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Verfahren zur Behandlung von wasserreichen Kohlen, insbesondere
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Braunkohlen I)ie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von
wasserreichen Kohlen, insbesondere Braunkohlen, durch Erwärmen einer Mischung aus
Rohkohle und Kohlenwasserstoffen unter gleichzeitiger Abtrennung von Wasser.
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Bestimmte Kohlenarten, insbesondere Braunkohlen, enthalten bis zu
70 Gw.-% Wasser und sind als Rohkohlen nicht zur Verbrennungt Vergasung oder hydrierenden
Verflüssigung geeignet. Derartige Kohlen müssen vor ihrer Verarbeitung entwässert
werden, und zwar im Fall der hydrierenden Verflüssigung möglichst auf Restwassergehalte
unter 8%. Es hat sich nämlich gezeigt, dass z. B. australische Braunkohlen bei höheren
Wassergehalten nur schwierig, teilweise gar nicht in genügenden Mengen in schwere
Kohlenwasserstofföle eingebracht werden können, um dann im Gemisch mit diesen in
die Hydrierreaktion gebracht zu werden. Unter Braunkohlen sollen Lignite, subbituminöse
Kohlen und entsprechende Materialien verstanden werden.
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Da diese Kohlen durch Wärmebehandlung, die apparativ sehr aufwendig
ist, nur bis auf einen Wassergehalt von etwa 10 Gew.-% entwässert
werden
können, hat man schon früh versucht, die Entwässerung von z. B. Braunkohlen nach
Zusatz von Kohlenwasserstoffölen vorzunehmen (DT-PS 1 048 378). Dabei wird das Kohle/
ölgemisch bei etwa 30 bar auf 250 - 380O C erwärmt und anschliessend das Wasser
in Form von Dampf abgetrennt. Ein Teil des Öls wird aus dem Gemisch abgetrennt und
im Kreislauf zur Mischung mit weiterer Kohle benutzt, das verbleibende entwässerte
Kohle/ ölgemisch zur Weiterverarbeitung - im vorliegenden Fall zur Trennung - gebracht.
Das Verfahren ist weniger aufwendig als die übliche Wärmebehandlung von Kohle, der
Entwässerungsgrad jedoch noch unbefriedigend.
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Gemäss einer Abwandlung dieses Verfahrens wird nicht ein schweres
Kohlenwasserstofföl, sondern ein leichtes, z. B. ein Benzin, der wasserhaltigen
Kohle zugesetzt, das nach der Wärmebehandlung das Kohlegemisch in üblicher Weise
unter Abführung des Wassers abgetrennt und im Kreislauf erneut zur Mischung mit
weiterer Kohle benutzt (DT-AS 25 26 933, vgl. Figur 2). Aber auch dieses Verfahren
ist unbefriedigend, da nur Wassergehalte der Kohle von ca.
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8% erzielt werden können.
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Diese vorbeschriebenen Verfahren wurden dann kombiniert und anstelle
eines im Kreislauf geführten schweren oder eines leichten Kohlenwasserstofföls ein
Gemisch aus beiden blarten für die Rückführung vorgeschlagen, wobei die Erwärmung
des Kohle/ölgemisches auf etwa 100 - 300° C erfolgen und anschliessend in einem
Separatur die Trennung vorgenommen werden soll (DT-OS 28 10 479).
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Aber auch die Kombination der früher beschriebenen Verfahren brachte
keinen ausreichenden Erfolg, da die Wassergehalte der behandelten Braunkohlen wiederum
nur auf etwa 10% gesenkt werden konnten Aufgabe der Erfindung ist es, niedrigere
Wassergehalte der Kohlen zu erreichen.
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Es wurde unerwartet gefunden, dass die bisher genannten Werte erheblich
unterschritten werden können, wenn man die Wärmebehandlung der Kohlen in bestimmter
Weise durchführt. Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur Behandlung
von wasserreichen Kohlen, insbesondere Braunkohlen, durch Erwärmen einer Mischung
aus den Rohkohlen und Kohlenwasserstoffölen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein
Gemisch aus feingemahlener Rohkohle, einem schweren Kohlenwasserstofföl und leichten
Kohlenwasserstoffen mit einer Verweilzeit von 0,1 - 30 Minuten lang auf 50 -3000
C erwärmt, wobei man gleichzeitig Wasser und leichte Kohlenwasserstoffe aus dem
Gemisch abtrennt, die leichten Kohlenwasserstoffe im Kreislauf zur Gemischbildung
zurückführt und das Wasser sowie das verbleibende Gemisch aus der Kohle und den
schweren Kohlenwasserstoffölen aus dem Prozess entfernt.
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Durch die Abänderung der bisher stets beschriebenen Arbeitsweise,
das Kohle/Kohlenwasserstoff-Gemisch auf die Arbeitstemperatur zu erwärmen und anschliessend
ohne weitere Wärmezufuhr oder nach Abkühlung in die gewünschten Komponenten aufzutrennen,
in die erfindungsgemässe Arbeitsweise, Erwärmung und Auftrennen
zu
einem Arbeitsschritt zu vereinen, gelingt es, zu wesentlich niedrigeren Wassergehalten
in der Kohle zu gelangen als bisher möglich.
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Die Rohkohle kann vor der Einmischung in die Kohlenwasserstofföle,
vorteilhaft aber auch im Gemisch mit diesen auf die für die Hydrierung erforderliche
Feinheit gemahlen werden. Die Anfertigung des Gemisches kann in üblicher Weise erfolgen.
Das Verhältnis von Kohle, wasserfrei gerechnet, zu dem schweren Kohlenwasserstofföl
wird man im allgemeinen zwischen 1:2 und 1:0,7 wählen, wobei man bevorzugt möglichst
hohe Kohlekonzentrationen einstellen wird. An leichten Kohlenwasserstoffen ist eine
solche Menge dem Gemisch zuzufügen, dass es ausreichend pumpbar ist.
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Dabei kann das Verhältnis von schweren zu leichten Kohlenwasscrstoffölen
je nach Einsatz der erstgenannten Öle zwischen 1:3 und 1:0,25 gewählt werden. Als
schwere Kohlenwasserstofföle setzt man im allgemeinen aus der Kohlehydrierung stammende
über etwa 200O C siedende Schweröl- oder Rückstandsfraktionen ein, doch kann man
auch entsprechende Fremdöle nehmen.
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Als leichte Kohlenwasserstoffe wählt man unterhalb des Siedebeginns
der genannten Schweröle siedende flüssig Kohlenwasserstoffgemische, z. B. Benzinfraktionen,
oder auch einzelne Benzinkomponenten, z. B. Paraffine oder Aromaten der entsprechenden
Siedelage. Als vorteilhaft hat sich auch z. B. Xylol erwiesen.
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Das vorbereitete Gemisch wird dann, gegebenenfalls nach Vorwärmung,
in
eine für die Wärmebehandlung unter gleichzeitiger Abtrennung von Wasser und leichten
Kohlenwasserstoffen geeignete Apparatur eingeführt, z. B. in eine Destillationskolonne
oder einen Fallfilmverdampfer. Die Wärmebehandlung wird in Abhängigkeit von den
gewählten leichten Kohlenwasserstoffen bei Temperaturen von etwa 50 bis 300° C,
gegebenenfalls bei erhöhten Drücken bis etwa 10 bar, durchgeführt während einer
Dauer Von 0,1 - 30 Minuten. Die erhaltenen Wasser- und Kohlenwasserstoffdämpfe werden
in üblicher Weise kondensiert und voneinander getrennt. Die Kohlenwasserstoffe werden
zur Mischeinrichtung für die Rohkohle zurückgeführt, das Wasser wird aus'dem Prozess
entfernt. Die aus der Behandlungsapparatur gewonnene Kohle/ Schweröl-Mischung kann
unmittelbar der Kohlehydrierung, die in bekannter Weise vorgenommen werden kann,
zugeführt werden. Die Wassergehalte in diesen Mischungen liegen unter 8 Gew.-%,
bezogen auf die Kohle. Es können im allgemeinen Werte von 5% und niedriger erreicht
werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
Verfahrens im Prinzip dargestellt, wobei auf die Wiedergabe der Nebenapparaturen
verzichtet wurde.
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tiber Leitung 1 werden Rohbraunkohle, über Leitung 2 ein aus der Kohlehydrierung
stammendes hochsiedendes öl und über Leitung 3 ein ebenfalls aus der Hydrierung
stammendes Leichtbenzin in die Mischapparatur 4 eingeführt. Das Gemisch gelangt
über Leitung 5 in eine Drehtrommel, in der im allgemeinen bei etwas erhöhter Temperatur,
z. B. 50 - 800 C, eine Feinmahlung erfolgt. Anschliessend
wird
das Gemisch über Leitung 7, den Vorwärmer 8 und Leitung 9 in den Wärmebehandlungs-Apparat
10, der hier als Fallfilmven3ampfer dargestellt ist, eingefü}lr L. Hier erfolgt
unter Wårmezufuhr über Leitung 11 mit ausreichender Dauer die Wärmebehandlung, in
deren Verlauf über Leitung 13 die gebildeten Wasser- und Benzindämpfe abgezogen
werden. Uber Leitung 12 wird das anschliessend zur Hydrierung vorgesehene Kohle/Ul-Gemisch
mit einem Wassergehalt von z. B. < 1% abgeführt. Die Wasser-und Benzindämpfe
werden in dem Kondensator 14 kondensiert, die erhaltenen Flüssigkeiten über Leitung
15 in die Phasentrennung 16 geführt und dort in einen Benzinstrom, der über Leitung
3 zum Mischapparat 4 zurückgeführt wird, und in einen Wasserstrom (Jctrennt, der
über Leitung 17 aus dem Prozess entfernt wird.
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Beispiel Feingemahlene australische Braunkohle mit einem Wassergehalt
von 55 Gew. -% wurde in üblicher Weise durch Erhitzen auf einen Wassergehalt von
10 Gew.-% getrocknet. Die Kohle wurde dann in ein Schweröl im Verhältnis von Kohle:
= 1,5 eingebracht und vermischt. Das so erhaltene Gemisch, Kohlegehalt 40 %, was
so hochviskos, dass es nicht pumpbar war.
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Es wurde dann aus australischer Braunkohle ein Gemisch aus Kohle,
Schweröl und Xylol, Verhältnis 1:1:1, hergestellt und erfindungsgemäss bei 1500
C 20 Minuten lang behandelt. Der Wassergehalt des für die Hydrierung vorgesehenen
Kohle/Schweröl-Gemisch, Kohlegehalt 50 Gew.-%, betrug weniger als 1 Gew.-%,
bezogen
auf die Kohle. Das Gemisch liess sich pumpen.
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Auch ein Gemisch aus australischer Braunkohle, Schweröl und Xylol,
Verhältnis 1:0,85:1, wie oben beschrieben erfindungsgemäss behandelt, ergab ein
noch pumpbares Kohle/Schweröl-Gemisch. Nach der Wasserabtrennung war der Kohlegehalt
ca.
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54 Gew.-%, der Wassergehalt 3,5 Gew.-%. Hier war die Grenze der Pumpbarkeit
erreicht.