DE3206689C2

DE3206689C2 - Verfahren zur Herstellung eines Kohlenwasserstofföl enthaltenden Kohlegranulats

Info

Publication number: DE3206689C2
Application number: DE19823206689
Authority: DE
Inventors: Jinshiro Fujita; Kazuo Harada; Etsuo Ogino; Katsuhiko Osaka Yamamoto; Nobuyuki Yoshida; Nobuo Yoshii
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1986-05-28
Also published as: GB2093859B; NZ199526A; GB2093859A; AU8092582A; JPS57143395A; DE3206689A1; BR8200463A; CA1182640A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kohlenwasserstofföl enthaltenden Kohlegranulats wird einem Schlamm aus Wasser und Kohleteilchen ein niedrig siedendes Kohlenwasserstofföl als Binder zugegeben und dann die zu dem Kohlegranulat agglomerierten Kohleteilchen vom Wasser getrennt. Um dieses Verfahren kostengünstiger zu gestalten, wird dem Schlamm eine flüssige Ölmischung aus zumindest einem niedrig siedenden Kohlenwasserstofföl sowie zumindest einem hoch siedenden Kohlenwasserstofföl zugegeben, das in dem niedrig siedenden Kohlenwasserstofföl löslich und bei Raumtemperatur fest oder teigig ist, und das vom Wasser getrennte Kohlegranulat zur Verdampfung des niedrig siedenden Kohlenwasserstofföls erhitzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenwasserstofföl enthaltenden Kohlegranulats, bei dem einem Schlamm aus Wasser und Kohleteilchen eine ölmischung aus zumindest einem niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföl und zumindest einem hochsiedenden, in dem niedrigsiedenden löslichen Kohlenwasserstofföl zugegeben wird und dann die zu dem Kohlegranulat agglomerierten Kohleteilchen entwässert werden.

Ein solches Verfahren ist in der DE-OS 29 51 171 beschrieben. Allerdings kommt bei diesem Verfahren ein zusätzlicher Verfahrensschritt 7ur Anwendung, der darin besteht, daß die gewonnenen Agglomerate mit einer weiteren Menge an Kohleterichen behandelt werden, um Agglomerate aus Kohle und öl mit verringertem ölgehalt gewinnen zu können. Das dabei erhaltene Kohlegranulat wird also in zwei Stufen aufgebaut.

Als Bindemittel werden verschiedene Kohlenwasserstofföle angegeben. Deren Agglomerierwirkung ist jedoch sehr unterschiedlich. Auch auf Gemische verschiedener Kohlenwasserstofföle wird hingewiesen, wobei insbesondere eines davon verhältnismäßig viskos sein kann. Allerdings ist die Wirkung bei Verwendung nur hochsiedender Kohlenwasserstofföle relativ schlecht. In dieser Hinsicht besser sind niedrigsiedende Kohlenwasserstofföle, wie sie für das in der US-PS 41 53 419 beschriebene Verfahren verwendet werdfc.i, oder Gemische, die soiche öie enthalten. Allerdings wird dies mit den Nachteilen erkauft, daß solche Kohlenwasserstofföle vergleichsweise teuer und die damit erhaltenen Granulate schwierig zu handhaben sind, da sie aufgrund des noch in flüssiger Form vorliegenden Kohlenwasserstoffölsschmieren und zu Verklumpungen neigen.

In der DE-OS 26 40 205 ist ein Verfahren beschrieben, mit dem eine Suspension von Kohleteilchen in einem Kohlenwasserstoffbrennstoff hergestellt wird, der dann als flüssiger Brennstoff in einem Brenner verdüst werden kann. Hierzu wird eine wäßrige Kohlenstoffteilchensuspension mit einem Bindemittel versetzt, um darin Kohleagglomerate zu bilden. Nach der Trennung von der flüssigen Phase werden die Agglomerate zerstört, und zwar vorzugsweise nach Einbringen in den Kohlenwasserstoffbrennstoff.

Als Kohlenwasserstoffbrennstoff werden vorzugsweise Schwerölfraktionen, wie beispielsweise Heizöl, vorgeschlagen. Für das Bindemittel werden neben Permanentbindern leichte Kohlenwasserstofffraktionen genannt, um sie wiedergewinnen zu können, indem die Agglomerate mit dem auf eine Temperatur über dem Siedepunkt des Bindemittels gebrachten Brennstoff vermischt werden.

Wenn eine solche leichte Kohlenwasserstofffraktion a!s Binder verwendet wird, ist das Verfahren relativ kostenaufwendig, da solche Kohlenwasserstofföle vergleichsweise teuer sind. Außerdem bedarf es zur anschließenden Verdampfung dieses Kohlenwasserstofföls erheblicher Wärmemengen und relativ hoher Temperaturen im Brennstoff.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß mit geringen Kosten ein hartes, einfach zu handhabendes Kohlegranulat erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl einen Siedepunkt von maximal 200⁰C hat und das hochsiedende Kohlenwasserstofföl bei 3O⁰C noch fest oder teigig ist und daß das entwässerte Kohlegranulat zur Verdampfung des niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföls erhitzt und dieses dann wiedergewonnen wird.

Dieses Verfahren zeichnet sich durch vergleichsweise niedrige Kosten aus, weil nur ein Teil des Bindemittels aus hochwertigem Kohlenwasserstofföl besteht. Dennoch ist die Agglomerierwirkung nach wie vor sehr befriedigend. Auch das anschließende Verdampfen verursacht nur geringe Energiekosten, da nur der Anteil des niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföls verdampft wird. Die Verdampfung und anschließende Wiedergewinnung eröffnet dabei die Möglichkeit der erneuten Verwendung des hochwertigen Kohlenwasserstofföls bei diesem Verfahren. Zudem wird ein Kohlegranulat erhalten, das sich einfach und problemlos handhaben läßt, weil es nicht mehr schmiert und verklumpt. Dies beruht darauf, daß erfindungsgemäB ein hochsiedendes Kohienwas-

serstofföl verwendet wird, das bei Raumtemperatur zumindest teigig ist Die Verwendung des hochsiedenden Kohlenwasserstofföl hat also nicht nur die Folge, daß die Kosten in zweierlei Hinsicht gesenkt werden, sondern gibt dem Kohlegranulat zusätzlich die für seine anschließende Handhabung günstigen Eigenschaften.

Als niedrigsiedende Kohlenwasserstofföle kommen beispielsweise Gasöl, Benzin oder Kerosin in Frage. Für das hochsiedende Kohlenwasserstofföl eignen sich beispielsweise Steinkohlenteer, bei der Vakuumdestillation oder dem Krackprozeß anfallendes Rückstände), Asphalt, Fette, Harze oder Wachse.

Um die Agglomerationswirkung des zugemischten Öls zu verbessern, sollte dem Schlamm mit der ölmischung ein Tensid zugegeben werden.

Schließlich ist es von Vorteil, das niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl nach dem Verdampfen und der Wiedergewinnung durch Kondensieren wieder mit hochsiedendem Kohlenwasserstofföl zu vermischen, da dann nur wenig von dem teuren, niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföl verlorengeht.

in der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht Es zeigt

F ί g. l'ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Kohlegranulat,

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Granulierapparat zur Anwendung in dem Verfahren gemäß Fig. 1, F i g. 3 einen Querschnitt durch den Granulierapparat gemäß F i g. 2 längs der Linie IU-III;

F i g. 4 einen Querschnitt durch den Granulierapparat gemäß F i g. 2 längs der Linie IV-IV und

F i g. 5 einen Querschnitt durch den Granulierapparat gemäß F i g. 2 längs der Linie V-V.

Gemäß F i g. 1 wird ein hochsiedendes Kohlenwasserstofföl in einem niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföl gelöst, um eine Ölmischung zu erhalten, die bei Raumtemperatur flüssig ist Hierfür wird ein üblicher Rühr- oder Mischapparat verwendet Anschließend wird die ölmischung einem wäßrigen Schlamm aun Kohleteilchen, Mineraheiichen und Verunreinigungen zugemischt und die so erhaltene Mischung kräftig gerann, wobei die ölmischung als Binder fungiert Da die Kohleteilchen von dem niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföl selektiv benetzt und hierdurch wirksam agglomeriert werden, werden auch die Kohleteilchen durch die ölmischung aus niedrigsiedendem und hochsiedendem Kohlenwasserstofföl agglomeriert Die Ölmischung kann dabei auch zunächst in Form einer wäßrigen Emulsion hergestellt und dam dem Schlamm zugegeben werden. Um die Benetzung und Agglomerierung der Kohleteilchen durch den Binder zu verbessern, kann zusätzlich noch ein Tensid zugegeben werden. Für den Rührprozeß ist die Verwendung eines Homogenisierapparates von Vorteil, um die Mischung aus Schlamm und öl großen Scherkräften zu unterwerfen.

Die so erhaltenen Kohleagglomerate können beispielsweise mittels eines Siebes aus der wäßrigen Phase des Schlamms, der die Mineralteilchen und Verunreinigungen enthält, getrennt werden. Gewöhnlich wird jedoch die Mischung in einen Granulierapparat geführt, um die Kohleteilchen zu granulieren. Das Kohlegranulat wird dann anschließend aus der wäßrigen Phase, beispielsweise dem Ascheschlamm, getrennt. Im letzteren Fall erhält man ein öl enthaltendes Kohlegranuiat besserer Qualität, das zudem weniger Asche und Wasser enthält.

Die F i g. 2 bis 5 zeigen einen Granulierapparat t. Der Granulierapparat 1 hat ein horizontales zylindrisches Gehäuse 2, das an den beiden gegenüberliegenden Enden geschlossen ist und in dem koaxial eine Welle 3 angeordnet äst An der WeHe 3 sind in drei Ebenen Rührblätter 4,5,6 angebracht In den beiden äußeren Ebenen bestehen die Rührblätter 4,6 jeweils aus vier Radialblättern 7,8 in sternförmiger Anordnung, wie dies aus den F i g. 3 und 5 zu ersehen ist Das mittlere Rührblatt besteht aus einer kreisförmigen Trägerplatte 9 und vier gebogenen Schaufeln 10, die in einer spiralförmigen Anordnung an der Trägerplatte 9 angebracht sind. Der Kohleschlamm mit dem Binder darin wird in den Granulierapparat 1 über einen Einlaß 11 auf der Oberseite des Gehäuses 2 hineingeführt, während das öl enthaltende Kohleg-ranuiat in Form von Pellets über einen Auslaß 12 aus dem Gehäuse 2 herausgeführt wird.

Das auf diese Weise geformte Kohlegranulat, das die Mischung des Kohlenwasserstofföls enthält, ist weich und leicht zerdrückbar. Das Kohlegranulat wird deshalb erhitzt, um das niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl aus der Ölmischung zu verdampfen. Die Erhitzung geschieht indirekt über einen äußeren Heizmantel oder eine Heizspirale. Sie kann aber auch direkt durch Einführung von heißem Dampf oder heißem Inertgas durchgeführt werden. Um die Verdampfungstemperatur zu erniedrigen, ist es auch möglich, die Erhitzung im Vakuum durchzuführen. Vorteilhaft ist es auch, wenn in dem Kohlegranulat Wasser enthalten ist, da dann ein Verdampfungs-Destillations-Effekt auftritt.

Das Kohlegranulat, daß nach dem Verdampfen des niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföls erhalten wird, besteht aus Kohleteilchen und hochsiedendem Kohlenwasserstofföl, welches bei Raumtemperatur fest oder zumindest teigig ist. Das Granulat ist deshalb hart, trocken und locker bei Raumtemperatur. Das das verdampfte, niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl enthaltende Gas wird in iir-en Kondensator geführt, wo es kondensiert und anschließend in einem Trennbehälter in Wasser und öl für die Wiedergewinnung des niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföls geführt wird. Dann wird das öl zu dem Mischer zurückgeführt, wo es zu der ölrsischung aus niedrigsiedendem und hochsiedendem Kohlenwasserstofföl vermischt wird. Das niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl wird somit im Kreislauf wieder verwendet.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen erläutert, wobei die Erfindung auf diese Beispiele nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

Zwei Gewichtsteile eines Rückstandöls, das bei der Vakuumdestillation von Kohle anfällt und einen Erweichungspunkt von 50⁰C hat, wurden zehn Gewichtsteile Kerosin zugemischt Die Mischung wurde in einem Mischer mit vier üührblättern bei 2000 U/min fünf Minuten lang gerührt, um eine Lösung zu erhalten. Die ölmischung bildete eine schwarze Flüssigkeit, die fast flüssigem Kerosin ähnelt.

Daneben wurde eine bituminöse Kohle mit einem Aschegehalt von 23% in Teilchen von 200 Mesh (Maschen-

15

20

25

30

35

weite), das sind 74 μΐπ, zerkleinert. 300 g dieser Kohleteilchen wurden 2700 ml Wasser zugemischt, um einen Kohleschlamm zu erhalten. Zusammen wurden vier Behälter mit jeweils 3000 g eines derartigen Kohleschlamms gefüllt. Dann wurden 75 g der ölmischung in einen der Behälter gefüllt (Probe Nr. 1). Weitere 75 g der ölmischung wurden zusammen mit 50 ppm eines nichtionisierenden Alkanolamid-Tensids in einen weiteren Behälter eingegeben (Probe Nr. 2). Als Vergleichsbeispiele wurden 75 g Kerosin in einen weiteren Behälter (Probe Nr. 4) und 75 g Vakuumrückstandöl. verteilt in Körner bis zu 1 mm Größe, in den verbleibenden Behälter eingefüllt (Probe Nr. 5).

Jede der vier Proben wurde in einem Homogenisierapparat bei 2000 U/min zwei Minuten lang behandelt. Daraufhin agglomerierten die Kohleteilchen der Probe 2, die die ölmischung und das Tensid enthielten, sofort, schwammen mit darin enthaltenen Luftblasen auf und wurden von dem Ascheschlamm getrennt. Bei den anderen drei Proben blieb der Schlamm erhalten.

Diese drei Proben wurden dann weiter in dem Homogenisierapparat für vier Minuten behandelt. Probe Nr. 4 und Probe Nr. 5, die Kerosin oder die ölmischung enthielten, agglomerierten dann, während Probe Nr. 5 in dem anfänglichen Zustand verblieb. Probe Nr. 5 wurde dann nochmals vier Minuten lang in dem Homogenisierapparat behandelt, zeigte aber keine Änderungen. Entsprechend wurde Probe Nr. 5 nach Erhitzung auf 80°C behandelt. Die Kohleteilchen agglomerierten dann schließlich nach 15 Minuten.

Anschließend wurde jede Probe in den Granulierapparat 1, wie er in den F i g. 2 bis 5 dargestellt ist, eingebracht und bei 2000 U/min granuliert. Die für die Granulation benötigte Zeit wurde gemessen, indem die Proben mit einem auf diese Drehzahl eingestellten Stroboskop beobachtet wurden. Das Öl enthaltende Kohiegranuial wurde dann von dem Ascheschlamm getrennt.

Schließlich wurden die Proben 1, 2 und 4 in einen Glaskolben gefüllt und dann Wasserdampf mit einer Temperatur von 100⁰C in die Proben während zwei Stunden eingeblasen, während die Proben mit einem Heizmantel erhitzt wurden, um das Kerosin mit dem Dampf zu destillieren. Das Kerosin wurde dann mittels eines Liebig-Kondensators wiedergewonnen. Entsprechend lieferte Probe Nr. 4 Kohleteilchen, während Probe Nr. 1 und Nr. 2 harte Pellets ergaben, die besser waren als das aus der Probe Nr. 4 entstandene Produkt. Die wiedergewonnene Menge Kerosin betrug beim Beispiel 4 70 g und bei den Beispielen 1 und 2 56 g. Die Tabelle weiter unten zeigt die Resultate.

Beispiel 2

Dasselbe Verfahren wie im Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die nachfolgende ölmischung verwendet wurde. Hierzu wurde ein Rückständig aus der Vakuumdestillation von Petroleum mit einem Erweichungspunkt von 50⁰C sowie Kerosin auf 60°C erhitzt, um eine Mischung aus Rückstandöl und Kerosin in einem Gewichtsverhältnis von 2 :1 nach kräftigem Rühren zu erhalten. Die Mischung wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die ölmischung hatte Ähnlichkeit mit Bunkeröl. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse (Probe Nr. 3).

Probe Binder ⁴⁰ Nr.

Agglomeration Granulation Wiedergewinnung

des Kerosins

Temp. Drehzahl Zeit Drehzahl Zeit Asche¹) Größe Härte Öl Erhaltene (⁰C) (U/min) (min) (U/min) (min) (%) (mm) (g) Kohle

50

55

60

nach der Erfindung 1

20

01- 20

mischung (75 g)')

Ölmischung (75 g)¹) und Tensid (50 ppm)

Ölmischung (90 g)²) und Tensid (50 ppm)

20

2000

6 5,1 etwa 1 weich 56 befriedigend

harte Pellets

6 5,1 etwa 1 weich 56 befriedend

harte Pellets

2000

6 5,5 etwa 1 weich 27 harte Pellets

mit 20%
Rückstandöl

Fortsetzung

Probe Binder

Agglomeration Granulation

Temp. Drehzahl Zeit Drehzahl Zeit Asche¹) Größe (⁰C) (U/min) (min) (U/min) (min) (%) (mm)

Wiedergewinnung des Kerosins Karte Öl Erhaltene (g) Kohle

Vsrgleichsbeispiele

Kerosin (75 g)

Rückstandöl (75 g)

20

80

2000

6 2000

[ > 2000 15 J

5,1

6,0

etwa 1 weich 70 feine Teilchen to

etwa 1 hart⁵) -

') Kerosin/Rückstandöl: 5/1 Gewichts-Verhältnis

') Kerosin/Rückstandöl: 1/2 Gewichts-Verhältnis

') bezogen auf Kohle

') nicht agglomeriert

") bei Raumtemperatur

Die vorstehende Tabelle zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren ein zufriedenstellendes Öl enthaltendes Kohlegranulat in Form von Pellets liefert, das aus Kohleteilchen und Rückstandöl besteht Die Granulierung dauert nur eine relativ kurze Zeit, während das wiedergewonnene Kerosin wieder verwendbar ist, was sehr ökonomisch ist.

Die vorliegende Erfindung kann verschiedenartig aufgeführt werden, ohne daß von dem Grundgehalt und den Grundmerkmalen der Erfindung abgewichen wird. Entsprechend sind die hier offenbarten Beispiele nur als Erläuterung gedacht und sollen in keiner Weise beschränkend wirken. Die Erfindung wird insbesondere durch die Ansprüche definiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenwasserstofföl enthaltenden Kohlegranulats, bei dem einem Schlamm aus Wasser und Kohleteflchen eine Ölmischung aus zumindest einem niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföl und zumindest einem hochsiedenden, in dem niedrigsiedenden löslichen Kohlenwasserstofföl zugegeben wird und dann die zu dem Kohlegranulat agglomerierten Kohleteilchen entwässert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl einen Siedepunkt von maximal 200⁰C hat und das hochsiedende Kohlenwasserstofföl bei 30⁰C noch fest oder teigig ist und daß das entwässerte Kohlegranulat zur Verdampfung des niedrigsiedenden Kohlenwasserstofföls erhitzt und dieses ίο dann wiedergewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei verschiedene niedrigsiedende Kohlenwasserstofföle verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als niedrigsiedendes Kohlenwasserstofföl Gasöl, Benzin oder Kerosin verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daJurch gekennzeichnet, daß als hochsiedendes Kohlenwasserstofföl Steinkohlenteer, bei der Vakuumdestillation oder dem Krackprozeß anfallendes Rückstandöl, Asphalt Fette, Harze oder Wachse verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlamm -.nit der Ölmischung ein Tensid zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigsiedende Kohlenwasserstofföl nach der Wiedergewinnung durch Kondensation wieder mit hochsiedendem Kohlenwasserstofföl vermischt wird.