DE3345563A1

DE3345563A1 - Verfahren zur gewinnung von unter normalbedingungen fluessigen kohlenwasserstoffen aus einem kohlenstoffhaltigen einsatzgut

Info

Publication number: DE3345563A1
Application number: DE19833345563
Authority: DE
Inventors: Achim Dr.-Ing. 6636 Hülzweiler Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-07-11

Description

Verfahren zur Gewinnung von unter Normalbedingungen
flüssigen Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatz gut Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von unter Normalbedingungen flüssigen Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatz gut.
Es ist bekannt aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzgut, z, B, Steinkohle oder Braunkohle, durch eine rein thermische Behandlung bei relativ niedrigem Drücken einerseits unter Normalbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe und andererseits einen koksartigen Rückstand zu gewinnen. Die beiden Rauptarbeitsrichtungen einer derartigen Pyrolyse sind die Verkokung und die Verschwelung, die sich im wesentlichen durch unterschiedliche Reaktionstemperaturen voneinander unterscheiden. Bei der Verkokung finden die Sekundärreaktionen, die zu den bekannten gasförmigen und flüssigen Endprodukten führen, oberhalb von etwa 450 ° C statt. Die Endtemperaturen in der festen Rückstandsphase, bei denen die typische Struktur der Kohle unter teilweiser Graphitierung gebildet wird, liegen bei etwa 1000 bis 1100 ° C.
Bei der Schwellung; die bei etwa 400 bis 420 O C betrieben wird, erhält man im wesentlichen teerartige Zwischenprodukte sowie einen Halbkoks, der als rauchfreies Brennmaterial weiter verwendet werden kann, Allen Pyrolyseverfahren gemeinsam ist, daß die Ausbeute an flüssigen Kohlenwasserstoffdestillaten (Leichtöl, Mittelöl, Schweröl) verhältnismäßig gering ist, insbesondere im Vergleich mit der allerdings wesentlich aufwendigeren Hydrierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Pyrolyseverfahren in Richtung einer erheblich verbesserten Destillatausbeute weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das kohlenstoffhaltige Einsatzgut im zerkleinerten und getrockneten Zustand bei Temperaturen zwischen 400 und 700 vorzugsweise zwischen 500 und 600 ° C, mit aromatischen Kohlenwasserstoffdämpfen in Kontakt gebracht wird, Dabei können sowohl verfahrensfremde ICohlenwasserstoffdämpfe , wie z, 3. Toluol, als auch im Prozeß selbst erzeugte Aromate, nämlich im wesentlichen ein Teil der BTX-Aromaten, eingesetzt werden.
Es hat sich gezeigt, daß bei sonst gleichen Bedingungen (Druck, Temperatur) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausbeute an flüssigen Kohlenwasserstoffen wesentlich höher ist als bei einer üblichen Pyrolyse, bei-der die zu behandelnde kohlenstoffhaltige Einsatzschüttung von einem Permanentgas (N2, C 0, C 02 oder C E4) durchströmt wird, Erste Versuche mit einer Steinkohle (Gasflammkohle) haben ergeben, daß bei einer Pyrolyse in einer Toluolatmosphäre (? = 500 - 550 °.C, p = 1,2 bar) die Ölausbeute bei rd.
17 Gew. - % liegt, Demgegenüber liegt bei sonst gleichen Bedingungen der entsprechende Wert für eine Stickstoffatmosphäre bei rd. 1,7 Gew. - 96.
Zünd- und Vergasungsexperimente mit dem bei der Behandlung von Steinkohle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Rückstand haben ergeben, daß die Zündtemperatur vergleichsweise niedrig und die Reaktionsfähigkeit vergleichsweise hoch ist. Diese Erkenntnisse lassen den R5ckstand ideal erscheinen als Einsatzstoff für Vergasungs-(Wirbelsehichtvergasungo Blugstromsergasung) und Kraftwerksprozesse (Wirbelschichtfeuerung, Staubfeuerung).
Es erweist sich daher als besonders zweckmäßig, eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Anlage einem fossilen Kraftwerksprozeß vorzugschalten. Auf diese Weise können bezogen auf die zu verstromende Kraftwerkskohle in einfacher Weise als Nebenprodukt größere Mengen an flüssigen Kohlenwasserstoffen gewonnen werden. Andererseits ergeben sich durch den feuerungstechnisch verbesserten Einsatzstoff günstigere Feuerungsbedingungen im Kraftwerkskessel und damit verbunden ein höherer Kraftwerkswirkungsgrad.
Auch findet, wie die Untersuchungen gezeigt haben, im Zuge der Pyrolyse eine Vorentschwefelung statt, so daß die im Kraftwerk anfallenden Rauchgase mit weniger Schwefeloxid belastet sind über die Behandlung von Steinkohle hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit den gleichen Vorteilen auch auf andere kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe, wie z. B.
3raunkohle, Ölschiefer, , Ölsande, Rückstände aus der Erdölverarbeitung sowie Haus und Industriemüll anwenden.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen Gemäß der Figur wird zu behandelnde Steinkohle aus einem Vorratsbunker 1 zunächst in eine Mahltrocknungsanlage 2 gefördert, dort auf eine Korngröße < 6 mm aufgemahlen und gleichzeitig, zO Bo mittels eines heißen Rauchgases, getrocknet, Anschließend wird die vorbereitete Kohle über einen mechanischen Fdrderer 3, z, B. eine Schnecke oder ein Zellenrad, in den oberen Bereich eines Wirbelschichtreaktors 4 eingespeist. Der Wirbelschichtreaktor 4, der grundsätzlich auch einstufig ausgebildet sein kann, besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus mehreren, durch Siebböden 5 von-einander getrennten Reaktionszonen, in denen die Kohle in geringer Schütthöhe wirbelt. Die Stromungsverhältnisse innerhalb des Reaktors sind dabei so eingestellt, daß aufgrund der Schwerkraft ein Teil der Kohle sich von Siebboden zu Siebboden nach unten bewegt, so daß sich insgesamt eine homogene Fortbewegung der Kohle vom obersten bis zum untersten Siebboden ergibt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß sich die Kohleverweilzeit im Reaktor 4 vergrößert, daß sich nur eine geringe Rückvermischung der Brischkohle einstellt und daß zur Aufrechterhaltung der Wirbelschichten geringe Gasgeschwindigkeiten und somit auch niedrigere Gasmengen benötigt werden.
Die Wirbelschichten über den verschiedenen Siebböden werden mittels eines Kreislaufgases aufrechterhalten, das über den Gasverteiler 6 in den Reaktor eingeführt wird und das, wie wetter hinten noch erläutert, mit aromatischen Eohlenwasserstoffdämpfen (BX-Aromaten) angereichert ist, die wie erfindungsgemäß erkannt wurde, im Vergleich zu üblichen Pyrolyseverfahren zu einer erheblichen Verbesserung der Olausbeute im Reaktor 4 führen.
Der Druck im Reaktor beträgt in der Regel etwa 1 bis 5 bar, während die Temperatur auf einem für Pyrolyseverfahren relativ niedrigen Niveau zwischen etwa 500 und 600 ° C liegt.
Das dampfförmige Kopfprodukt des Wirbelschichtreaktors 4, das neben den tiefer siedenden BTX-Eohlenwasserstoffen noch Teere und höher siedende Kohlenwasserstoffe sowie Flugkoks enthält, wird zunächst in einem Zyklon 7 entstaubt. Daraufhin wird in einem gekühlten Abscheider 8 die Temperatur der Kopfdämpfe soweit herabgesetzt, daß die Teere und höher siedenden Kohlenwasserstoffe auskondensieren, Das anfallende Kondensat wird zusammen mit dem Flugkoks aus dem Zyklon 7 über eine Leitung 9 auf einen mittleren Siebboden des Wirbelschichtreaktors 4 zurückgeführt, Dort verkoken die hochmolekularen Teeranteile zusammen mit dem Flugkoks zu größeren Kokspartikeln. Die leichter flüchtigen Kohlenwasserstoffe verdampfen und werden beim Durchströmen der darffberliegenden Reaktionszonen weiter zu 3TX-Aromaten gewandelt.
Sin Teil der im Abscheider 8 verbliebenen Gasphase mit den im Reaktor 4 erzeugten BTX-Aromaten wird als Kreislaufgas über ein Gebläse 10 und einen Wärmetauscher 11, in dem die Dämpfe auf die erforderliche Reaktortemperatur aufgeheizt werden, dem Gasverteiler 6 innerhalb des Wirbelschichtreaktors 4 zugeführt, Diese Dämpfe dienen zur Aufrechterhaltung der verschiedenen Wirbelbetten im Reaktor, Ihr hoher Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen (BTX-Aromate) trägt dazu bei, daß die Ausbeute an im Normalzustand flüssigen Kohlenwasserstoffen nunmehr wesentlich höher ist als bei üblichen Pyrolyseverfahren.
Der Rest der im Abscheider 8 anfallenden Produktdämpfe wird in einem Wärmetauscher 12 partiell kondensiert und in einem Abscheider 13 zerlegt, Das gewonnene flüssige Endprodukt wird über eine Leitung 14 aus der Anlage abgezogen.
Der im Wirbelschichtreaktor 4 anfallende Halbkoks wird über eine Zellenradschleuse 15 einem Strippgefäß 16 zugeführt.
Dort werden mittels Wasserdampf im Gegenstrom zum Koks restliche Xohlenwasserstoffe abgetrieben, Die anfallenden Dämpfe werden in einem Wärmetauscher 17 kondensiert und in einem Trenngefäß t8, in dem sich das Wasser und die flüssigen Eohlenwasserstoffe getrennt absetzen, zerlegt. Während die tohlenwasserstoffe als Produkt über die eitung 14 abgezogen werden, wird das Wasser in das Strippgefäß 16 zurückgeführt, dort auf den heißen Koks gesprüht und dabei erneut verdampft. Der dadurch abgekühlte Koks wird über einen Koksaustrag 19 aus der Anlage abgezogen, Der anfallende Koks, der sehr gute ZUnd- und Reaktionseigenschaften aufweist, kann nunmehr einem Kraftwerk oder einer Vergasungsanlage zugeführt werden.
Für den Fall, daß der Koks sehr ballastreich ist, z, B. bei der Verarbeitung von Ölschiefer oder Ölsand, kann er auch unmittelbar verbrannt werden, wobei die heißen Rauchgase zur Aufheizung des in den Wirbelschichtreaktor 4 eintretenden Feststoffes genutzt werden können.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Gewinnung von unter Normalbedingungen flüssigen Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenstoffhaltigem Einsatzgut dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Einsatzgut im zerkleinerten und getrockneten Zustand bei Temperaturen zwischen 400 und 700 vorzugsweise zwischen 500 und 600 ° C, mit aromatischen Kohlenwasserstoffdämpfen in Kontakt gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgut mit Toluol in Kontakt gebracht wird.
3O Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatz gut mit aromatischen Kohlenwasserstoffdämpfen, die im Prozeß selbst gewonnen werden, in Kontakt gebracht wird.
4o Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Stoffaustausch mit dem Einsatzgut und aromatischen Kohlenwasserstoffdämpfen in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt wird.
So Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor mehrere durch Siebböden von einander getrennte Reaktionszonen aufweist und daß Einsatzgut und aromatische Kohlenwasserstoffe die Reaktionszonen im Gegenstrom durchlaufen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den anfallenden Produktdämpfen zunächst der Flugkoks sowie Teere und höher siedende Eohlenwasserstoffe abgetrennt, in den Wirbelschichtreaktor zurückgeführt und dort erneut mit den aromatischen Eohlenwasserstoffdämpfen behandelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Teere und höher siedenden tohlenwasserstoffe aus den Produktdämpfen durch partielle Kondensation und anschließende Phasentrennung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im unteren Bereich der Reaktionszone anfallende Ralbkoks zur Abtrennung restlicher Eohlenwasserstoffe mit Wasserdampf gestrippt wird.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Vorstufe zu einer fossilen traftwerks- oder Vergasungsanlage.