DE3443172A1

DE3443172A1 - Verfahren zur katalytischen kohlehydrierung unter verwendung einer direkten kohleaufschlaemmung als reaktorbeschickung

Info

Publication number: DE3443172A1
Application number: DE19843443172
Authority: DE
Inventors: Alfred G. Yardley Pa. Comolli; Edwin J. Morrisville Pa. Hippo
Original assignee: Hri Inc Gibbsboro NJ; HRI Inc; Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: HRI Inc
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1985-08-14
Also published as: JPS60163994A; ZA848539B; US4495055A; CA1236417A; JPH0678527B2

Description

Beschreibung
Dies ist eine Continuation-in-part-Anmeldung mit der Serial-Nr. 365 767, die am 5. April 1982 angemeldet worden ist.
Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Kohlehydrierverfahren zur Herstellung von flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffprodukten, bei dem eine Kohle/öl-Aufschlämmung direkt in eine katalytische Reaktionszone hinein eingespeist wird bei nur minimalem kontrolliertem Vorerhitzen, um eine verbesserte Hydrokonversion vorzusehen und um erhöhte Ausbeuten an leichten Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten und Gas herzustellen.
Übliche Verfahren zur Kohleverflüssigung und -hydrierung schließen ein Vorerhitzen oder eine thermische Behandlungsstufe fur die Kohle/öl-Aufschlämmungsbeschickung vor, die der katalytischen Reaktionsstufe vorgelagert ist, wie allgemein offenbart in der U.S. PS 3 519 555, .US-PS 3 700 584, US-PS 3 791 957 und der US-PS 4 111 788. Andere Kohlehydrierverfahren verwenden feine rezyklisierte Katalysatoren bei idealen Strömungsbedingungen und geringe Lösungsmittel/Kohle-Verhältnisse, wie z. B. bei der US-PS 4 090 943 und der US-PS 4 102 775. Bei diesen Verfahren wird die Kohle/öl-Aufschlämmung bis in die Nähe der Reaktortemperatur vorerhitzt, bevor sie in die katalytische Reaktionszone eingespeist wird.
Bei diesen üblichen Kohlehydrierverfahren mit einer Kohle/öl-Auf schlämmungsvorerhitzungsstufe ist das Wasserstoffdonorpotential oder die freie Radikalkonzentration in dem von der Kohle herstammenden, aufschlämmenden öl begrenzt, genau so wie seine Beweglichkeit, und der Wasserstoff darinnen wird gewöhnlich während der Kohlevorerhitzungsstufe verbraucht. Dieser Mangel an Wasserstoffdonormaterialien in der Kohle/öl-Aufschlämmung während der Vorerhitzungsstufe verursacht unerwünschte Rekondensationsmaterialien, wie z. B. Asphaltene und andere unreaktive Materialien von hohem Molekulargewicht, wodurch die Ausbeute an unerwünschten schweren Kohlenwasserstofflüssigkeiten erhöht wird und die Ausbeute an den erwünschteren leichten Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten vermindert wird. Jedoch ist überraschenderweise gefunden worden, daß durch rasches Aussetzen an der Kohlebeschickung einer Flüssigkeit, die Feststoffe in verdünnter und Wasserstoff in hoher Konzentration enthält, und einem Katalysator in dem Reaktor nach nur einem kontrollierten minimalen Vorerhitzen eine rasche Hydrokonversion der Kohle wesentlich erhöht wird unter Herstellung mn niedriger-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten in erhöhten Ausbeuten.
Die vorliegende Erfindung sieht ein katalytisches Hydrierverfahren für Kohle zur Herstellung von niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeits- und Gasprodukten in erhöhten Ausbeuten vor, bei dem teilchenförmig.e Kohle mit einer hydrierten, von Kohle herstammenden Flüssigkeit aufgeschlämmt wird und bei dem die Kohleaufschlämmung mit einem nur begrenzten und kontrollierten Grad des Vorerhitzens direkt in eine Reaktionszone eingespeist wird, die enthält eine von Kohle herstammende Flüssigkeit und Wasserstoff und ein Fließbett eines teilchenförmigen Hydrierungskatalysators. Die katalytische Reaktionszone wird bei einer Temperatur von 340 bis 480 OC (650 bis 900 °F) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 350 bar (1000 bis 5000 psi) gehalten. Bei irgendeinem Vorerhitzen der Kohleaufschlämmungsbeschickung vor der Reaktonszone sollte der STTU-Wert (standard temperature-time units severity index) für ein derartiges Vorerhitzen weniger als etwa 0,1 betragen, und vorzugsweise sollte der STTU-Wert kleiner als etwa 0,01 sein. Die Temperatur, auf die die Kohle/öl-Aufschlämmung aufgeheizt wird, sollte mehr bevorzugt unterhalb etwa 260 OC (500 OF) sein, und ein solches Vorerhitzen geschieht vorzugsweise in einer Kohle/Aufschlämmöl-Mischstufe.
Die Standard-Temperatur/Zeit-Einheiten (STTU), die bei dieser Erfindung verwendet werden, sind durch den folgenden mathematischen Ausdruck definiert: STTU = Ate -B/T Dahin bedeutet: A = eine Konstante, etwa 1,12 x 1015 t = Kohleverweilzeit in der Erhitzungszone, Min.
e = Basischer natürlicher Logarithmus, 2,718 T B = eine Konstante, etwa 45045 für Kohle T = Temperatur der Erhitzungszone, OR Zum Beispiel ist eine STTU-Einheit definiert als eine Temperatur von 445 OC (840 OF) bei einer Aussetzungszeit von 1 Minute, oder als eine geringere Temperatur bei einer entsprechenden erhöhten Aussetzungszeit.
Diese Anordnung zum begrenzten Vorerhitzen der Kohlebeschikkung gemäß der Erfindung verwendet vorteilhafterweise die verdünnte Phase der Feststoffe und einen hohen Wasserstoffgehalt der Flüssigkeit und der katalytischen Reaktionsmasse in der Reaktionszone, um die Kohlebeschickung darinnen schnell zu erhitzen und zu hydrieren, und vermeidet dadurch eine unerwünschte Rekondensierung oder retrograde Reaktionen, die während der gewöhnlichen thermischen Vorbehandlungsstufen bei einer Kohlebeschickung für Verflüssigungsverfahren eintreten. Jegliches Vorerhitzen der Kohlebeschickung, die vor seiner Berührung mit Wasserstoff und Katalysator in der Reaktionszone passiert,wie zum Beispiel bei.der Kohle/öl-Aufschlämmstufe oder in irgendeiner nachfolgenden Vorerhitzungsstufe, ist begrenzt auf einen Temperatur/Zeit-Härteindex (STTU) von weniger als etwa 0,1, wie er bestimmt ist durch Analyse des besonderen Kohle/Ol-Aufschlammungsbeschickungsmaterials unter Verwendung eines mikroautoklaven Reaktionsverfahrens. In der Reaktionszone wird die Kohle/öl -Aufschlämmungsbeschicküng sehr schnell auf die Hydrierungsbedingungen erhitzt, und jegliche zusätzliche Hitze, die gebraucht wird, um die gewünschten Temperaturen darinnen aufrechtzuerhalten, wird vorgesehen durch Erhitzen der zur Reaktionszone rezyklisierten Flüssigkeit und auch, falls notwendig, durch Erhitzen des rezyklisierten Wasserstoffs auf Temperaturen, die ausreichend oberhalb der Reaktionszonentemperatur liegen, und Einführen dieser erhitzten Ströme in den unteren Teil der Reaktionszone.
Katalytisch hydriertes, von Kohle herstammendes Material, das Gas- und Flüssigkeitsfraktionen enthält, wird vom oberen Teil der Reaktionszone abgezogen und wird phasensepariert und destilliert zum Vorsehen von Gas und von erhöhten Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten. Gewünschtenfalls kann die Reaktionszone bei Bedingungen von relativ geringer Strenge betrieben werden, und die resultierende Flüssigkeitsfraktion kann in eine katalytische Reaktionszone einer zweiten Stufe, in der strengere Reaktionsbedingungen aufrechterhalten werden,. eingespeist werden für zusätzliche Hydrierungsreaktionen, um weiter erhöhte Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten vorzusehen.
Es ist somit ein grundsätzlicher Vorteil des vorliegenden Kohlehydrierungsverfahrens, die Vorerhitzungsausrüstung zu eliminieren oder wenigstens zu minimieren und eine wrbesserte Hydrokonversion der von Kohle herstammenden Flüssigkeiten und erhöhte Ausbeuten an niedrig-siededen Kohlenwasserstoffflüssigkeitsprodukten, wie zum Beispiel solche nominell siedend zwischen etwa 205 bis 520 OC (400 bis 975 OF) herbeizuführen. Die Erfindung ist nützlich zur Hydrierung und Verf lüssigung von Kohlen, einschließlich -bituminöse, sub-bituminöse und Braunkohle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 ein schematisches Flußdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung zum Einspeisen einer Kohle/öl-Aufschlämmung mit nur minimalem Vorerhitzen direkt in eine Reaktionszone hinein, die ein Fließbett eines Hydrierungskatalysators enthält, und Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung zweier katalytischer Reaktionszonen, die in Serie geschaltet sind.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Grad der thermischen Behandlung der Kohle/Ol-Aufschlämmung vor der katalytischen Hydrierreaktion vorteilhafterweise begrenzt und kontrolliert, um die Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten anzuheben. Die teilchenförmige Kohlebeschickung wird aufgeschlämmt mit einem rezyklisierten hydrierten öl und Residuum, die aus dem Verfahren stammen, und wird dann eingespeist bei einem niedrigen STTU-Wert von etwa 0,1 (STTU = temperature-time severi.ty index exposure, Temperatur/Zeit-Strenge Behandlungsindex) und vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb etwa 260 OC (500 OF) direkt in einen katalytischen Fließbettreaktor hinein. Die Reaktortemperatur wird auf die gewünschte Temperatur von 340 bis 480 OC (650 bis 900 °F) kontrolliert durch Erhitzen der Reaktorrezyklisierungsflüssigkeit auf eine Temperatur oberhalb der gewünschten Reaktionszonentemperatur unter Verwendung eines Wärmeaustauschers in dem internen Flüssigkeitsrezyklisierungsfluß, um jegliche zusätzliche Wärme, die in dem Reaktor gebraucht wird, vorzusehen.
Die Kohle/öl-Auf schlämmungsbeschickung wird nur in einem solchermaaen begrenzten und kontrollierten Ausmaß erhitzt, daß ein Erschöpfen der Wasserstoffdonorkapazität des aufschlämmenden öls und eine thermische.Crackung der Kohle vermieden wird und daß dadurch die.Bildung von. retrogradierten Materialien, wie zum Beispiel Asphaltene und künstliche Kohle, während eines solchen Vorerhitzens der Aufschlämmungsbeschickung verhindert wird. Der zulässige Grad des Vorerhitzens hängt ab von den chemischen Charakteristiken der Kohlebeschickung, der Menge an Wasserstoffdonot.verbindungen, die. in dem aufschlämmenden öl enthalten sind, und auch von der Menge an aufschlämmendem ö1., das in Relation zu der Kohle verwendet wird. Der maximal akzeptable Grad des Vorerhitzens der Kohlebeschickungs- und Auf schlämmungsölkombination wird bestimmt durch Durchführung von mikroautoklaven Analysetests der erhitzten Kohle/Öl-Aufschlämmung,..um die prozentuale Konversion zu bestimmen, die während der standardisierten katalyschen Reaktionsbedingungen erreicht werden.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß durch Vorsehen einer direkten Aussetzung der teilchenförmigen Kohle/öl-Auf schlämmungsbeschickung in die katalytische Reaktionszonenumgebung ohne Verwendung einer üblichen Aufschlämmungserhitzungsstufe einige Verfahrens wrteile realisiert werden.
Die Kohle wird gelöst und umgesetzt in einer konzentrierten katalytischen Umgebung bei einem hohen Verhältnis von von Kohle herstammenden ölen oder Lösungsmittel zu Kohle und unter Bedingungen eines hohen Wasserstoffgehalts, der für die Umwandlung günstig ist. Weil das vorliegende Verfahren die gewöhnliche Kohlevorerhitzungsstufe, die auf die Kohle/öl-Aufschlämmstufe folgt, eliminiert, vermeiden es die Kohleaufblähungseffekterund Wärmeübertragungsprobleme, die gewöhnlich mit Vorerhitzern vom idealen Strömungsflußtyp verbunden sind, und vermeidet auch die Bildung von unerwünschten thermischen retrogradierten Materialien in solch einer üblichen Vorerhitzungsstufe. Das vorliegende Verfahren sieht auch eine schnellere BetriebsaBwort vor auf irgendwelche exothermen oder exzessive Reaktortemperaturen, die eintreten können bei Verwendung eines mit Reaktorrezyklisierungsflüssigkeit betriebenen Regelungswärmeaustauschers, und erzielt höhere Ausbeuten an destillierbaren ölprodukten.
Die begrenzte Menge an Vorerhitzen der Kohlebeschickung, die angewandt werden kann, wird hauptsächlich durch die Verfügbarkeit von Wasserstoffdonorverbindungen in dem aufschlämmenden öl bestimmt. Der zulässige Grad des Vorerhitzens für eine besondere Kohle- und Aufschlämmölkobmination kann bestimmt werden durch Analysieren des erwärmten Kohle/öl-Aufschlämmbeschickungsmaterials in einer mikroautoklaven Reaktionseinheit unter Verwendung einer dafür vorgesehnen Verfahrensweise, um die prozentuale Umwandlung der eingesetzten Kohle/öl-Beschickungskombination zu bestimmen. Eine Beschreibung des mikroautoklaven Analyseverfahrens, das verwendet werden kann, wird nachstehend gegeben.
Mikroautoklave Testverfahren Das mikroautoklaven Analyseverfahren verwendet ein rasches Aufheizen und ein rasches Abkühlen für die getesteten Kohleproben und ein Lösungsmittel, während für eine heftige Agitation gesorgt wird. Zwei 30 ml-Reaktoren werden gleichzeitig betrieben bei einem Wassersto.ffpartialdruck -von 140 bar (2000 psi). Ein geheiztes fluidisiertes Sandbad liefert die Reaktionswärme, nach welchem die Reaktoren durch Bewegen derselben in einem Wasserbad gekühlt werden. Die Reaktoren werden mit einer bekannten Menge einer ausgewählten Kohleprobe und einem.Lösungsmittel geladen, abgedichtet und mit Wasserstoff unter Druck gesetzt, dann in das geheizte Sandbad eingetaucht und dort für eine bestimmte Zeit lang gehalten. Tests wurden durchgeführt, um die angenäherte Aufheiz- und Abkühlungszeitperioden (annähernd 2,5 Min.) zu bestimmen. Nach einer bestimmten Verweilzeit in dem heissen Sandbad werden die Reaktoren entfernt und rasch abgekühlt.
Nach dem Kühlen werden die Reaktoren druckentlastet und geöffnet, und die Inhalte werden gewogen. Die Inhalte werden in einer Tetrahydrofuran (THF)-Lösung gefiltert, und der Filterkuchen wird getrocknet und gewogen. Nach dem Wiegen werden die unlöslichen Anteile mit Toluol gemischt und abermals gefiltert. Als nächstes wird der Filterkuchen getrocknet und gewogen. Die Misch- und Filterprozedur wird ein drittes Mal wiederholt unter Verwendung von THF als Lösungsmittel.
Gefolgt auf das dritte Trocknen und Wiegen werden die Proben verascht, und ein Ascherest wird berechnet, um die Gültigkeit des Tests zu überprüfen. Die Kohleumwandlung oder Konversion ist definiert als das Gewicht der anfänglich eingesetzten Kohle abzüglich dem Gewicht der unlöslichen Anteile, das Ganze dividiert durch das Gewicht der anfänglich eingesetzten Kohle, und die Gesamtmenge mal 100. Diese Berechnungen werden auf einer aschefreien Basis durchgeführt.
Drei Konversionen werden berechnet: die Konversion in THF-Lösliches, die Konversion in Toluol-Lösliches und die Konversion in Cyclohexan-Lösliches.
Die Tests werden bei einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Kohle von 2:1 durchgeführt unter Verwendung des interessierenden Rezyklisierungslösungsmittels. Ausreichende Temperatur/ Zeit-Bedingungen werden gefahren auf einer interessierenden Kohle/Lösungsmittel-Kombination, wobei die Datenpunkte bezogen auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Kohle ausgewählt werden. - Der verwendete Bereich der Reaktionsbedingungen schließt eine Temperatur von 340 OC (650 OF) bei 10 Minuten und 60 Minuten bis zu 450 OC (850 OF) bei 10 Minuten und 32 Minuten Verweilzeit ein.
Kinetisches Modell Weil eine Kombination von Temperatur- und Zeitbedingungen gleichzeitig erforscht werden, wurde ein Referenzmodell entwickelt und verwendet, um die Kohleheizstrengebedingungen auf eine übliche Basis zu normalisieren, die durch einen Standard-Temperatur/ Zeit-Einheitsstrengeindex (STTU) definiert ist. Dieses Modell ist definiert durch die Gleichung STTU = Ate -B/T, wie oben beschrieben. Beispiele von einer (1,0) STTU schließen eine Temperatur von 430 OC (800 OF) für 3,15 Minuten und 440 OC (840 OF) für 1 Minute ein. Die Ergebnisse der autoklaven Tests sind als eine Funktion der Standard-Temperatur/Zeit-Einheitsstrengeniveaus (STTU) aufgetragen. Der Punkt, an welchem die prozentuale Kohlekonversion stark anzusteigen.beginnt, ist definiert als die maximal erwünschte Strenge (STTU) zum Vorerhitzen der. besonderen Kohle/Aufschlämmungs-Kombination vor dem Eintritt in den katalytischen Fließbettreaktor hinein. Bei etwas höheren Standardstrengeniveau wird die Kohlekonversion abzunehmen beginnen; dieser Punkt ist eine Maximal strenge für ein Aufheizen der Kohle/ölaufschlämmung, bevor unerwünschte regressive oder retrograde Reaktionen, die während des Aufheizens passieren, festgestellt werden können. Aus diesem Grunde sollten alle Verarbeitungsbetriebsweisen für eine Kohle/öl-Aufschlämmungsbeschickung in einer thermischen Weise ohne Wasserstoff und Katalysator unterhalb diesem kritischen STTU-Strengeindexniveau gehalten werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein einstufiger katalytischer Fließbettreaktor verwendet wird, ist indEr:Fig. 1 gezeigt. Bituminöse Kohle bei 10, wie z. B. Illinois Nr. 6, Kentucky Nr. 11, oder eine subbituminöse Kohle, wie z. B. Wyodak, wird bis zu einer Partikelgröße kleiner als entsprechend etwa einer lichten Siebmaschenbreite von30 mm (50 mseh U.S. Sieve Series) gemahlen und ge-;.
trocknet bei 11, um t berElächenfeuchtigkeit zu entfernen, und wird zum Auf schlämmischtank 12 geleitet. Hier wird die Kohle mit einem aus dem Verfahren stammenden Aufschlämmöl 14, das einen Normalsiedebereich von etwa 290 bis 510 °C (550 bis 950 OF) hat, gemischt. Ein solches Gemisch hat ein Gewichtsverhältnis von öl zu Kohle, das mindestens ausreicht, ein pumpbares Aufschlämmgemisch vorzusehen, und gewöhnlich beträgt der Gewichtsverhältnisbereich von Kohle zu öl zwischen etwa 1.,1 und etwa 6.0. Gegebenenfalls kann ein Teil 15a der Auischlämmung durch die Pumpe 15 rezyklisiert werden zum Tank 12, um darinnen ein gleichförmiges Auf schlämmgemisch aufrechtzuerhalten. Jegliches Erhitzen der Kohle in dem Mischtank 12 ist bei einem Temperatur/Zeit-Strngeindex von weniger als etwa 0,1 und vorzugsweise von weniger als etwa 0,01 STTU und ist gewöhnlich bei einem Temperaturbereich von 180 bis 260 OC (350 bis 500 OF).
Das Kohle/Ol-Gemisch aus dem Aufschlämmischtank 12 wird unter Druck gesetzt durch die Pumpe 16, welche das Gemisch durch die Leitung 18 zusammen mit Rezyklisierungswasserstoff 19 direkt in den Fließbettreaktor 20 hinein pumpt, der enthält eine hydrierte, von Kohle herstammende Flüssigkeit, Wasserstoff und ein Bett 22 eines teilchenförmigen handelsüblichen Hydrierkatalysators. Das Kohle/Ol-Gemisch wird geleitet mit Wasserstoff durch den Flußverteiler 21 und nach oben durch das Katalysatorbett 22 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, um das Bett zu expandieren. Das Katalysatorbett 22, das vorteilhafterweise Extrudate mit einer Partikelgröße entsprechend einem Durchmesser von 0,076 bis 0,330 cm (0,030 bis 0,130 inch) aus Nickelmolybdat oder Kobaltmolybdat auf Aluminiumoxid oder einem ähnlichen Trägermaterial umfaßt, wird um wenigstens etwa 10 % und um höchstens etwa 100 % seiner abgesetzten Höhe expandiert durch die nach oben strömenden Flüssigkeiten und wird während der Reaktion in immerwährender statistischer Bewegung gehalten durch die Aufwärtsgeschwindigkeit des Kohle/öl-Gemisches und des Wasserstoffgases.
Das Kohle/Ol-Gemisch wird nach oben geleitet durch den Reaktor 20 in Berührung mit dem Katalysator bei einer Raumgeschwindigkeit von etwa 120 bis 1440 kg/h'm (7,5 bis 90 pounds of coal/hour/cubic foot of reactor volume) und vorzugsweise von etwa 480 bis 960 kg/h-m3 (30 bis 60 pounds of coal/hour/cubic foot). Die Reaktionsbedingungen werden vorzugsweise aufrecherhalten.innerhalb eines eines Bereichs einer Tempratur von 400 bis 460.OC (750 bis 860 OF) und eines Wasserstoffpartialdrucks von 80 bis 31..0 bar (1200 bis 4500 psi).
Die Reaktorflüssigkeit wird rezyklisiert durch die Fallrohrleitung 24 und die Rezyklisierungspumpe 25 zum Erhitzer 26, wo die Flüssigkeit auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die notwendig ist, um die erwünschte Reaktortemperatur aufrechtzuerhalten, wie zum Beispiel 5 bis 50 OC (10 bis 100 "F) oberhalb der Reaktortemperatur. Die wiedererhitzte Flüssigkeit wird dann nach oben geleitet durch den Verteiler 21 zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Temperatur und Aufwärtsflüssigkeitsgeschwindigkeit, um das Katalysatorbett zu expandieren und den Katalysator in der Flüssigkeit in statistischer Bewegung zu halten zwecks Sicherstellung eines innigen Kontakts und vollständiger Reaktionen. Das Gewichtsverhältnis der aufgeheizten rezyklisierten Reaktorflüssigkeit zu der Kohleaufschlämmungsbeschickung liegt innerhalb eines Bereichs von etwa 1,0 bis 10,0.
Falls notwendig oder erwünscht, kann der rezyklisierte Wasserstoff auf eine Temperatur erhitzt werden, die der der katalytischen Reaktionszone übersteigt und gewöhnlich etwa 5 bis 50 °C (10 bis 100 OF) darüber. Auch kann gegebenenfalls der ganze oder ein Teil 19a des rezyklisierten Wasserstoffstroms 19 mit der rezyklisierten Reaktorflüssigkeit gemischt werden in der Leitung 24 stromaufwärts des Erhitzers 26.
Frischer Katalysator wird dem Reaktor zugefügt bei der Verbindung 27 je nach Bedarf, um die gewünschte katalytische Aktivität darinnen aufrechtzuerhalten, und verbrauchter Katalysator wird bei 28 entfernt. Im Reaktor 20 wird die Kohle/ öl-Aufschlämmungsbeschickung rasch auf die Reaktonstemperatur aufgeheizt, und gleichzeitige Hydrierung und katalytische Umwandlung der Kohle und des auf schlämmenden öls passiert unter Verbrauch von einigem Wasserstoff. Auch weil das von Kohle herstammende, auf schlämmende öl Wasserstoffdonorverbindungen enthält und signifikante Lösungsmitteleigenschaften hat, die sich auf die Kohle auswirken, können die Hydrierreaktionen bei um einiges geringere Reaktionstemperatur erreicht werden, als sonst notwendig wäre.
Vom Reaktor 20 wird der abgehende Strom 29 gewöhnlich gekühlt und zu dem Heißphasenseparator 30 geleitet. Der.resultierende Gasanteilstrom 31 wird zu der Wasserstoffreinigungsstufe 32 geleitet, von welchem Medium reiner Wasserstoff je nach Bedarf bei 33 wiedergewonnen wird, und unerwünschte Gase einschließlich H2, CO2, H2S und Wasser werden bei 33a abgeblasen.
Der Strom 33 wird bei 17 je nach Bedarf erhitzt und rezyklisiert bei 19 zu dem Reaktor zusammen mit Zusatzwasserstoff bei 33b je nach Bedarf.
Vom Separator 30 wird der Flüssigkeitsstrom 34 auch abgezogen, bei 35 druckreduziert und geleitet zu dem Phasenseparator 36, der in der Nähe von atmos.phärischem Druck und bei einer Temperatur von 260 bis 340 OC (500 bis 650 OF) betrieben wird. Gegebenenfalls kann ein größerer Teil 34a des Flüssigkeitsstroms 34 zum Reaktor 20 rezyklisiert werden als die rezyklisierte Reaktorflüssigkeit anstelle des Flüssigkeitsstroms 24. Vom Separator 36 wird ein leichter Kohlenwasserstoffüberkopfstrom bei 37 entfernt, der Naphtha und leichte Destillatfraktionen enthält, und wird zur Fraktionierungsstufe 40 geleitet.
Der Flüssigkeitsstrom 38, der typischerweise eine normalen Siedebereich von oberhalb etwa 290 OC (550 OF) hat und etwas Asphaltene, nichtumgewandelte Kohle und Asche enthält, wird geleitet zu dem Flüssigkeits/Feststoffe-Separationssystem 44, welches mehrere Hydrocyclone oder ein Lösungsmittelausfällungssystem umfassen kann. Der überfließende Strom 45, der teilchenförmige Feststoffe in verminderter Konzentration enthält, wird auch zu der Fraktionierungsstufe 40 geleitet, worin die Flüssigkeit fraktioniert wird in Produktströme umfassend Gas, Naphtha, Destillate im leichten und mittleren Bereich und schwere Residuumöle mit einem entsprechend hohem Siedebereich, die nicht umgewandelte Kohle und Asche enthalten.
Spezifisch werden Produktströme aus dem Fraktionator 40 abgezogen als Produktgas bei 39, C4 bis 200 OC (400 OF)-Naphtha-Fraktion bei 41, flüssige Destillatflüssigkeit bei 42 und schwere Destillatflüssigkeit bei 42 und ein schweres Treibstofföl bei 43. Ein Teil 46 der Überkopfflüssigkeit aus der Flüssigkeits/Feststoffe-Separationsstufe 44 wird rezyklisiert zu dem Aufschlämmungstank 12 und dann zum Reaktor 20, um die Kohle aufzuschlämmen und um zu helfen, den Prozentsatz der nicht umgewandelten Kohle und Aschefeststoffe in dem Reaktor innerhalb eines gewünschten Bereichs zu kontrollieren, typischerweise etwa 10 bis 25 Gew.%. Gegebenenfalls kann ein Kühlen des rezyklisierten Stroms 46 beim Wärmeaustauscher 47 vollzogen werden.
Aus der Flüssigkeits/Feststoffe-Separationsstufe 44 wird ein Unterflußstrom 48 zur Vakuumdestillation bei 50 geleitet. uer vaKuumuserKoprstrom i Kann mit iioaenstrom 4J vereinigt werden unter Erhalt des Flüssigkeitsproduktstrom 52.
Das schwere Vakuumbodenmaterial bei 54, das normalerweise oberhalb etwa 520 OC (975 OF) siedet, kann verwendet werden zum Verkoken des Wiedergewinnungsöls oder als ein Beschikkungsmaterial für die Wasserstoffherstellung.
Gegebenenfalls können, um erfindungsgemäß eine prozentual erhöhte Konversion an Kohlebeschickung zu erzielen, zwei Stufen der katalytischen Reaktion vorteilhafterwe«se einge- setzt werden, wobei die Strengebedingungen für jedes ausgewählt werden, um die gewünschten Gesamthydrierungs- und Produktausbeutenresultate m erzielen. Der Reaktor der ersten Stufe kann betrieben werden bei Bedingungen einer niederen Strenge einer Temperatur von etwa 340 bis 400 OC (650 bis 750 OF), einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 280 bar (1000 bis 4000 psi) und einer Raumgeschwindigkeit von 480 bis 1440 kg/hm3 (30 bis 90 lb coal/hr/ft3). Der Reaktor der zweiten Stufe wird dann bei Bedingungen einer moderaten Strenge betrieben von einer Temperatur von 400 bis 445 OC (750 bis 840 OF), einem im wesentlichen gleichen Wasserstoffpartialdruck und bei einer Raumgeschwindigkeit von 320 bis 960 kg/h.m3 (20 bis 60 lt/hr/ft3). Alternativ kann der Reaktor der ersten Stufe bei Bedingungen einer moderaten Strenge betrieben werden bei einer Temperatur von 400 bis 435 OC (750 bis 825 OF) und einem Wasserstoffpartialdruck von 100 bis 240 bar (1500 bis 3500 psig), und der Reaktor der zweiten Stufe kann bei einer hohen Strenge einer Temperatur von 435 bis 470 OC (825 bis 875 OF) und dem gleichen Druck betrieben werden.
Es liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung und hängt ab von der erwünschten Selektivität des von Kohle herstammenden Produkts, daß der Reaktor der ersten Stufe bei strengeren Bedingungen betrieben werden kann entsprechend einer Temperatur von 400 bis 455 OC (750 bis 850 OF) und einem Wasserstoffpartialdruck von 140- bis 280 bar (2000 bis 4000 psig), um die Kohle zu cracken und teilweise zu hydrieren, und die Reaktion der zweiten Stufe wird dann bei milderen Bedingungen betrieben, bestehend in einer Temperatur von 340 bis 400 OC (650 bis 750 OF), um das hydrierte Material qualitativ zu verbessern und um Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel zu entfernen.
Mit Bezug auf die Fig. 2 wird die Ausführungsform eines alternativen Verfahrens gezeigt, die die der Fig.1 ähnlich ist, aber zwei Stufen einer katalytischen Reaktion für die Kohle/öl-Aufschlämmungsbeschickung verwendet. Ähnlich wie vorstehend für die Fig. 1 beschrieben, werden die Kohlebeschickung von 10 und die ölaufschlämmung 14 in der Mischzone 12 gemischt und durch die Pumpe 16 unter Druck gesetzt, und die Aufschlämmung wird mit nur minimalem Vorerhitzen direkt in den Reaktor 20 geleitet. Rezyklisierter Wasserstoff wird bei 19a zugeführt in den Reaktorflüssigkeitsrezyklisierungsstrom 24 hinein oberhalb des Erhitzers 26. Im Reaktor 20 wird die Kohle/öl-Aufschlämmung einem raschen Erhitzen und Hydrierreaktionen unterzogen, während sie nach. oben geleitet wird durch das Fließbett 22 der Katalysatorpartikel. Die Kohle/Ol-Aufschlämmung wird nach oben geleitet durch den Reaktor 20 in Kontakt mit dem Katalysator bei einer Raumgeschwindigkeit von 480 bis 1440 kg/h-m3 (30 bis 90 lbs coal/hr/ft3). Die Reaktionsbedingungen werden vorzugsweise aufrechterhalten innerhalb der Bereiche einer Temperatur von 340 bis 400 OC (650 bis 750 OF) und eines Wasserstoffpartialdrucks von 100 bis 310 bar (1500 bis 4500 psig).
Eine relativ gleichzeitige Konversion der Kohle und des schweren'von Kohle herstammenden öls tritt alter Verbrauch von Wasserstoff ein uNter Erzeugung von niedriger-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeiten und -gas. Eine Reaktorflüssigkeit wird nach unten rezyklisiert durch die Leitung 24, die Rezyklisierungspumpe 25 und den Erhitzer 26, wo sie erhitzt wird zusammen mit dem Wasserstoff von 19a auf eine Temperatur je nach Bedarf, um die gewünschte Reaktortemperatur aufrechtzuerhalten.
Vom Reaktor 20 wird ein hydriertes abgehendes Material durch die Leitung 29 entfernt und wird geleitet zu dem Heißphasenseparator 30. Alternativ kann das abgehende Material bei 29 direkt zu dem katalytischen Reaktor 60 einer zweiten Stufe geleitet werden. Der abgetrennte Gasstrom 31 wird zu dem Wasserstoffwiedergewinnungssystem 32 geleitet, von welchem unerwünschtes Gas bei 33a abgeblasen wird, und ein wiedergewonnener Wasserstoffstrom 33 wird rezyklisiert zu den Reaktoren 20 und 60 zusammen mit frischem Zusatzwasserstoff bei 33b je nach Bedarf.
Vom Phasenseparator 30 wird der Flüssigkeitsanteil abgezogen als Strom 58 und geleitet zu dem Fließbettreaktor 60 einer zweiten Stufe. Das Kohlenwasserstofflüssigkeitsaufschlämmungsmaterial wird nach oben geleitet durch den Flußverteiler 61 und Reaktor 60 in Verbindung mit dem Katalysator 62 bei einer Raumgeschwindigkeit von etwa 320 bis 960 kg/h.m3 (20 bis 60 pounds of coal/hour/cubic foot of reaktor volume) und vorzugsweise bei etwa 400 bis 800 kg/h.m3 (25 bis 50 pounds of coal/hour/cubic foot). Die Reaktionsbedingungen werden vorzugsweise aufrechterhalten innerhalb des Bereichs einer Temperatur von 400 bis 445 OC (750 bis 840 OF) und eines Wasserstoffpartialdrucks von 100 bis 240 bar (1500 bis 3500 psig).
Reaktorflüssigkeit wird durch die Fallrohrleitung 64 und die Rezyklisierungspumpe 65 rezyklisiert zum Erhitzer 66, wo sie erhitzt wird zusammen mit dem Wasserstoff strom 19b auf eine Temperatur je nach Erfordernis, um die gewünschte Reaktionstemperatur vorzusehen, wird dann nach oben geleitet durch den Verteiler 61 zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Aufwärtsflüssigkeitsgeschwindigkeit zwecks Expansion des Katalysatorbetts und zur Aufrechterhaltung des Katalysators in statistischer Bewegung in der Flüssigkeit, um einen innigen Kontakt und vollständige Reaktionen sicherzustellen. Frischer Katalysator wird dem Reaktor bei der Verbindung 67 je nach Bedarf zugeführt, und verbrauchter Katalysator wird bei 68 entfernt.
In dem Reaktor 60 tritt eine gleichzeitige Hydrierung und eine Konversion der Kohle und des aufschlämmenden öls unter Verbrauch von einigem Wasserstoff auf. Auch können, weil das von Kohle herstammende, aufschlämmende öl Wasserstoffdonorverbindungen enthält und signifikante Lösungsmitteleigenschaften für die Kohle hat, die Hydrierreaktionen bei um einiges geringerer Reaktionstemperatur erreicht werden, als sie sonst notwendig sein würden. Wenn die in dem Reaktor 60 gewünschte Temperatur geringer ist als die in dem ersten Reaktor 20, kann die Reaktorflüssigkeit, die nach unten rezyklisiert wird durch die Leitung 64 und die Rezyklisierungspumpe 65 und gemischt wird mit dem rezyklisierten Wasserstoffstrom 19b, gekühlt werden bei einem Wärmeaustauscher 66a (der den Erhitzer 66 ersetzt) im notwendigen Maße, um die gewünschte Temperatur im Reaktor 60 aufrechtzuerhalten.
Aus dem Reaktor 60 wird der abgehende Strom 69 zu dem Heißphasenseparator 70 geleitet. Der resultierende Gasanteilsstrom 71 wird zur Wasserstoffreinigungsstufe 32 geleitet.
Vom Separator 70 wird ein Flüssigkeitsstrom 72 abgezogen, bei 73 druckreduziert und zum Phasenseparator 74 geleitet. Gegebenenfalls kann einFlüssigkeitsanteil 72a zum Reaktor 60 rezyklisiert werden als rezyklisierte Reaktorflüssigkeit.
Der Uberkopfstrom 75 wird zu dem Fraktionierungssystem 80 geleitet, in dem die Flüssigkeit franktioniert wird in Produktströme umfassen Gas, Naphtha, Destillate vom leichten und mittleren Siedebereich und schwere öle mit einem Siedebereich von Residuum, die nichtumgewandelte Kohle und Asche enthalten.
Von der Phasenseparationsstufe 74 wird ein Flüssigkeitsstrom 76 zu dem Flüssigkeits/Feststoffe-Separationssystem 77 geleitet, das mehrere Hydromyklone oder ein Lösungsmittelabscheidungssystem umfassen kann. Ein Anteil 78 des überströmenden Flüssigkeitsstroms, der Feststoffe in verminderter Konzentration enthält, wird zur Kohleaufschlämmzone 12 zurückgeführt, und das Verbleibende 79 wird zum Fraktionierungssystem 80 geleitet. Von der Feststoffeseparationsstufe 77 wird der Unterflußstrom 82, der Feststoffe in erhöhter Konzentration enthält, zu der Vakuumdestillation 90 geleitet, von welcher ein Bodenmaterialstrom bei 89 entfernt wird.
Die Überkopfflüssigkeit, die über die Leitung 75 zu dem Fraktionierungssystem 80 geleitet ist, wird darinnen aufgetrennt in einen Gasstrom 81, einen C4-205 OC (400 OF)-Naphthafraktionsstrom 83 bzw. leichte und schwere Destillatölprodukte bei 84 und 85. Bodenmaterial 86 wird vom Fraktionator 80 abgezogen und kann vereinigt werden mit dem Vakuumdestillationsüberkopf strom 87 zum Produktstrom 88. Das Vakuumbodenmaterial bei 89 kann verwendet werden zum Verkoken des gewonnenen öls oder als Beschickungsmaterial für die Wasserstoffherstellung.
Das Beispiel beschreibt die Erfindung.
Beispiel 1 Bituminöse Kohle vom Typ Illinois Nr. 6 in teilchenförmiger Form wurde aufgeschlämmt mit einer von Kohle herstammenden Flüssigkeit, etwa 30 Minuten lang erhitzt auf eine Temperatur von nur etwa 205 OC (400 °F), das ist weniger als etwa 0,001 STTU, und die Kohleaufschlämmung wurde in eine Reaktionszone eingeführt, welche eine hydrierte, von Kohle herstammende Flüssigkeit und Wasserstoffgas und ein Fließbett eines Kohlehydrierungskatalysator enthält. Die Reaktionszonebedingungen wurden bei einer Temperatur von 450 OC (850 OF) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von 140 bar (2000 psig) gehalten.
Ein Vergleich von typischen Ergebnissen, die bei diesem direkten Kohleaufschlämmbeschickungshydrierverfahren erreicht wurden im Vergleich zu konventionellen Kohlehydrierverfahren unter Verwendung eines Vorerhitzens der Kohle/öl-Aufschlämmbeschickung bis in die Nähe der Reaktortemperatur und unter Verwendung im wesentlichen derselben Reaktionsbedingungen, ist in der nachstehenden Tabelle 1 dargelegt.
Tabelle I Kohlehydrierungsverfahren mit und ohne eine Vorheizungsstufe für die Aufschlammungsbeschickung Mit Vorheizung Ohne Vorheizung (Lauf 218-3) (Lauf 177-65) Kohleaufschlämmungsmischtank, Temperatur, OC (OF) 180 (350) 205 (400) Kohleaufschlämmverweilzeit, Min. 30 30 Kohle/öl-Auf schlämmung, Beschickungstemperatur zum Reaktor, °C (OF) 370 (700) 190 (380) Vorheizungs-Temperatur/Zeit-Einheiten (STTU) 0,46 < 0,01 Reaktionsbedingungen: Temperatur, 9C (OF) 455 (850) 455 (850) H2-Partialdruck, bar (psig) 140 (2000) 140 (2000) Raumgeschwindigkeit kg/h.m3 (lb/hr/ft3) 496 (31) 496 (31) Katalysatoralter, kg Kohle/kg Katalysator 350 710 Produktausbeuten Gew.% trockene Kohlebeschickung C1 C3 Gas 10,0 9,7 C4T2050C(4000F) Flüssigkeit 16,9 19,8 205-5200C (400-9750F) Flüssigkeit 29,3 34,0 5200C+ (9750F+) Flüssigkeit 18,9 12,2 C4-5200C(9750F) Flüssigkeit 46,2 53,8 Kohleumwandlung, Gew.% 94,1 95,9 Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu erkennen, daß signifikant erhöhte Ausbeuten an C4-2050C (400 OF)- und C4-520 °C (975 °F)-Kohlenwasserstofflüssigkeitsfraktionen hergestellt werden zusammen mit verminderten Ausbeuten an schwerer 520 OC+ (975 0F+)-Flüssigkeit, wenn die Kohle/öl-Aufschlämmung direkt in den Reaktor eingespeist wird bei einem STTU-Wert von weniger als etwa 0,1; derartige Ergebnisse werden sogar bei einem erhöhten durchschnittlichen Katalysatoralter erreicht.

Claims

Verfahren zur katalytischen Kohlehydrierung unter Verwendung einer direkten Kohleaufschlämmung als Reaktorbeschickung Patentansprüche 1. Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Kohle zur Gewinnung wn niedrig-siedenden flüssigen Kohlenwasserstoffprodukten und von Gas in erhöhten Ausbeuten, g e k e n n z e i c h n e t durch (a) Mischen einer teilchenförmigen Kohle mit einer hydrierten, von Kohle herstammenden Kohlenwasserstofflüssigkeit zum Vorsehen eines flieBfAhigen Kohle/Öl-Aufschlämmungsmaterials, die einen STTU-Wert (Standard temperatur-time units severity index exposure) von weniger als etwa 0,1 hat, (b) Beschicken der Kohle/Ol-Aufschlämmung direkt in eine katalytische Reaktionszone hinein zusammen mit einer erhitzten, von Kohle herstammenden Rezyklisierungsflüssigkeit und Rezyklisierungswasserstoff in einer Weise, daß die Bildung von thermischem, retrogradem Material während irgendeines Erhitzens der Kohle vor dem Eintritt in die Reaktionszone vermieden wird, (c) Leiten der Kohle/öl-Aufschlämmung und des Wasserstoffs nach oben durch die Reaktionszone, die enthält eine von Kohle herstammende Flüssigkeit und Wasserstoff und ein Fließbett eines teilchenförmigen Katalysators, das bei einer Temperatur von 340 bis 480 "C (650 bis 900 OF) und einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 350 bar (1000 bis 5000 psi) und einer Raumgeschwindigkeit von 120 bis 1440 kg/h.m3 (7,5-90 lb/hr ft3) gehalten wird zum raschen Erhitzen und Umsetzen der Kohle darinnen und Vorsehen von katalytischen Hydrierungsreakt'ön zur Erzeugung eines von Kohle herstammenden, hydrierten Materials darinnen, (d) Abziehen eines Teils der von Kohle herstammenden Flüssigkeit von der Reaktionszone bei einem Niveau oberhalb des Fließbetts des teilchenförmigen Katalysators, Einstellen der Temperatur der abgezogenen Flüssigkeit je nach Bedarf zur Kontrolle der Temperatur der Reaktionszone und Rezyklisieren der von Kohle herstammenden Flüssigkeit zum unteren Teil der Reaktionszone, (e) Abziehen von dem oberen Teil der Reaktionszone ein von Kohle herstammendes, hydriertes Material, das eine Gas- und eine Flüssigkeitsfraktion enthält, und Phasenseparieren dieses Materials in gasförmige und flüssige Fraktionen, (f) Leiten der Flüssigkeitsfraktion zu einer Fl~üssigkeits/Feststoffe-Separationsstufe, von welcher ein Überkopfflüssigkeitsstrom, der Feststoffe in verminderter Konzentration enthält, rezyklisiert wird zum Vorsehen der hydrierten, von Kohle herstammenden Flüssigkeit zum Vorsehen der Kohle/-bl-Aufschlämmung, und (g) Gewinnung eines Kohlenwasserstoffgases und von erhöhten Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten aus dem Verfahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des aufschlämmenden öls zu Kohle zwischen etwa 1,1 bis 6,0 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von Kohle herstammende Flüssigkeit, die von der .Reaktionszone abgezogen worden ist, aufgeheizt wird auf eine Temperatur von etwa 5 bis 50 OC (10 bis 1.00 OF)oberhalb der Reaktionszonentemperatur.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der aufgeheizten Reaktorrezyklisierungsflüssigkeit zur Kohleaufschlämmungsbeschickung innerhalb eines Bereichs von etwa 1,0 bis 10,0 liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff getrennt aufgeheizt wird auf eine Temperatur, die die Temperatur der katalytischen Reaktionszone übersteigt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff aufgeheizt und hinzugefügt wird zu der von Kohle herstammenden Rezyklisierungsflüssigkeit, bevor das erhaltene Gemisch zu der katalytischen Reaktionszone geleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle/Ol-Aufschlämmungsbeschickung aufgeheizt wird auf einen STTU-Wert (STTU = standard temperature-time unit severity index) von weniger als etwa 0,01 vor dem Beschicken der Kohle/Ol-Aufschlämmung in die Reaktionszone hinein.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle/Ol-Aufschlämmungsbeschickung in der Kohleaufschlämmstufe (a) aufgeheizt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone innerhalb eines Bereichs einer Temperatur von 400 bis 465 OC (750 bis 870 OF) und eines Wasserstoffpartialdrucks von 100 bis 3X0 bar (1500 bis 4500 psi) gehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebeschickung eine Kohle vom bituminösen Typ ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle/Öl-Auf schlämmungsbeschickung auf eine Temperatur unterhalb etwa 260 OC (500 OF) aufgeheizt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenseparierte Flüssigkeitsfraktion zusammen mit Wasserstoff geleitet wird zu einer katalytischen Reaktionszone einer zweiten Stufe mit einer Raumgeschwindigkeit von 240 bis 1440 kg/h-m3 (15 bis 90 lb/hr/ft3 reactor zone volume) pro Reaktorzonenvolumen für weitere Hydrierungsreaktionen.
13. Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Kohle zur Erzeugung von erhöhten Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten und Gas, g e k e n n -z e i c h n e t durch (a) Mischen von teilchenförmiger Kohle mit einer hydrierten, von Kohle herstammenden Kohlenwasserstofflüssigkeit zum Vorsehen eines fließfähigen Kohle/öl-Aufschlämmungsmaterials, das eine Temperatur unterhalb etwa 260 OC (500 OF) und einen STTU-Wert (standard temperature-time severity unit STTU) factor) von weniger als etwa 0,01 hat, (b) Einspeisen der erhitzten Kohle/Öl-Aufschlämmung direkt in eine katalytische Reaktionszone hinein zusammen mit einer getrennt davon erhitzten, von Kohle herstammenden Kohlenwasserstofflüssigkeit und Wasserstoff in einer Weise, daß die Bildung von thermischen retrograden Material vermieden wird, (c) Leiten der erhitzten Kohle/Ol-Aufschlämmung und Wasserstoff gleichförmig nach oben durch die Reaktionszone, die eine von Kohle herstammende Flüssigkeit und Wasserstoff enthält, und ein Fließbett eines teilchenförmigen Katalysators, das bei einer Temperatur von 400 bis 460 OC (750 bis 870 OF) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von 100 bis 280 bar (1500 bis 4000 psi) gehalten wird, zum Vorsehen von katalytischen Hydrierungsreaktionen darin, um ein von Kohle herstammendes, hydriertes Material zu erzeugen, (d) Abziehen eines Teil der hydrierten,von Kohle herstammenden Flüssigkeit von der Reaktionszone bei einem Niveau oberhalb des Fließbetts am teilchenförmigen Katalysator, Erhitzen der abgezogenen Flüssigkeit auf eine Temperatur etwa 5 bis 50 OC (10 bis 100 OF) oberhalb der Reaktionszonentemperatur und Rückführen der erhitzten Flüssigkeit zu einem unteren Teil der Reaktionszone, (e) Abziehen vom oberen Teil der Reaktionszone eines von Kohle herstammenden, hydrierten Materials, das Gas- und Flüssigkeitsfraktionen enthält, und Phasenseparieren dieses Materials in gasförmige und flüssige ProduktfraktioneU, (f) Leiten der Flüssigkeitsproduktfraktionen zu einer Feststoffe-Separationsstufe, von welcher ein Überkopfflüssigkeitsmaterial, das Feststoffe in verminderter Konzentration enthält, rezyklisiert wird, um die hydrierte, von Kohle herstammende Kohlenwasserstofflüssigkeit vorzusehen, zum Vorsehen der Kohle/Ol-Aufschlämmung und (g) Gewinnung von Kohlenwasserstoffgas und erhöhten Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten aus dem Verfahren.
14. Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Kohle zur Herstellung von erhöhten Ausbeuten an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten und Gas, g e k e n n -z e i c h n e t durch (a) Mischen von teilcherförmiger Kohle mit einer hydrierten, von Kohle herstammenden Kohlenwasserstoffflüssigkeit zum Vorsehen eines fließfähigen Kohle/ bl-Au£schlämmaterials, das einen STTU-Wert (standard temperature-time units severity index exposure) von weniger als etwa 0,1 hat, (b) Einspeisen der Kohle/Ol-AuEschlämmung direkt in eine erste katalytische Reaktionszone zusammen mit einer erhitzten, von Kohle herstammenden Rezyklisierungsflüssigkeit und Pezyklisierungswasserstoff in einer Weise, daß die Bildung von thermischen retrogradierten Material während irgendeines Erhitzen der Kohle vor der Reaktionszone vermieden wird, (c) Leiten des Kohle/Öl-Aufschlämmungsmaterials und des Wasserstoffs nach oben durch die erste Reaktionszone, die enthält eine von Kohle herstammende Flüssigkeit und Wasserstoff und ein Fließbett von teilchenförmigem Katalysator, das bei einer Temperatur von 340 bis 400 OC (650 bis 750 °F) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 350 bar (1000 bis 5000 psi) gehalten wird, zum raschen Erhitzen und Umsetzen der Kohle darinnen und zum Vorsehen katalytischer Hydrierungsreaktionen, um ein von Kohle herstammendes, hydriertes Material herzustellen, (d) Abziehen eines Teils der von Kohle herstammenden Flüssigkeit von der ersten Reaktionszone bei einem Niveau oberhalb dem Fließbett von teilchenförmigen Katalysator, Einstellen der Temperatur der abgezogenen Flüssigkeit je nach Bedarf zur Kontrolle der Reaktionszonentemperatur und Rezyklisieren der von Kohle herstammenden Flüssigkeit zum unteren Teil der ersten Reaktionszone, (e) Abziehen vom oberen Teil der ersten Reaktionszone eines von Kohle herstammenden, hydrierten Materials, das Gas- und Flüssigkeitsfraktionen enthält, und Phasenseparieren dieses Materials in gasförmige und flüssige Fraktionen, (f) Leiten der abgetrennten Flüssigkeitsfraktion zu einer zweiten katalytischen Reaktionszone zusammen mit einer erhitzten, von Kohle herstammenden Rezyklisierungsflüssigkeit und rezyklisiertem Wasserstoff und Leiten der Flüssigkeitsfraktion und der von Kohle herstammenden Rezyklisierungsflüssigkeit und Rezyklisierungswasserstoff nach oben durch die zweite katalytische Reaktionszone, die ein Fließbett eines teilchenförmigen Katalysators enthält, das bei einer Temperatur von 370 bis 430 OC (700 bis 800 "F) und einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 350 bar (1000 bis 5000 psig) gehalten wird, und weiteres Umsetzen des Flüssigkeitsfraktionsmaterials darinnen, um ein weiteres hydriertes Material herzustellen, (g) Abziehen eines Teils der hydrierten, von Kohle herstammenden Flüssigkeit von der zweiten Reaktionszone bei einem Niveau oberhalb dem Fließbett an teilchenförmigen Katalysator, Einstellen der Temperatur der abgezogenen Flüssigkeit je nach Bedarf zur Kontrolle der Temperatur in der zweiten Reaktionszone und Rezyklisieren der von Kohle herstammenden Flüssigkeit zum unteren Teil der zweiten Reaktionszone, (h) Abziehen vom oberen Teil der zweiten katalytischen Reaktionszone das weiter hydrierte Material, das Gas- und Flüssigkeitsfraktionen enthält und Phasenseparieren dieses Materials in Gas- und Flüssigkeitsfraktionen, (i) Leiten der abgetrennten Flüssigkeitsfraktionen zu einer Flüssigkeits/Feststoffe-Separationsstufe, von welcher ein Überkopfflüssigkeitsstrom, der Feststoffe in verminderter Konzentration enthält, rezyklisiert wird, um die hydrierte, von Kohle herstammende Flüssigkeit vorzusehen, zum Vorsehen der Kohle/Ol-Aufschlämmung, und (j) Gewinnung von Kohlenwasserstoffgas und von niedrigsiedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten in erhöhter Ausbeute aus dem Verfahren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die von Kohle herstammende Flüssigkeit, die von der ersten Reaktionszone abgezogen worden ist, erhitzt wird auf eine Temperatur von etwa 5 bis 50 OC (10 bis 100 OF) oberhalb der Reaktionszonentemperatur.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der erhitzten, rezyklisierten ReaktorflüssigkEit aus der ersten Reaktionszone zur Kohleaufschlämmungsbeschickung innerhalb eines Bereiches von etwa 1,0 bis 10,0 liegt.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserstoff separat erhitzt wird auf eine Temperatur, die die Temperatur der ersten katalytischen Reaktionszone übersteigt.
18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff erhitzt und hinzugefügt wird zu der rezyklisierten Flüssigkeit vor dem Leiten des Gemisches zur ersten katalytischen Reaktionszone.
19. Verfahren nach Anspruch 14, daß ein Teil der phasenseparierten Flüssigkeit zu der zweiten katalytischen Reaktionszone rezyklisiert wird.
20. Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Kohle zur Herstellung von niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten in erhöhten Ausbeuten und von Gas, g e k e n n z e i c h n e t durch (a) Mischen von teilchenförmiger Kohle mit einer hydrierten, von Kohle herstammenden Kohlenwasserstofflüssigkeit, die einen STTU-Wert von weniger als 0,1 hat, zum Vorsehen eines fließfähigen Kohle/ Öl-Auf schlämmungsmaterials, (b) Einspeisen der Kohle/Ol-Aufschlämmung direkt in eine erste katalytische Reaktionszone hinein zusammen mit einer erhitzten, von Kohle herstammenden Rezyklisierungsflüssigkeit und mit Wasserstoff, um die Bildung von thermischem retrogradiertem Material während irgendeines Erhitzens der Kohle vor der Reaktionszone zu vermeiden, (c) Leiten der Kohle/Ol-Aufschlämmung und des Wasserstoffs nach oben durch die erste Reaktionszone, die enthält die von Kohle herstammende Flüssigkeit und Wasserstoff und ein Fließbett eines teilchenförmigen Katalysators, das bei einer Temperatur von 400 bis 460 Oe (750 bis 850 OF) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 350 bar (1000 bis 5000 psi> gehalten wird, zum raschen Erhitzen und Umsetzen der Kohle darinnen und zum Vorsehen von katalytischen Hydrierungsreaktionen zur Herstellung eines von Kohle herstammenden, hydrierten Materials, (d) Abziehen eines Teils der von Kohle herstammenden Flüssigkeit aus der ersten Reaktionszone bei einem Niveau oberhalb des Fließbetts des teilchenförmigen Katalysators, Einstellen der Temperatur der abgezogenen Flüssigkeit je nach Bedarf zur Kontrolle der Reaktionszonentemperatur und Rezyklisieren der von Kohle herstammenden Flüssigkeit zum unteren Teil der Reaktionszone, (e) Abziehen vom oberen Teil der ersten Reaktionszone eines von Kohle herstammenden, hydrierten Materials, das Gas- und Flüssigkeitsfraktionen enthält, und Phasenseparieren des Materials in gasförmige und flüssige Fraktionen, (f) Leiten der Flüssigkeitsfraktion zu einer zweiten katalytischen Reaktionszone zusammen mit erhitzter, von Kohle herstammender, rezyklisierten Flüssigkeit und rezyklisiertem Wasserstoff und Leiten der Flüssigkeitsfraktion und des Wasserstoffs nach oben durch die zweite katalytische Reaktionszone, die ein Fließbett von teilchenförmigem Katalysator enthält und bei einer Temperatur von 340 bis 400 OC (650 bis 750 OF) und bei einem Wasserstoffpartialdruck von 70 bis 350 bar (1000 bis 5000 psi) gehalten wird, und weiteres Umsetzen des Flüssigkeitsmaterials darinnen zur Herstellung eines weiteren Hydrierungsmaterials, (g) Abziehen eines Teils der hydrierten, von Kohle herstammenden Flüssigkeit von der zweiten Reaktionszone bei einem Niveau oberhalb des Fließbetts des teilchenförmigen Katalysators, Einstellen der Temperatur der abgezogenen Flüssigkeit je nach Bedarf zur Kontrolle der zweiten Reaktionszonentemperatur und Rezyklisieren der von Kohle herstammenden Flüssigkeit zu dem unteren Teil der zweiten Reaktionszone, (h) Abziehen von dem oberen Teil der zweiten katalytischen Reaktionszone eines weiteren hydrierten Materials, das Gas- und Flüssigkeitsfraktionen enthält, und Phasenseparieren dieses Materials in Gas- und Flüssigkeitsfraktionen, (i) Leiten der abgetrennten Flüssigkeitsfraktion zu einer Flüssigkeits/Feststoffe-Separationsstufe, von welcher ein Uberkopfflüssigkeitsstrom, der Feststoffe in verminderter Konzentration enthält, rezyklisiert wird, um eine hydrierte, von Kohle herstammende Flüssigkeit vorzusehen, zum Vorsehen der Kohle/Ol-Aufschlämmung, und (j) Gewinnung eines Kohlenwasserstoffgases und einer erhöhten Ausbeute an niedrig-siedenden Kohlenwasserstofflüssigkeitsprodukten aus dem Verfahren.