Temperatur in der Hydrocrackungszone unterhalb 4 3O⁰C und insbesondere zwischen 340 und 400⁰C zu Verhinderung eines Foulings gehalten werden. Die Temperatur in der Hydrocrackungszone sollte daher vorzugsweise unterhalb der Temperatur der Stabilisierungszone gehalten werden und läßt sich durch Kühlen des Stabilisierungseinrichtungsablaufs nach herkömmlichen Methoden, beispielsweise durch indirekten Wärmeaustausch mit anderen Verfahrensströmen oder durch Abschrecken mit Wasserstoff, einstellen. Andere zufriedenstellende Hydrocrackungsbedingungen sind ein Druck zwische-n 35 und 700 Atmosphären Wasserstoffpartialdruck, vorzugsweise 70 bis 210 Atmosphären und inbesondere 100 bis 170 Atmosphären, eine Wasserstoffrate von 355 bis 3550 1 pro ] Aufschlämmung, vorzugsweise 380 bis 1780 1 Wasserstoff pro 1 Aufschlämmung, und eine Aufschlämmung-Elüssigkeit—Raum-Zeit-Geschwindigkeit zwischen 0,1 und 2/h, vorzugsweise 0,2 und 0,5/h.

Vorzugsweise sind der Druck in der Stabilisierungseinrichtung und in der katalytischen Hydrocrackungsstufe im wesentlichen gleich, um ein Zwischenschalten von Pumpen zu vermeiden.

Vorzugsweise wird der gesamte Ablauf aus der Auflösungseinrichtung durch die Stabilisierungseinrichtung der Hydrocrackungszonezugeführt. Da jedoch kleine Mengen an Wasser und leichten Gasen (C..-C-) in der Auflösungsstufe durch Hydrierung der Kohleflüssigkeiten erzeugt werden, wird der Katalysator in der Hydrocrackungs:one einem geringeren

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Wasserstoffpartialdruck gegenüber dem Fall ausgesetzt, daß diese Materialien nicht vorliegen. Da höhere Wasserstoffpartialdrucke zu einer Verlängerung der Katalysatorlebensdauer neigen, kann es bei einer Durchführung im technischen Maßstabe vorzuziehen nein, einen Teil des Wasser und die leichten Gase zu entfernen, bevor der Strom in die Hydrocrackungsstufe eintritt. Darüber hinaus kann eine in einer Zwischenstufe erfolgende Entfernung von Kohlenmonoxid und anderen Sauerstoff enthaltenden Gasen den Wasserstoffverbrauch in der Hydrocrackungsstufe vermindern.

Der Ablauf 130 aus der Reaktionszone 120 wird vorzugsweise in eine gasförmige Fraktion.. 150 und eine an Feststoffen arme Fraktion 160 in der Zone 140 aufgetrennt. Die gasförmige Fraktion besteht aus leichten ölen, die unterhalb ungefähr 200^cC sieden, und normalerweise gasförmige Komponenten, wie H₂, CO, CO₂, H₂O sowie den C^-C^-Kohlenwasserstoffen. Vorzugsweise wird der Wasserstoff von den anderen gasförmigen Komponenten abgetrennt und erneut der Hydrocrackungs- oder Auflösungsstufe (nicht gezeigt) zugeleitet.

Die Flüssigkeit/Feststoff-Fraktion 160 wird der Trennzone 170 zugeleitet, in welcher der Strom weiter in ein an Wasserstoff reiches Donatorlösungsmittel, einen an Feststoffen armen Strom 70 und einen an Feststoffen reichen Strom 180 aufgetrennt wird. Unlösliche Feststoffe werden in der Zone 170 nach herkömmlichen Methoden abgetrennt, beispielsweise durch Wasse zyklonbehandlung, Filtrieren, Zentrifugieren oder Schwerkxaftabsetzen oder durch eine Kombination diener Maßnahmen. Vorzugsweise werden die unlöslichen Feststoffe durch Schwerkraftabsetzen abgetrennt. Dies ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, da der Ablauf aus der Hydrocrackunosreaktionszone eine geringe Viskosität und ein relativ niedriges spezifisches Gewicht von weniger als 1 besitzt. Das niedrige spezifische Gewicht des Ablaufs ermöglicht eine schnelle Abtrennung der Feststoffe durch Schwerkraftabscheidui g, so daß im allgemeinen 90 Gew.-% der Feststoffe schnell al.getrennt werden können. Ein tatsäch-

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liches Testen zeigt, daß Feststoffgehalte von nur 0,1 Gew.-% unter Einsatz von Schwerkraftabscheidern erzielt werden können. Vorzugsweise werden die unlöslichen Feststoffe durch Schwerkraftabscheidung bei erhöhter Temperatur von 150 bis 205⁰C sowie bei einem ;)ruck zwischen 1 und 34 0 Atmosphären und vorzugsweise 1 und 70 Atmosphären entfernt. Die Abtrennung der Fests :offe bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ist zweckmäßig, um die Flüssigkeitsviskosität und die Dichte auf einem Miniraum zu halten und eine Blasenbildung zu vermeiden. Der Strom aus an Feststoffen armem und an Wasserstoff reichem Donatorlösungsmittel wird durch die Leitung 70 für eine Vermischung mit dem Ablauf 60 aus der Auflösungseinrichtung recyclisiert.

Das an Feststoffen reiche Produkt kann dann anderen nichtgezeigten Trennzonen durch die Leitung 75 zugeleitet werden. In diesen Zonen kann eine Destillation, eine Fluidverkokung, eine verzögerte Verkokung, ein Zentrifugieren, eine Wasserzyklonbehandlung, ein Filtrieren, eine Schwerkraftabscheidung oder eine Kombination aus den vorstehend genannten Methoden durchgeführt werden. Das flüssige Produkt ist nach Anwendung herkömmlicher Reinigungsmethoden im wesentlichen von Feststoffen frei und enthält weniger als 1 Gew.-% Feststoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren- erzeugt extrem saubere und normalerweise flüssige Produkte. Die normalerweise flüssigen Produkte, d. h. alle Procluktf ι aktionen, die oberhalb C. sieden, besitzen ein ungewöhnlich geringes spezifisches Gewicht, einen geringen Schwefelgohalt von weniger als 0,1 Gew.-%, im allgemeinen weniger als 0,2 Gew.-%, und einen niedrigen Stickstoffgehalt von weniger als 0,5 Gew.-%, im allgemeinen weniger als 0,2 Gew.-%.

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Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu ersehen-_r daß das erfindungsgemäße Verfcihren einfach ist und normalerweise flüssige Produkte aus Kohle erzeugt, die sich für viele Zwecke eignen. Insbesondere eignen sich die Produkte als Turbinentreibstoffe, während besondere Fraktionen als Benzin, Düsentreibstoff oder andere Treibstoffe verwendbar sind.

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Claims

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1. Drei-Stufenverfahrtη zur Verflüssigung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohle/Lösungsmittel-Aufschlämmung durch Vermischen von feinteiliger Kohle mit einem an Wasserstof armen Donatorlösungsmittel gebildet wird, die Aufschlämmung durch eine Auflösungsstufe geschickt wird, um im wesentlichen die Kohle aufzulösen, der Ablauf -us der Auflösungsstufe mit einem an Wasserstoff reichen Donatorlösungsmittel durch eine Stabilisierungsstufe zur teilweisen Hydrierung der gelösten Kohle geschickt wird, ein Teil des Ablaufs aus der Stabilisierungsstu "e für eine Verwendung als an wasserstof farmes Dona orlösungsmittel abgetrennt wird,

β MÜNCHEN 86. SIhBKRTSTR. 4 POB 860 720 · KABFL: MU- HOPAT · TEL. (089) 47 40 05 · TELECOPIKH XFHOX 400 ■ TKLEX 5-24285

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wenigstens ein Teil des Restes des Ablaufs aus der Stabilisierungsstufe durch eine katalytische Reaktionsstufe, die Hydrocrackungskatalysator enthält und unter Hydrocrackungsbedingungen betrieben wird, geschickt wird, und ein Teil des Ablaufes aus der katalytischen Reaktionszone für eine Verwendung als wasserstoffreiches Donatorlösungsmittel abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösungs- und Stabilisierungsstufe frei von von außen zugeführtem Katalysator und Kontaktteilchen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Kohlerückstands aus dem an Wasserstoff armen Donatorlösungsmittel vor dem Vermischen des an Wasserstoff armen Lösungsmittels mit der feinteiligen Kohle entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Kohlerückstands von dem Teil des aus der katalytischen Reaktionsstufe austretenden Ablaufs abgetrennt wird, der als an Wasserstoff reiches Donatorlösungsmittel verwendet wird, 1 evor dieses durch die Stabilisierungsstufe geleitet wire .

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff der Stabilisierungsstufe zur Aufrechterhaltung eines Wasserstoffpartialdrucks zwischen 7 0 und 700 Atmosphären zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 ο er 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumgeschwiniligkeit der Aufschlämmung in der Auflösungsstufe zwischen 12 und 120 h gehalten wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösungsstufe ohne zugesetzten molekularen Wasserstoff betrieben wird.

δ. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsstufe bei einer Temperatur betrieben wird, die unterhalb der Temperatur der Auflösungsstufe liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Reaktionsstufe bei einer Temperatur betrieben wird, die riedriger ist als die Temperatur der Stabilisierungsstuie.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsstufe bei einer Temperatur betrieben wird, die geringer ist als die Temperatur der Auflösungs stufe, und die katalytische Reaktionsstufe bei einer Tem peratur durchgeführt wird, die niedriger ist als die Temperatur der Stal ilisierungsstufe.

11. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die.Auflösungsstufc beireiner Temperatur zwischen 400 und 480⁰C sowie bei einer Raum-Zeit-Geschwindigkeit der Aufschlämmung zwischen 2 und 150 h betrieben wird, die Stabilisierung^stufe bei einer Temperatur zwischen 400 und 440⁰C und iiner Raumgeschwindigkeit der Flüssigkeit zwischen 1 un1 12 h ausgeführt wird, und die katalytische Reaktionsstufe bei einer Temperatur zwischen 345 und 425°C durchgeführt wird.

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