DE3101598A1

DE3101598A1 - Verfahren zum hydrieren von kohle

Info

Publication number: DE3101598A1
Application number: DE19813101598
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Dr. 6702 Bad Dürkheim Romberg
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1981-01-20
Filing date: 1981-01-20
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE3173032D1; EP0056487B1; EP0056487A3; EP0056487A2; US4468315A

Description

BASF Aktieng««t!schaft ^> O. Z. OO5O/O34&79

^Verfahren zum Hydrieren von Kohle ^Ί

3ei dem bekannten Verfahren zum Hydrieren von Kohle hängt die Wirtschaftlichkeit weitgehend von der Ausnutzung der im Verfahren anfallenden Reaktionswärme ab. üblicherweise wird der Wärmeinhalt der dem Reaktor entströmenden Reaktionsdämpfe benutzt, um in Rohrbündelwärmeaustauschern im Gegenstrom den Kohlebrei für die Reaktion aufzuheizen. Dabei entstehen große Probleme durch Verkrusten der Wärme-K) austauscherflächen und durch Verteilungsschwierigkeiten der zweiphasigen Mischung auf der Breiseite, die um so erheblicher werden, je größer die Apparatedimensionen sind.

Der direkte Wärmeaustausch zwischen Reaktionsdämpfen und TS Kohlebrei würde Vorteile bieten. Die für den direkten Wärmeaustausch benötigte iMischstrecke ist weniger empfindlich gegen Verteilungsprobleme des zweiphasigen Gemischs, und es besteht keine Gefahr der Vercrackung an überhitzten Wärmeaustauscherflächen. Durch die Benutzung des Wasser-Stoffs als wesentlicher Bestandteil des Wärneträgergases ist auch die Gewähr gegeben, daß die Aufheizung des Kohlebreis stets in Gegenwart von Wasserstoff erfolgt.

Man hat auch schon einen direkten Wärmeaustausch in einer Stufe oder über einen begrenzten Temperaturbereich in einem Segenstromapparat durchgeführt. In beiden Fällen kondensiert ein Teil der dampfförmigen Reaktionsprodukte im Kohlebrei aus; dadurch wird die Anwendung des Prinzips des direkten Wärmeaustausches auf ein verhältnismäßig hohes Temperaturniveau begrenzt. Eine weitgehende Rückgewinnung der Wärme durch direkten Austausch ist auf diese Weise nicht möglich.

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""ha wurde nun gefunden, daß man eine bessere Ausnutzung der Reaktionswärme erzielt, wenn man zumindest einen Teil der bei der Hydrierung anfallenden heißen Hase und Dämpfe mit dem Kohlebrei mehrstufig innig vermischt und nach der ersten Mischotufe die Gase vom Produkt befreit und die produktfreien Gase, insbesondere Wasserstoff, als Wärmeträger benutzt.

Bei dem erfindungsgem/ißen Hydrierverfanren wurden in ein^r ersten Mischstufe die aus der Reaktion strömenden Gase und Dämpfe auf eine Temperatur nicnt unter 350 C, bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 3Ö0 und 440⁰C, insbesondere 390 bis 4lü°C abgekühlt. Danach erfolgt die Abtrennung nochsiedencier öle in einem Zwiscuenaüscheider. Um diese

Temperatur im Zwischenabscheiaer zu erreicnen, ist eine Vorheizstrecke bei niedrigeren Temperaturen nötig, in aer der Kohlebrei vorgeheizt wird, beim direkten Wärmeaustausch wird dabei das Reaktionsgas auf tiefere Temperaturer, als 35O°C abgekühlt. Beim Abkünlen unter 35O°C würde hier jedoch eine zu große Menge der Reaktionsprodukte ausfallen und dem Reaktor mit dem Kohlebrei wieder zugeführt weraen. Diese Anreicherung der Reaktionsprodukte im Kohlebrei und in der Reaktionszone wird dadurch verhindert, daß die Reaktionsprodukte vorher aus den Reaktionsgasen in einem Kaltabscneider bei etwa Raumtemperatur ausgeschleust werden. Da3 verbleibende, vom öldampf befreite Gas wird nunmehr im Ciegenstrom mit dem dem Kaltabscheider zuströmenden, prodUKtüeladenen Gas in einem Wärmeaustauscher wieder aufgeheizt, wobei das dem Kaltabscheider zuströmende Gas abgekühlt wird.

Dieses aufgeheizte, vom Produkt befreite Gas kann jetzt als Wärmeträger dienen und im direkten Wärmeaustaus cn aera Kohlebrei die nötige Wärme zuführen. Wird zur Deckung eines Spitzenoedarfs zusätzlich Fremdwärme benötigt, so kann das produktfreie Gas mit dieser Fremdwärme aufgeneizt weraen,

ohne daß die wärmeüüertragenden Fläcnen vercracken ouer

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^rsich mit Kohlenstoff belegen. "*

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht im wesentlichen darin, daß in den Wärmeaustauscher für die Premdwärmezufuhr nur saubere Gase gelangen, während der Kohlebrei durch Direktaufheizung in mehrphasigen Mischstrecken aufgeheizt wird, die apparativ wesentlich einfa3her und somit billiger sind, ohne daß die Gefahr von Vercrackungen, von Verlegungen einzelner Rohre und von

K) überhitzung an der. Wärmeaustauscherflächen besteht. Dabei geschieht die Aufheizung des Kohlebreies stets in Gegenwart von Wasserstoff. Durch geeignete Wahl der Zahl der Stufen der direkten Aufheizung kann die Wirkung des Gegenstromprinzips weitgehend erreicht werden. Man kann auch die Mischstufen, die bei Temperaturen unter 400⁰C betrieben werden und denen die Wärme durch Gas zugeführt wird, aus dem bereits das Produkt auskondensiert ist, als Gecenstronapparate ausbilden, um eine noch bessere Wärmeausnutzung zu erzielen.

Beim indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Gas aus dem Reaktor, das dem Kaltabscheider zuströmt und das Produkt enthält, und dem vom Produkt befreiten Restgas geht ein Teil des nutzbaren Wärmeinhaltes (z.B. die Kondensationswärme) für die Regeneration verloren. Wenn man auch diese Wärme im Verfahren ausnutzen will, so muß die Masse des Rest?:ases vergrößert werden. Das ist leicht mörrlich, wenn das auf Raumtemperatur abgekühlte Abgas aus der Kohlebreivorheizung, das zur Gasreinigung gehen soll, geteilt, ein Teilstrom entnommen und dieser dem Wärmeträgergas zugemischt wird (Kreislaufschaltung).

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der schwer zu behandelnde Kohlebrei durch direkte Vermischung mit Gasen aus dem Verfahren auf die Reaktorein-

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^rtrittütemperatur gebracht wird, wobei die Fremd wärmezufuhr in. Gegensatz zu einer einstufigen Schaltung meist ganz entfallen oder zuminuest wesentlicn kleiner gehalten werden kann.

Die mehrstufige direkte Vermischung wirci dadurch mc_t;lic:i, üaß nach der ersten Mischstrecke das Gas vom WertprcauKt getrennt wird, so daß in den kälteren Mischstufen kein Produkt mehr ausfallen kann. Erst durch die mehrstufige airekte Vermischung lassen sicii die bekannten Vorteile der Direktaufheizung gegenüber der indirekten Aufnei^ung in Rohrbündelwärraeübertragern optimal nutzen: oei der Direktaufheizung in einer rlischstrecke läßt sicn das Problem der Verteilung des Kohlebreies im Würmeaustauscher vor allem bei sehr großen Apparaten wesentlicn besser löaen als bei indirektem Wärmeaustausch, bei aein sich leicnt Totzonen bilden können, die produktechäalicn werden und die Austauschflächen belegen. Das ist der hauptvorteil gegegenüber indirektem Wärmeaustausch im Gegenstrom. Als Mischstrecken für direkten Wärmeaustausch können wesentlich einfachere Apparate als Rohrbündelwärmeübertrager eingesetzt werden, vor allem bei Kochdruck.

Die Direktvermischung ermöglicht es, auch nicht vorgetrocknete Kohle einzusetzen. Der ausgetrieoene Wasserdampf und andere Leichtsieder werden nicht durch den Reaktor geführt, sondern direkt über einen Kaltabscheicer ausgeschleust. Selbst bei Vortrocknung entnält die Kcale noch einen nennenswerten Anteil an Wasser, das als Dampf im Reaktor den Reaktionsdru^k erhönt. Bei der Direktaufheizung wird auch diese Was^ermenge zusammen mit aen flüchtigen Bestandteilen der Kohle und des Anreiböles vor dem Reaktor abgeführt, ;,o daß der Reaktionsdruck mn die Partialdrücke dieser Leichtsieder niedriger sein Kann. 35

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Im folgenden wird anhand der Aboilciung eine kurze Verfahre ns b es ehre ibuni; am Beispiel der zweistufigen direkten Aufheizung des Kohlebreies im Verfahren zum Hyarieren von i.ohle gegeben:
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Die aus dem Hydrierreaktor (9) abströmenden Brüden (10) werden, nacnaem sie im Heißabscheider (13) vom flüssigen Abschlamm getrennt worden sind, in der Mischstrecke (ö) mit dem Kohleurei innig vermischt, so daß sich eine A is chungs temperatur von etwa 4Oü°C einstellt. Soüann werden Kohlebrei una Gas im Zwischenaoscheider (7) getrennt.

brei wird mit der Pumpe (6) in den Reaktor geföruert. Gleichzeitig mit dem Kohlebrei tritt der für die Hydrierung nötige Wasserstoff, nämlich Frischwasserstoff und der Verfahrens bedingte Kreislaufwasserstoff in den Reaktor ein (21). Dieser Gasstrom wird unter Wärmerückgewinnung in den Wärmeaustauschern (19) und (15) aufgeheizt. Der Wärmeaustauscher (12) ist zusätzlich vorgesehen, um im Bedarfsfalle etwa erforderliche Fremdwäriue zufünren zu können.

Das im Zwischenabscheider (7) abgetrennte Reaktorgas wird in den Wärmeaustauschern (14) und (15) im Wärmeverbund abgekühlt und nahe auf Raumtemperatur gebracht; dabei kondensiert das Kaltabscheideröl aus und kann im Kaltabscheider (l6) abgetrennt werden (Strom (17)).

Das produktfreie Gas, das im Wärmeaustauscher (14) unter Wärmerückgewinnung und - bei eventuellem Fremdwärmebedarf im Wärmeübertrager (11) aufgeheizt wird, gelangt zur Mischstrecke (2), wo es mit dem in das System eintretenden Kohlebrei (1) vermischt wira. Dabei wird die Maische erwärmt.
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^rBeispielhaft wird der Kohlebrei (1) in Stufe (2) von 10O⁰C auf 23O⁰C vorgewärmt, in der anderen Mischstufe (8) erfolgt dann die Aufheizung auf die notwendige Temperatur von 400⁰C. Durch konsequente Nutzung des Wärmeverbundes, das bedingt entsprechende Austauschflächen, kann der Bedarf an Fremdwärme auf Null gebracht werden.

Bei der Erwärmung des Kohlebreies in der Vorheizstufe (2) werden Leichtsieder, z.B. Wasser, frei, diese werden zusammen mit dem Aufheizgas im Abscheider (3) von der Maische getrennt. Während der Kohlebrei mit Hilfe der Breipumpe (5) zur Vorheizstrecke (8) gepumpt wird, geht der Gasstrom (¹J) unter Abkühlung im Wärmeaustauscher (19) zum Abscheider (22) Unter Raumtemperatur wird hier das auskondensierte Wasser zusammen mit anderen Leichtsiedern abgeschieden.

Soll zum besseren Wärmerückgewinn der durch die Austauschstufe (2) geleitete interne Kreisgasstrom vergrößert werden, so kann hinter dem Abscheider (22) von dem Gasstrom. der zur Gasreinigung geführt werden soll, ein Teilstrom (20) abgezweigt und mit Hilfe des Kreisgaskompressors (18) über (14) und (11) zur Stufe (2) gepumpt werden.

Zeichn.
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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Hydrierung von insbesondere mit ölen angerührter Kohle, wobei der Kohlebrei auf Reaktionsdruck gepumpt, erhitzt und dann in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen, zumindest ein Teil der bei der Hydrierung anfallenden heißen Gase und Dämpfe wieder mit dem Kohlebrei innig vermischt wird, dadurch gekennzeichnet,

K) daß die Vermischung der heißen Gase und Dämpfe mit dem Kohlebrei mehrstufig erfolgt, wobei nach der ersten Mischstufe die Gase vom Produkt befreit und die produktfreien Gase, insbesondere Wasserstoff, als Wärmeträger benutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der ersten Mischstufe der Wärmeaustausch von Gas und Kohlebrei im Gegenstrom erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Mischstufe eine Temperatur von 35O⁰C nicht unterschritten wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Mischstufe eine Temperatur von 38Ο bis 44O⁰C aufrecht erhalten wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Mischstufe eine Temperatur von 390 bis 410⁰C aufrecht erhalten wird.

457/8Ο Gr/Ke 19-Ql.196I

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6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wärmeträger dienende Gasmenge, die im wesentlichen aus Wasserstoff besteht, durch Kreisfahrweise eines Teilstromes erhöht wird, so daß eine bessere Ausnutzung der Reaktionswärme ermöglicht und eine eventuell zusätzlich einzusetzende Premdwärmemenge auf ein Minimum reduziert wird.