DE3124814A1 - METHOD FOR PROCESSING COAL EXTRACT - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verarbeitung von Kohleextrakten,
insbesondere auf die Wasserstoffcrackung von
Kohleextraken.The invention relates to the processing of coal extracts, in particular to the hydrogen cracking of
Coal extracts.
Kohleextrakte, die auf dem Gebiet der Kohlechemie allgemein bekannt sind, werden durch digerieren von Kohleteilchen in
einem Lösungsmittel bei hoher Temperatur, zweckmäßig bei
300-450 0C, unter Druck während eines Zeitraums von 30 Minuten
bis 2 Stunden hergestellt. Danach wird das zurückbleibende kohlenstoffhaltige und mineralische Material entfernt, was
auf verschiedene Art und Weise erfolgen kann, die Zentrifugation und die Filtrierung eingeschlossen. Bei einem anderen
Verfahren zur Herstellung von Kohleextrakten wird die Kohlesubstanz in einem überkritischen Fluid gelöst und die
Lösung von dem zurückbleibenden Material getrennt. Diese
"überkritischen Gasextraktions"-Verfahren sind bereits beschrieben
worden.Coal extracts, well known in the coal chemistry art, are made useful by digesting coal particles in a solvent at high temperature
300-450 0 C, produced under pressure for a period of 30 minutes to 2 hours. Thereafter, the remaining carbonaceous and mineral material is removed, which can be done in a number of ways, including centrifugation and filtration. Another method of producing coal extracts involves dissolving the coal substance in a supercritical fluid and separating the solution from the remaining material. These
"Supercritical gas extraction" processes have already been described.
Es ist vor kurzem vorgeschlagen worden, aus Kohle stammende Materialien entweder katalytisch oder nicht katalytisch zu hydrieren ., um die Ausbeute an flüssigen Produkten für Brenn-It has recently been proposed that coal-derived materials be either catalytic or non-catalytic hydrogenate. to increase the yield of liquid products for fuel
Stoffe oder chemische Ausgangsprodukte zu erhöhen. Eine solcher bekannter Vorschlag war das "Synthoil"-Verfahren, das einige Jahre in einer Pilot-Anlage in den USA durchgeführt wurde. Ein Gemisch aus einem Brei von Kohle in im Kreislauf geführten öl und Wasserstoff wurden durch einen rohrförmigen Reaktor geschickt, der zuvor mit Co-Mo/Si02 - AIpO3-Katalysatorkugeln gefüllt wurde, das Gas wurde abgetrennt und die Flüssigkeit wurde durch eine Feststoffabtrennungseinrichtung geschickt, um hochschmelzende Kohlesubstanz und mineralisches Material zu entfernen. Der rohrförmige Reaktor wurde dann in einem Ofen erhitzt, wobei eine Temperatursteuerung der exothermen Reaktion teilweise durch Zugabe von Kühlöl erreicht wurde. Der Reaktor wurde unter Störmungsbedingungen betrieben, die eine turbulente Störmung sicherstellten, da angenommen wurde, daß dadurch die Ablagerung von Asche auf der Katalysatoroberfläche verhindert wird. Die Erfahrung hat jedoch eine erhebliche Geschwindigkeit der Katalysatordeaktivierung und Verunreinigung ergeben, was neben anderen Problemen dazu geführt hat, daß das Synthoil-Verfahren aufgegeben wurde.To increase substances or chemical starting products. One such well-known proposal was the "Synthoil" process, which was carried out in a pilot plant in the USA for several years. A mixture of a slurry of coal in recirculated oil and hydrogen was passed through a tubular reactor which had previously been filled with Co-Mo / Si0 2 - AlpO 3 catalyst spheres, the gas was separated off and the liquid was passed through a solids separation device to remove high-melting carbon and mineral material. The tubular reactor was then heated in an oven with temperature control of the exothermic reaction achieved in part by the addition of cooling oil. The reactor was operated under disturbance conditions which ensured turbulent disturbance as it was believed that this would prevent the deposition of ash on the catalyst surface. Experience, however, has shown a significant rate of catalyst deactivation and contamination which, among other problems, has resulted in the abandonment of the Synthoil process.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Wasserstoffbehandlung von Kohleextrakt oder Kohleöl, der bzw. das weniger als 0,1 % Asche aufweist, bereitgestellt, wobei der Extrakt oder das Öl und Wasserstoff durch einen rohrförmigen Reaktor geleitet werden, der in ein Bad fluidisierter Teilchen eingetaucht ist, und zwar bei einer Temperatur von 350-450 0C und unter nicht stromlinienförmigen Strömungsbedingungen, wobei der Katalysator ein Wasserstoffbehandlungskatalysatorfestbett aufweist.The invention provides a method for hydrotreating coal extract or coal oil containing less than 0.1% ash, wherein the extract or oil and hydrogen are passed through a tubular reactor immersed in a bath of fluidized particles , and at a temperature of 350-450 0 C and under non-streamlined flow conditions, wherein the catalyst comprises a hydrotreating catalyst fixed bed.
Der rohrförmige Reaktor weist zweckmäßigerweise ein möglichst kleines Verhältnis von innerem Durchmesser zur Länge auf, da dadurch die Fläche des Katalysators, die mit den Wänden des Reaktors in Berührung steht, relativ erhöht wird. Falls der Katalysator vollkommen oder teilweise mit tropfendem Bett be-The tubular reactor expediently has a possible small ratio of inner diameter to length, since this increases the area of the catalytic converter that is connected to the walls of the Reactor is in contact, is relatively increased. If the catalyst is completely or partially loaded with a dripping bed
•VO'O 1 31 248• VO'O 1 31 248
trieben wird/ hat sich herausgestellt, daß durch die Flüssigkeitskanalbildung in der Nähe der Wände der Strömungsverlauf sich erheblich verschiebt, so daß durch die Zunahme des relativen ümfangs des Kontakts zwischen Katalysator und Wand der Kontakt zwischen Katalysator und Flüssigkeit erhöht wird. Vorzugsweise wird der Katalysator jedoch geflutet betrieben, da sich gezeigt hat, daß dadurch ein besserer Kontakt zwischen Katalysator und Flüssigkeit sich ergibt. Jedoch machen es physikalische Zwänge hinsichtlich des Reaktoraufbaus, beispielsweise die Notwendigkeit den Reaktor zu krümmen, so daß er in eine Wirbelschicht hineinpaßt, erforderlich, aufeinanderfolgende Längenabschnitte des Reaktors als tropfendes Bett oder geflutet zu betreiben. Der Reaktor kann irgendeine passende Form aufweisen. is driven / it has been found that the flow of fluid is caused by the formation of fluid channels in the vicinity of the walls shifts considerably, so that by increasing the relative extent of the contact between the catalyst and the wall, the contact between the catalyst and Fluid is increased. Preferably, however, the catalyst is operated flooded, since it has been shown that this a better contact between catalyst and liquid results. However, physical constraints make it regarding the reactor structure, for example the necessity to bend the reactor so that it fits into a fluidized bed requires successive lengths of the reactor as a dripping bed or flooded. The reactor can be of any convenient shape.
Durch den Einsatz einer Wirbelschicht, in die der Reaktor hineingetaucht wird, werden beachtliche Vorteile dadurch erzielt, daß eine äußerst genaue Temperatursteuerung erreicht wird, ohne daß Kühlöl oder Wasserstoff dem Reaktionsgemisch zugegeben wird, wodurch die ablaufende Reaktion offensichtlich beeinträchtigt wird. Durchgehende Reaktionstemperaturen stellen bei solchen katalytischen endothermen Reaktionen ein Problem dar. Die Teilchen,.'die die Wirbelschicht bilden, können irgendwelche Teilchen sein, die bei der Reaktionstemperatur stabil sind und als Wärmeträger ohne übergroße Abtriebverluste eingesetzt werden können. Korund und Aluminiumoxid stellen geeignete Materialien dar, um die Schicht zu bilden.The use of a fluidized bed into which the reactor is immersed offers considerable advantages achieves that extremely precise temperature control is achieved without adding cooling oil or hydrogen to the reaction mixture, thereby causing the reaction to take place is obviously affected. Continuous reaction temperatures are endothermic in such catalytic Reactions pose a problem. The particles that make up the fluidized bed form, can be any particles that are stable at the reaction temperature and as a heat carrier without excessive output losses can be used. Corundum and aluminum oxide are suitable materials for the Layer to form.
Als Wasserstoffbehandlungskatalysator ist ein handelsüblicher Wasserstoffcrackungskatalysator geeignet, zweckmäßigerweise vom Co/Mo - oder W/Ni - auf-SiO^/Al-Oo-Typ; jedoch können auchA commercially available hydrogen cracking catalyst is suitable as the hydrogen treatment catalyst, expediently of the Co / Mo - or W / Ni - on-SiO ^ / Al-Oo type; however can also
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andere Katalysator verwendet werden. Manchmal wird die Verwendung eines Schutzkatalysators/ wie Aluminiumoxid, das geringe Menge an Kobalt und Molybdän enthält, vorgezogen, welcher sich zur Entfernung von Metallen, wie Eisen, als wirksam erweist, die den Wasserstoffbehändlungskatalysator deaktivieren können.other catalyst can be used. Sometimes the use of a protective catalyst / such as alumina, which contains small amounts of cobalt and molybdenum, which is preferred for removing metals such as Iron, proving effective, is the hydrotreating catalyst can deactivate.
Die Reaktion wird zweckmäßigerweise bei einem Druck zwischen 50 und 400 Bar, vorzugsweise 150-250 Bar, durchgeführt. Die Flüssigkeitsraumzeitgeschwindigkeit (LHSV) liegt, wie sich durch Versuche herausgestellt hat, zweckmäßigerweise bei 1, jedoch kann sie unter den gegebenen umständen freilich davon abweichen, und zwar in Abhängigkeit,von dem Ausgangsmaterial und den gewünschten Produkten, den Reaktorabmessungen, dem Katalysator usw..The reaction is expediently carried out at a pressure between 50 and 400 bar, preferably 150-250 bar. The liquid space-time velocity (LHSV) is, as has been shown by experiments, expediently at 1, however, under the circumstances it may of course deviate from it, depending on which Starting material and the desired products, the reactor dimensions, the catalyst, etc.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert. The invention is explained below using an example.
Es wurde ein Reaktor errichtet, der aus acht nichtrostenden Stahl-ü-Rohren bestand, die in Serie mit Druckvebbindungsstücken verbunden waren, durch, die jedes Rohr zur Beschickung und zur Entleerung des Katalysators entfernt werden konnte. Der innere Durchmesser jedes Rohres betrug 8 mm und die gesamte Länge der U-Rohre und der Verbindungsstücke, die in eine Wirbelschicht eingetaucht wurden, betrug 20 Meter. Das erste U-Rohr wurde mit einem Schutzkatalysator aus 0,5 % Co, 2,0 % Mo auf einem Träger aus 6,3 mm (1/4 Inch)-Kugeln ausA reactor was built, which consisted of eight stainless steel tubes connected in series with pressure connectors through which each tube for charging and discharging the catalyst could be removed. The inner diameter of each tube was 8 mm and the entire length of the U-tubes and the connecting pieces that went into a fluidized bed was immersed was 20 meters. The first U-tube was with a protective catalyst made of 0.5% Co, 2.0% Mo on a 6.3 mm (1/4 inch) sphere carrier
^-Aluminium beschickt. Die Rohre 2 bis 8 des Reaktors wurden mit einem handelsüblichen Kobalt-Molybdän-Wasserstoffcrackungskatalysator auf einem Aluminiumoxidträger (comox 451, beziehbar von Laporte) in Form von 3,2 mm (1/8 Inch) ■ Pellets beschickt,^ -Aluminium loaded. The tubes 2 to 8 of the reactor were with a commercially available cobalt-molybdenum hydrogen cracking catalyst on an alumina support (comox 451, available from Laporte) in the form of 3.2 mm (1/8 inch) ■ pellets loaded,
/:;··.νΟ"Ο λ- 3 1248 H /:; ·· .νΟ "Ο λ- 3 1248 H
nachdem die Pellets zwei Stunden bei 550 0C kalziniert worden waren. Die letzten 30 Zentimeter des Rohres 8 wurden ebenfalls mit einem Schutzkatalysator beschickt. Das Gesamtvolumen des Komox 451-Katalysators betrug 853 cm (531g)after the pellets had been calcined at 550 ° C. for two hours. The last 30 centimeters of the pipe 8 were also charged with a protective catalyst. The total volume of the Komox 451 catalyst was 853 cm (531 g)
3 und das des Schutzkatalysators 97cm (129g).3 and that of the protective catalyst 97cm (129g).
Der rohrförmige Reaktor wurde in einem Kessel angeordnet, der mit äußeren elektrischen Heizeinrichtungen und einer Luftverteilungsgrundplatte versehen war und der mit ausreichend Alundum-Körnern (120 mesh, Norton Abrasives Ltd) versehen war, um das obere Ende der Reaktor-ü-Rohre zu bedecken.The tubular reactor was placed in a kettle, which was provided with external electrical heating devices and an air distribution base plate and which was sufficient Alundum grits (120 mesh, Norton Abrasives Ltd) were fitted to the top of the reactor overhead tubes cover.
Der Reaktor wurde einer Schwefelvorbehandlung unterzogen, in dem eine 3prozentige Lösung von Kohlenstoffdisulfid in hydriertem Anthracenöl durch den Reaktor 24 Stunden lang hindurchgeleitet wurde.The reactor was subjected to a sulfur pretreatment in which a 3 percent solution of carbon disulfide in hydrogenated anthracene oil was bubbled through the reactor for 24 hours.
Die Kohlelösung würde durch Extraktion einer mittelflüchtigen bituminösen Kohle in einem hydrierten Anthracenöl hergestellt, worauf filtriert wurde, um nominell 20 % Kohle in Lösung in dem Lösungsmittel zu erhalten, das 0,04 % Asche enthielt. Die Kohlelösung wurde in einem erwärmten, gerührten Kessel aufbewahrt und mittels einer Hochdruckpumpe dem Reaktor zugeführt. Gleichzeitig wurde Wasserstoff auf den gleichen Druck komprimiert und das Gemisch aus der Lösung und dem Wasserstoff durch den Reaktor unter unterschiedlichen Bedingungen strömen gelassen, wobei die Produkte gesammelt und analysiert wurden.The coal solution would be obtained by extracting a medium volatile bituminous coal in a hydrogenated anthracene oil, followed by filtering to nominally 20% coal in solution in the solvent containing 0.04% ash. The charcoal solution was in a heated, stirred Kettle stored and fed to the reactor by means of a high pressure pump. At the same time, hydrogen was on the same Pressure is compressed and the mixture of the solution and the hydrogen through the reactor under different conditions allowed to flow with the products collected and analyzed.
Die Temperaturen während dec Versuchsserie betrugen 376 bis 443 0C, und die LHSV 0,4 bis 1,8. Der Druck schwankte zwischen 205 und 215 Bar.Temperatures during dec series of experiments were 376-443 0 C, and the LHSV 0.4 to 1.8. The pressure fluctuated between 205 and 215 bar.
0,40 kg/h der Kohlelösung wurden zusammen mit 0,38 kg/h Wasserstoff bei einem Druck von 215 Bar durch den Reaktor geleitet, der auf einer Durchschnittstemperatur von 431 0C gehalten wurde. Die nominelle LHSV betrug 0,5 h und die modifizierte Reynoldszahl für den Wasserstoff 26 9 und für das Gemisch 18, so daß ein laminar-turbulenter Umschlag durch den Reaktor hindurch festgestellt wurde.0.40 kg / h of the carbon solution were passed through the reactor together with 0.38 kg / h of hydrogen at a pressure of 215 bar, which was kept at an average temperature of 431 ° C. The nominal LHSV was 0.5 h and the modified Reynolds number for the hydrogen was 269 and for the mixture 18, so that a laminar-turbulent change was observed through the reactor.
Die Analysenergebnisse sind nachstehend wiedergegeben: E lernen tar ana Iy s e:The analysis results are given below: E learn tar ana Iy s e:
AusgangsproduktStarting product
Leichte ProdukteLight products
Schwere ProdukteHeavy products
89,9 9,689.9 9.6
< 0,2<0.2
< 0,10 <50 1 ,28<0.10 <50 1.28
NDND
ND = nicht festgestelltND = not determined
Siedebereiche (%)Boiling ranges (%)
1 BP - 170 0C 170 - 250 0C 250 - 300 0C 300 - 355 0C 355 - 420 0C + 420 0C1 BP - 170 0 C 170 - 250 0 C 250 - 300 0 C 300 - 355 0 C 355 - 420 0 C + 420 0 C
AusgangsproduktStarting product
2,42.4
7,87.8
36,436.4
25,625.6
27,827.8
Gesamtes flüssiges Produkt 7,3Total liquid product 7.3
10,4 23,6 33,5 18,0 3,510.4 23.6 33.5 18.0 3.5
Im allgemeinen wurde festgestellt, daß eine hohe Umwandlung des Materials mit dem hohen Siedepunkt (> 420 0C) zu einemIn general, it was found that a high conversion of the material with the high boiling point (> 420 0 C) to a
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Material, das unter dieser Temperatur siedete, erreicht wurde, wobei die Umwandlung von 62% auf 89 % erhöht wurde, wenn die Temperatur von 422 0C auf 434 0C bei einer LHSV von 0,5 anstieg; Die Ausbeute an Flüssigkeiten, die unter 250 0C siedeten, konnte durch diese Temperaturerhöhung mehr als verdoppelt werden.Material boiling below this temperature has been reached, with a conversion of 62% was increased to 89% when the temperature of 422 0 C to 434 0 C rising at an LHSV of 0.5; The yield of liquids which boiled below 250 0 C, could be more than doubled by this temperature increase is more.
Es wurde auch festgestellt, daß-das erfindungsgemäße Verfahren zu einem Schieferprodukt führen konnte, in dem eine Fraktion in einer ausreichenden Menge vorlag, um es als Lösungsmittel zur Extraktion der Kohle bei einer LHSV von 1,0 im Kreislauf zurückzuführen. Bei Vergleichsversuchen mit einem herkömmlichen Tropfbettwasserstoffcrackungsreaktor war eine LHSV von 0,25 bis 0,5 erforderlich.It was also found that the method according to the invention could result in a slate product in which a fraction was present in sufficient quantity to be considered Solvent to be recirculated to extract the coal at an LHSV of 1.0. In comparison tests with a conventional drop bed hydrogen cracking reactor An LHSV of 0.25-0.5 was required.
Nach äinem Betrieb von 200 Stunden wurde nur eine sehr kleine Deaktivierung des Katalysators festgestellt, obgleich eine Kohlenstoff- und Eisenablagerung auf dem Katalysator bei einer überprüfung festgestellt werden konnte.After 200 hours of operation, only one became very small deactivation of the catalyst noted, although carbon and iron deposition on the catalyst could be determined during a check.
Aufgrund der erhaltenen Ergebnisse zeigen Planstudien, daß eine Beschickung von einer Tonne je Stunde Kohleextrakt oder -öl in einem Reaktor mit einem inneren Durchmesser von 15,2 cm (6 Inch) und einer Länge von 20 m mit Wasserstoff behandelt werden kann, wobei eine nichtstromlinienförmige Strömung aufrecht erhalten wird.Based on the results obtained, plan studies show that a charge of one tonne per hour of coal extract or hydrotreated oil in a reactor having an inner diameter of 15.2 cm (6 inches) and a length of 20 m while maintaining a non-streamlined flow.
Claims (6)
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- 1981-07-09 AU AU72695/81A patent/AU540487B2/en not_active Ceased
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