DE3410455A1

DE3410455A1 - Verfahren zur herstellung eines vergaserkraftstoffes aus kohleleichtoel

Info

Publication number: DE3410455A1
Application number: DE19843410455
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 4370 Marl Döhler; Albert Dipl.-Ing. 4223 Voerde Fehrer; Alfons Dr.rer.nat. 4300 Essen Jankowski
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1984-03-22
Filing date: 1984-03-22
Publication date: 1985-10-03
Also published as: JPS60212489A; EP0155456A2; EP0155456B1; CA1237087A; DE3564962D1; DD232306A5; BR8501232A; DE3410455C2; PL252488A1; PL145199B1; SU1428209A3; ZA852076B; JPH0451598B2; EP0155456A3

Description

PATENTANWALT

Kaiser-Friedrich-Ring 70 ^ DIPL-PHYS. DR. H. SCHUMACHER

D-4000 DÜSSELDORF Il 341 0455 EUROPEAN PATENT ATTORNEY

Mein Zeichen 23 723 ^Dalum: 21. MärZ 1984

RUHRKOHLE AKTIENGESELLSCHAFT, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen

Verfahren zur Herstellung eines Vergaserkraftstoffes aus Kohleleichtöl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vergaserkraftstoffes, bei dem kohlestämmiges Leichtöl in einer Raffinationsstufe und einer nachfolgenden Reformierstufe behandelt wird.

Es ist bekannt, daß aus Kohle gewonnene Vergaserkraftstoffe wegen des molekularen Aufbaus der Kohle aus kondensierten Aromaten hocharomatisch sind und einen relativ hohen Benzolgehalt, nämlich zwischen 10 und 20 Gew.-%₃ aufweisen.

Dieser hohe Benzolgehalt ist wegen der toxischen Eigenschaften des Benzols unerwünscht.

Maßnahmen zur Senkung des Benzolgehaltes laufen darauf hinaus, daß durch Verschneiden mit benzolarmen Vergaserkraftstoffen die Konzentration des Benzols gesenkt wird. Dies setzt voraus, daß benzolarmer Vergaserkraftstoff, meist mineralölstämmigen Ursprungs, zur Verfügung steht, was bei einer autark arbeitenden Kohleverflüssigungsanlage nicht der Fall sein wird.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen,

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Tetec: 85 88 429 · Teleerammadresse: Rheinpatent · National-Bank, Essen (BLZ 36020030) 230359

mit dem unmittelbar ein benzolarmer, hochoctaniger, umweltfreundlicher Vergaserkraftstoff erhalten wird, der bevorzugt ohne Hinzufügen octanzahlerhöhender Zusatzstoffe Octanzahlen (ROZ/MOZ) von mindestens 98/88 aufweist; dieses Verfahren soll also unabhängig von der Verfügbarkeit benzolarmer Zumischkomponenten arbeiten.

Als technische Lösung wird hierzu vorgeschlagen, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art aus dem Reformat (Einsatzreformat) eine Kernfraktion mit dem relativ höchsten Benzolgehalt abdestilliert wird, daß die beiden übrigen Reformatfraktionen vereinigt und gemeinsam als Vergaserkraftstoff verwendet werden, und daß dieser Vergaserkraftstoff einen Benzolgehalt von höchstens etwa 5 Gew.-% aufweist.

Ein so gewonnener Vergaserkraftstoff hat den Vorteil, daß die Octanzahl trotz der weitgehenden Benzolgehaltsverminderung gleich groß oder größer als die Octanzahl des Einsatzreformates ist, ohne daß hierzu Zumischkomponenten oder die octanzahlerhöhende, umweltschädliche Zusatzstoffe erforderlich sind, wobei ein solcher Vergaserkraftstoff Octanzahlen (ROZ= Research-Octan-Zahl /MOZ=Motoroctanzahl) von 98/88 erreicht und damit als Superkraftstoff nach DIN 51 6OO verwendbar ist. Gleichzeitig weist der erfindungsgemäße Vergaserkraftstoff einen im Grunde beliebig geringen, bevorzugt aber höchstens 5 Gew.-%igen Benzolgehalt auf, so daß entsprechenden behördlichen Anforderungen an den Benzolgehalt ohne Schwierigkeiten entsprochen werden kann. Zudem wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig eine mit Benzol hoch angereicherte Fraktion erhalten, die aufgrund ihrer hohen Benzolkonzentration auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten als wertvoller Chemierohstoff weiterverwendbar ist. Dabei fallen auch Paraffine und Naphthene in hoher Konzentration an, die als Lösungsmittel oder als Einsatz zur Olefinherstellung nach bekannten Verfahren nutzbar sind.

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Es wurde überraschend gefunden, daß mittels Rektifikation aus dem kohlestämmigen Reformat stark benzolhaltige Fraktionen separiert werden können, ohne die ROZ/MOZ des übrigen Reformates zu erniedrigen, obwohl das die Octanzahl günstig beeinflussende Benzol entfernt wird.

Das Reformat (Einsatzreformat) wird in bekannter Weise bevorzugt aus Kohleleichtöl wie folgt hergestellt: die Umwandlung der Kohle zu einem Vergaserkraftstoff (Benzin) erfolgt in mehreren Stufen. In einer ersten Stufe, der Sumpfphase, wird die Kohle in Gegenwart feinverteilter Katalysatoren mittels Wasserstoff unter geeignetem Druck und Temperatur in ein rohes Kohleöl (Mittelöl und Rohbenzin) überführt. Das Rohbenzin wird dann zunächst in einer nachgeschalteten Raffinationsstufe über Raffinationskatalysatoren in Gegenwart von Wasserstoff bei erhöhtem Druck (50-100 bar = 50-100 * 10^ Pa) und bei höherer Temperatur (350-400° C) raffiniert. Bei der Raffination werden die als Katalysatorgifte für den Reformerkontakt wirkenden Heteroatome Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff, die organisch gebunden im öl vorhanden sind, bis auf geringe Spuren (<1 ppm) entfernt. Das raffinierte Benzin besitzt relativ geringe Octanzahlen und erfüllt die nach DIN 51β00 geforderten ROZ/MOZ von 98/88 nicht.

Zur Octanzahlverbesserung muß reformiert werden. Das Reformieren erfolgt in bekannter Weise über Reformerkontakte auf Basis Platin oder Platin/Rhenium bei 10-30 bar (=10-30 · 10⁵ Pa) Wasserstoffdruck und ca. 500° C. Im Reformer finden zahlreiche Reaktionen wie Isomerisierungs-, Dehydrocyklxsierungsreaktxonen, Olefinbildung und Aromatisierung statt. Bei den kohlestämmigen Raffinaten, die hohe Konzentrationen von Naphthenen (also hydrierten Aromaten) enthalten, ist die Isomerisierungs-Aromatisierungsreaktion im Reformer vorherrschend. Die Naphthene, das Cyclohexan und Methylcyclopentan bilden im Reformer Benzol.

Je nach den Verfahrensbedingungen im Reformer liegt der Benzolgehalt im Kohlebenzin zwischen 10 und 20 Gew.-%.

Mit einem solchen Einsatzreformat werden nun durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise die vorerwähnten Vorteile erzielt. Dabei weist gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung das Einsatzreformat eine Siedelage von 40 bis 200 ⁰C und eine Octanzahl ROZ bzw. MOZ von

^ 98 bzw. 88 auf. Grundsätzlich ist es aber nicht ausgeschlossen, daß außer dem erwähnten Kohle-Leichtöl auch Naphtha aus einem Kohle-Mittelöl mit dem gleichen Erfolg dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wird, wobei dieses Naphtha aber nicht aus einem Hydrocrackprozeß kommen sollte, da ein solches Einsatzprodukt sehr stark isomerisiert ist. Demnach ist auch ein aus einem Kohle-Mittelöl durch sogenannte Hydrotreating erhaltenes Naphtha als ein Kohle-Leichtöl im Sinne der Erfindung zu verstehen, welches dem Reformierschritt und dem erfindungsgemäßen Destillationsschritt unterworfen wird. Die für das Hydrotreating bevorzugten Bedingungen ergeben sich aus der Zeitschrift "Erdöl und Kohle - Erdgas - Petrochemie vereinigt mit Brennstoff-Chemie", Bd. 36, 1983, Seiten 370 bis 372.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung beträgt die Siedelage der abzudestillierenden Kernfraktion*etwa 65 bis 85 ⁰C.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird bei einer mehrstufig durchgeführten Reformierung die erste Stufe unter solchen Betriebsbedingungen gefahren, die für die Benzolbildung besonders günstig sind, wobei nachfolgend die Kernfraktion abdestilliert wird und die übrigen Fraktionen in nachfolgenden weiteren Reformierstufen gemeinsam

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unter solchen Bedingungen behandelt werden, daß das dabei anfallende und insgesamt als Vergaserkraftstoff verwendete Reformat möglichst weitgehend isomerisiert ist. Durch diese Maßnahme werden besonders günstige Ergebnisse im Sinne der Erfindung erzielt,

Ausführungsbeispiel:

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein kohleölstämmiges Reformat (Strom 1 gemäß dem beigefügten Verfahrensschema) mittels Rektifikation in drei Fraktionen zerlegt (Strom 2; 3 und 4). Strom 2 besteht aus niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen, der je nach Trennwirksamkeit und Fahrweise der Rektifizierkolonne schwankende Benzolanteile erhält, im allgemeinen aber weniger als 5 %·

Strom 3 ist eine Fraktion, in der Benzol angereichert ist und die für Kohleöl spezifischen Begleitkohlenwasserstoffe des Benzols enthält. Strom 4 enthält die höher siedenden Kohlenwasserstoffe des Einsatzreformates und je nach Trennwirksamkeit und Fahrweise der Rektifizierkolonne schwankende Benzolteile, im allgemeinen weniger als 5 %·

Strom 5» eine Vereinigung der Ströme 2 und 4, stellt den benzolarmen Vergaserkraftstoff mit Benzolgehalten von weniger als 5 % dar.

Zur Rektifikation können die gebräuchlichen Füllkörperoder Glockenbödenkolonnen eingesetzt werden.

Aus Strom 3 kann durch bekannte Extraktionsverfahren das Benzol - in hoher Reinheit - als wertvoller Chemierohstoff gewonnen werden. Die restlichen Anteile, bestehend aus

Paraffinen und Naphthenen, können als Lösungsmittel oder als Einsatz zur Olefinherstellung nach bekannten Verfahren benutzt werden.

Beim Einsatz von 100 Gew,-Teilen (Gew.-TIe) kohlenstämmigen Reformats werden im allgemeinen 5 bis 15 Gew,-TIe Strom 2, 10 bis 25 Gew.-TIe Strom 3 und 60 bis 85 Gew.-TIe Strom 4 gewonnen. Die Anteile sind jedoch von der Zusammensetzung des Reformates abhängig und können bei abweichender Kohleölaufarbeitung, unter dem Gesichtspunkt der Erzeugung eines benzolarmen Vergaserkraftstoffes, andere Verhältnisse bilden.

Der Siedeschnitt des Stromes 3 muß so erfolgen, daß letztlich im Strom 5 ein Benzolgehalt *C 5 Gew.-% erhalten wird.

Bei allen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Versuchen ergaben die Messungen der ROZ/MOZ der Einzelströme überraschend, daß der Strom 3 trotz hoher Benzolgehalte (Benzol ROZ ^100) wesentlich geringere Octanzahlen aufweist, als das Einsatzreformat, und zwar ROZ/MOZ 83/76. Demzufolge wird die Octanzahl des Stromes 5 trotz Entfernung des hochoctanigen, aber umweitschädigenden Benzols unerwartet erhöht.

So werden aus einem kohlestämmigen, in vorbeschriebener Weise hergestellten, Reformat mit einer ROZ/MOZ von 99,3/ 88,0 und einem Benzolgehalt von 12 Gew.-% 19 Gew.-TIe einer Fraktion -von 65 bis 85 ⁰C siedend-isoliert (Strom 3). In dieser Fraktion waren ca. 50 Gew.-% Benzol enthalten und es wurden eine ROZ/MOZ von 83/76 gemessen. Der resultierende benzolarme Vergaserkraftstoff (8l Gew.-TIe, Strom 5) erreichte eine ROZ/MOZ von IOO/89 bei einem Restbenzolgehalt von 2,6 Gew.-%. Dabei diente eine 15-bödige Füllkörperkolonne mit einem Rücklaufverhältnis von 1 : 2 als Rektifikationsapparatur.

Claims

" PAl ENTANWALT

Kaiser-Friedrich-Ring 70 DIPL-PHYS. DR. H. SCHUMACHER

D-4000 DÜSSELDORF II 3 A 10455 EUROPEAN PATENT ATTORNEY

Mein Zeichen 23 723 Datum: 21. März 1984

RUHRKOHLE AKTIENGESELLSCHAFT, Rellinghauser Straße 1, Essen 1

A η s ρ r ü c h e

l.JVerfahren zur Herstellung eines Vergaserkraftstoffes, bei dem kohlestämmiges Leichtöl in einer Raffinationsstufe und einer nachfolgenden Reformierstufe behandelt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Reformat (Einsatzreformat) eine Kernfraktion mit dem relativ höchsten Benzolgehalt abdestilliert wird, daß die beiden übrigen Reformatfraktionen vereinigt und gemeinsam als Vergaserkraftstoff verwendet werden, und daß dieser Vergaserkraftstoff einen Benzolgehalt von höchstens etwa 5 Gew.-% aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzreformat eine Siedelage von 40 bis 205 ⁰C und eine Octanzahl (ROZ bzw. MOZ) von > 98 bzw. 88 aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedelage der abzudestillierenden Kernfraktion etwa 65 bis 85 ⁰C beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrstufig durchgeführten Reformierung die erste Stufe unter solchen Betriebsbedingungen gefahren wird, die für die Benzolbildung besonders günstig sind, daß nachfolgend die Kernfraktion abdestilliert wird,

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und daß die übrigen Fraktionen in nachfolgenden weiteren Reformierstufen gemeinsam unter solchen Bedingungen behandelt werden, daß die Paraffine des dabei anfallenden und insgesamt als der Vergaserkraftstoff verwendeten Reformates möglichst weitgehend isomerisiert sind.

SCH/td