DE3602802C2 - Verfahren zur Kohleverflüssigung durch Hydrierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kohleverflüssigung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits Verfahren zum Verflüssigen von fester Kohle bekannt, bei welcher die Kohle pulverisiert und mit einem eine Aufschlämmung bildenden Lösungsmittel vermischt wird. Diese Mischung wird dann einem Hydroreaktor zugeführt, in welchem die Mischung bei einer erhöhten Temperatur in Gegenwart von unter Druck stehendem Wasserstoff einem Hydrokracken unterworfen wird.

Zur Erläuterung des Standes der Technik wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Generell bedeutet dabei der Begriff "schwer" jenen Zustand, bei welchem eine Substanz ein höheres Molekulargewicht aufweist, während der Begriff "leicht" einen Zustand bedeutet, bei welchem die jeweilige Substanz ein geringeres Molekulargewicht besitzt. Der Begriff "mittel" bedeutet hingegen einen Zustand, bei welchem eine Substanz ein mittleres Molekulargewicht aufweist.

In Fig. 1 sind zwei Abschnitte I und II gezeigt, von denen der erstere eine primäre Hydrokrack-Anlage und der letztere eine sekundäre Hydrokrack-Anlage darstellt. Pulverisierte Kohle wird mit einem Lösungsmittel vermischt, worauf die dadurch erzeugte Mischung mittels einer Pumpe P zu einem Vorerhitzer 1 gefördert wird. Nachdem die Mischung auf eine gewünschte Temperatur erhitzt worden ist, wird dieselbe dem primären Abschnitt I zugeführt. Um aus der pulverisierten Kohle einen Schlamm zu machen, wird ein geeignetes Lösungsmittel sowie ein Eisen-Schwefel-Katalysator hinzugefügt. Der unter Druck stehende Wasserstoff wird an einem Punkt unmittelbar vor dem Vorerhitzer 1 in ein Rohr eingeleitet, durch welches der Schlamm hindurchgefördert wird. Der vorerhitzte Schlamm und der Wasserstoff gelangen auf diese Weise in drei physikalischen Phasen, d. h. einer gasförmigen, einer flüssigen und einer festen Phase, durch einen ersten Reaktor 2a, einen daran anschließenden zweiten Reaktor 2b und schließlich einem dritten Reaktor 2c. Während der Schlamm durch diese Reaktoren 2a bis 2c hindurchgeführt wird, wird er dem gewünschten Hydrokracken unterworfen.

Am Ende befördert man den Schlamm zu einem Separator 3, in welchem die gasförmigen Bestandteile von den flüssigen Bestandteilen getrennt werden. Innerhalb der flüssigen Bestandteile befindet sich Asche, welche auch die in der Kohle vorhandenen anorganischen Materialien sowie den Katalysator enthält. Diese Bestandteile werden einem Destillationsturm 4 zugeführt. Die gasförmigen Bestandteile enthaltenen hingegen Leichtöl, Wasser sowie nicht umgesetzten Wasserstoff. Dieselben werden einem Kondensator 5 zugeführt, in welchem das Wasser und das Leichtöl zur Kondensation gebracht werden. Mittels eines Separators 6 werden dann das kondensierte Wasser und das Öl voneinander getrennt. Auf diese Weise sammelt man das Leichtöl, während die gasförmigen Bestandteile aus dem System austreten können. Diese austretenden Gase enthalten eine große Menge von nicht-umgesetztem Wasserstoff, welcher jedoch für das Hydrokracken benutzt werden kann, nachdem man CO, CO₂ und Kohlenwasserstoffe vollständig oder teilweise entfernt hat. In den Reaktoren 2a bis 2c können sehr hohe Temperaturen auftreten, welche in Abhängigkeit von der Konzentration des Schlammes und der Art der verwendeten Kohle gelegentlich zu hohe Werte annehmen können. In diesem Fall ist es demzufolge erforderlich, daß die Reaktoren 2a bis 2c gekühlt werden. Zu diesem Zweck wird ein Teil der Abgase als Kühlmittel durch die Seitenwände geleitet. Die dem Destillationsturm 4 zugeführten flüssigen Bestandteile werden in Leichtöl, mittelschweres Öl, Abfallösungsmittel und Schweröl getrennt. Das Schweröl enthält dabei Asche bzw. Schlamm, welcher mit Hilfe eines Separators 7 entfernt wird. Falls dies erforderlich ist, kann aus dem Schlamm ebenfalls Bitumen oder Asphalt entfernt werden. Der Schlamm wird dann dem zweiten Hydrokrack-Abschnitt II zugeführt, in welchem das von Asche und Asphalt oder Bitumen befreite Schweröl mit einem Lösungsmittel sowie evtl. einem Katalysator für die Durchführung eines sekundären Hydrokrackens vermischt wird. Diese Mischung wird dabei in Gegenwart von Wasserstoff auf eine erwünschte Temperatur erhitzt und durch die Reaktoren 9a bis 9c geleitet. Die Ausgangsprodukte des letzten Reaktors 9c werden mittels eines Kondensators 10 in gasförmige und flüssige Bestandteile getrennt. Die flüssigen Bestandteile werden schließlich einer Destillationskolonne 11 zugeführt, in welcher Leichtöl, mittelschweres Öl, verbrauchtes Lösungsmittel sowie Schlamm voneinander getrennt werden. Das verbrauchte Lösungsmittel aus den Destillationskolonnen 4 und 11 wird erneut als aufschlämmendes Lösungsmittel in den Kreislauf gebracht. Nachdem CO, CO₂ und die Kohlenwasserstoffe entfernt worden sind, können die am Kondensator 10 gesammelten gasförmigen Bestandteile, welche vor allem aus Wasserstoff bestehen, für die Durchführung des Hydrokrackens erneut verwendet werden.

Entlang dem verschiedenen Stufen der beiden Abschnitte I und II wird Kohle gekrackt und dabei kommerzielles Leichtöl und mittelschweres Öl erzeugt. Die Anzahl von Reaktoren ist dabei nicht auf drei beschränkt, sondern kann gelegentlich auch größer sein. Diese Reaktoren können dabei in Serie angeordnet sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß auf den zweiten Abschnitt II verzichtet wird, falls die Kapazität des primären Abschnittes I ausreichend groß dimensioniert ist. Ein Teil des innerhalb der Destillationskolonnen 4 und 11 anfallenden Schweröles kann für das primäre Hydrokracken mit der Schlammischung vermengt werden, um auf diese Weise jene Bestandteile mit höherem Molekulargewicht, welche ungekrackt geblieben sind, einem Hydrokracken zu unterwerfen.

Bei dem bekannten Verfahren wird die Reaktion bei minimalem Wasserstoffverbrauch unter mäßigen Drücken und Temperaturen durchgeführt. Dies ergibt eine relativ hohe Ausbeute an Schweröl bei einer relativ geringen Ausbeute an Leichtöl. Um somit die Ausbeute an Leichtöl zu erhöhen, müssen die verwendeten Drücke und Temperaturen erhöht werden, während gleichzeitig auch größere Mengen von Katalysator eingesetzt werden müssen. Derartige intensivere Reaktionsbedingungen verursachen jedoch auch einen Anstieg der Temperatur, so daß sich Schwierigkeiten bei einer thermischen Kontrolle des gesamten Vorgangs ergeben, was für einen konstanten und sicheren Betrieb sich als nachteilig erweist. Außerdem nimmt dabei das Kracken des Leichtöls erheblich zu, wodurch die anfallende Menge von Gasen mit geringem Kohlenstoff-Gehalt erhöht wird. Die Gesamtausbeute von Schwer- und Leichtöl wird somit weniger stark erhöhte als man dies eigentlich erwarten würde.

Bei der Kohleverflüssigung durch Hydrierung ist es somit bereits bekannt, daß das gebildete Öl entsprechend der Art des zur Schlammherstellung benutzten Lösungsmittels verändert wird, wobei es sich zeigt, daß ein schwereres Lösungsmittel mit drei oder vier oder mehr Gliedern eine bessere Gesamtausbeute ergibt. Aus diesem Grunde werden bevorzugt schwere Lösungsmittel eingesetzt. Derartige schwere Lösungsmittel sind jedoch ziemlich viskos, so daß auch der durch die Vermischung mit der pulverisierten Kohle gebildete Schlamm viskos wird und somit bezüglich seiner Fluidität Mängel aufweist, was zu Schwierigkeiten bei der Herstellung und dem Transport des Schlammes führt. Um diese Schwierigkeiten zu verringern, wird somit eine gewisse Menge an Leichtöl hinzugegeben, um die Viskosität des vorhandenen Schlammes zu beeinflussen. Diese Zugabe von Leichtöl vermindert jedoch die Ausbeute des Hydrokrackens, indem weniger Öl anfällt. Eine derartige Verdünnung des Schweröls verringert auch die Wirksamkeit der Umsetzung, während gleichzeitig in jedem Reaktor die Konzentration an Schweröl vermindert wird. Alle diese Faktoren beeinflussen somit die Wirksamkeit des Hydrokrackens nachteilig. Grundsätzlich ist eine ausreichende Menge an Lösungsmittel erforderlich, um die pulverförmige Kohle bei der Vorerhitzung hinreichend aufzuschlämmen und eine hohe Kondensation zu verhindern. Da jedoch beim Hydrokracken das Lösungsmittel beträchtlich verdünnt wird, erweist es sich als wünschenswert, vorher nur eine geringe Menge an Lösungsmittel zu verwenden.

Anhand der obigen Erläuterung ergibt es sich somit, daß beim Vorerhitzen und beim Hydrokracken unterschiedliche Mengen von Lösungsmittel erforderlich sind. Für jede der genannten Stufen muß somit eine optimale Menge an Lösungsmittel vorgesehen sein. Im Vergleich zu der Konzentration, welche für die Hydroreaktion erforderlich ist, muß jedoch das Lösungsmittel beträchtlich verdünnt werden. Eine sich ergebende Möglichkeit besteht darin, daß das aus der Anlage zum Hydrokracken gewonnene Schweröl dem Schlamm hinzugefügt wird, um auf diese Weise dieses Schweröl einem erneuten Hydrokracken auszusetzen, so daß die Ausbeute an Leicht- und mittelschwerem Öl erhöht wird. Trotzdem erweist es sich jedoch als ziemlich schwierig, große Mengen an Schweröl zurückzuführen. Die erzielten Ergebnisse entsprechen daher nicht in ausreichendem Maß den gestellten Erwartungen. Das beschriebene Verfahren zur Kohleverflüssigung durch Hydrierung ist somit wegen der Schwierigkeit, beim Hydrokracken einen Schlamm mit schwerem Lösungsmittel zu verwenden, mit den Nachteilen einer relativ geringen Ölausbeute behaftet.

Anhand der DE 32 20 927 A1 ist ferner ein Verfahren zur Kohleverflüssigung bereits bekannt, bei welchem zwischen den einzelnen Reaktoren einer Reaktorkette jeweils Gasabtrenneinrichtungen angeordnet sind. Um den sich ergebenden Verlust an Wasserstoffgas auszugleichen, wird bei dieser bekannten Anlage ferner frischer Wasserstoff dem zwischen den einzelnen Reaktoren transportierten Kohlenstaubbrei zugeführt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zur Kohleverflüssigung durch Hydrieren derart weiterzubilden, daß bei einer hohen Konzentration des Schlammes und bei hoher Polymerisation des Lösungsmittels hohe Ausbeuten an gebildeten Leichtölen erreicht werden können.

Soweit hier und in der nachstehenden Beschreibung von "Polymerisation" des Lösungsmittels gesprochen wird, ist damit im vorliegenden Sachzusammenhang die Erhöhung des durchschnittlichen Molekulargewichts angesprochen; dies gilt analog auch für "polymerisieren".

Nach der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch die Verfahrens­ schritte des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 6.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das nach der Umsetzung noch nicht verbrauchte Wasserstoffgas für eine erneute Verwendung zurückgeleitet. Ferner wird ein Teil des bei der Hydroreaktion gebildeten Schweröls extrahiert und dem ursprünglichen Schlamm hinzugefügt. Auf diese Weise kann das in der aufgeschlämmten Mischung befindliche Lösungsmittel polymerisiert werden, wodurch die Wirksamkeit der Hydroreaktion erhöht wird.

Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das den Wasserstoff enthaltende Gas, welches durch das Entfernen von Leichtöl und Wasser aus den gasförmigen Bestandteilen des Hydrierprodukts erhalten wird, von unten her in die Hydrier-Verflüssigungsreaktoren, insbesondere den ersten Reaktor eingeblasen wird, um so die in dem Kohlenstaubbrei sich entwickelnde Leichtöl-Komponente des jeweiligen Hydrierreaktors durch Strippen mit Hilfe des den Wasserstoff enthaltenden Gases, welches von unten her in den Hydrierreaktor eingeblasen wird, abzutrennen und nach oben zu drücken, um so die Ergiebigkeit der Hydrierreaktion durch die dadurch bedingte Erhöhung des Schwerölgehalts innerhalb des verbleibenden Kohlestaubbreis im Hydrierreaktor zu steigern.

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.

In Fig. 2 ist nur der primäre Abschnitt I der Gesamtanlage dargestellt. Jeder der beiden Reaktoren 2a, 2b ist jeweils entlang des die Reaktionsprodukte führenden Weges mit einem ersten Separator 3a, 3b, einem Kondensator 5a, 5b sowie einem zweiten Separator 6a, 6b versehen. Mit Hilfe der beiden zuerst genannten Separatoren 3a, 3b sollen dabei die Gas- und Flüssigkeitsbestandteile voneinander getrennt werden, während die zuletzt genannten Separatoren 6a, 6b der Abtrennung des Wassers vom Öl dienen. Das aus den Kondensatoren 5a, 5b abgetrennte wasserstoffhaltige Gas wird mit Hilfe von Pumpen 13a, 13b Erhitzern 14a, 14b zugeleitet und dort erhitzt. Von dort wird dieses Gas als Abtreibgas in den Boden der Reaktoren 2a, 2b eingeleitet. Das wasserstoffhaltige Gas des Reaktors 2c wird hingegen nach Durchgang durch den ersten Separator 3 innerhalb des Kondensators 5 abgetrennt und mittels einer Pumpe 13 und eines Erhitzer 14 in den Reaktor 2c eingeblasen. Der von den Separatoren 3a und 3b abgetrennte flüssige Anteil wird hingegen stromabwärts weitergeleitet. Die durch die Kondensatoren 5a, 5b und 5 kondensierten und innerhalb der zweiten Separatoren 6a, 6b und 6 abgetrennten Leichtöle werden hingegen als Endprodukt abgezogen. Die Trennung von Öl und Wasser kann jedoch allein mit Hilfe des Separators 6 erfolgen. Die von dem ersten Separator 3 abgetrennte flüssige Phase wird der sekundären Anlage II zugeführt, nachdem mit Hilfe eines Aschenseparators 7 die Aschenbestandteile entfernt worden sind. Dabei besteht ebenfalls die Möglichkeit, daß das von der Asche befreite Schweröl, welches von der sekundären Anlage II abgezogen worden ist, als Lösungsmittel zum Aufschlämmen zurückgeleitet wird. Die Leichtölfraktion wird zusammen mit den Gasen aus den Reaktoren 2a, 2b und 2 entfernt und kann somit individuell von den Gasen abgetrennt werden. Dies verhindert eine Verringerung der Menge des hergestellten Leichtöls und führt somit zu einer erhöhten Ölausbeute.

Wenn die Rückführgase am Boden der Reaktoren 2a bis 2c eingeleitet werden, dann steigen die Bestandteile mit geringem Siedepunkt rasch innerhalb des jeweiligen Reaktors nach oben und beschleunigen so die Polymerisation des Lösungsmittels. Als Ergebnis wird innerhalb des betreffenden Reaktors die Wirksamkeit der Hydroreaktion erhöht und damit die Menge des anfallenden Öles. Die Leichtölbestandteile werden zusammen mit den Gasen aus der Anlage abgezogen, wodurch der Anfall von Leichtöl erheblich erhöht werden kann. Die beschleunigte Polymerisation des Lösungsmittels innerhalb der Reaktoren gestattet fernerhin daß beim Zubereiten des Schlammes eine beträchtliche Menge an leichtem Lösungsmittel hinzugegeben werden kann. Dies fördert die wirksame Zubereitung des Schlammes und erleichtert den Transport der Produkte entlang der Rohrleitungen. Fernerhin kann auf diese Weise die pulverisierte Kohle in kürzester Zeit mittels des Vorerhitzers 1 erwärmt werden.

Bei einer mit den Abschnitten I und II versehenen Anlage wird ein Teil des erzeugten Schweröls für die Durchführung des zweiten Hydrokrackens mit dem ursprünglichen Schlamm vermischt, um auf diese Weise Schweröl, welches während des ersten Hydrokrackens nicht vollständig gekrackt worden ist, nunmehr innerhalb eines zweiten Krackvorgangs zu kracken. Mit derartigem Schweröl ergeben sich dabei keinerlei Schwierigkeiten, weil die hohe Hydrokrackfähigkeit der Anlage durch eine hohe Polymerisation des Lösungsmittels unterstützt wird. Schlecht kommerziellisierbares Schweröl kann somit in Leicht- und Mittelöle umgewandelt werden. Da Mittelöl normalerweise stark viskos ist, kann dies jedoch zu Verstopfungen im Vorerhitzer 1 und den anderen Rohrleitungen führen. Im Rahmen der Erfindung wird jedoch bei der Herstellung des Schlammes zu dem zum Aufschlämmen verwendeten Lösungsmittel eine ausreichende Menge an leichtem Lösungsmittel hinzugegeben, so daß das zur Schlammherstellung benutzte Lösungsmittel ausreichend dünnflüssig ist, wodurch Verstopfungen von Rohrleitungen vermieden werden können.

Um das Austreiben bzw. Strippen durch Zurückführen des wasserstoffhaltigen Gases so wirksam wie möglich zu machen, wurden dabei Versuche durchgeführt, um die optimalen Verfahrensbedingungen feststellen zu können. Als Ergebnis hat sich hier folgendes ergeben:

• - Falls die Menge X der im Reaktor vorhandenen Leicht- und Mittelöle mit einem Siedepunkt im Bereich zwischen 300 und 420°C (bei Normaldruck) ist und
• - falls die Gesamtmenge Y der Menge der innerhalb des Schlammes den Reaktoren zugeführten Kohle sowie der Schweröle mit einem Siedepunkt von oberhalb von 420°C entspricht,
• - dann sollten die Größen X und Y in einem ganz bestimmten Gewichtsverhältnis zueinander stehen. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Kohle weder Wasser noch Asche enthält.

Aufgrund von durchgeführten Versuchen hat es sich ergeben, daß dieses Gewichtsverhältnis X/Y ein sehr wichtiger Faktor ist, welcher die Wirkungen des Austreibens und die Reaktionsbedingungen innerhalb der Reaktoren beeinflußt. Ein optimaler Bereich für dieses Verhältnis liegt dabei zwischen den Werten 0,2 und 1,2, vorzugsweise 0,3 und 0,8. Solange dieser Wert für X/Y innerhalb des angegebenen Bereiches liegt, erhält man durch Einblasen des Rückführgases in die Reaktoren maximale Ausbeuten.

Die Gründe dafür sind dabei wie folgt: Wird in dem Boden eines Reaktors Rückführgas eingeleitet, dann werden die flüssigen Bestandteile des Reaktors mit dem geringen Siedepunkt rasch ausgetrieben, was eine Polymerisation des Lösungsmittels beschleunigt. Der Grad der Polymerisation hängt dabei von der Faktoren Temperatur und Druck ab, bei welchen die Hydroreaktion ausgeführt wird. Es erweist sich dabei als relativ schwierig, den Grad der Polymerisation des Lösungsmittel allein durch Einstellen der Temperatur und der Menge des Rückführgases zu steuern. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung der optimale Bereich der Polymerisation mit dem Ziel bestimmt, die Ölausbeute zu erhöhen. Dabei wurde festgestellt, daß dabei mehrere Faktoren zu berücksichtigen sind, welche in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Die dort gezeigten Daten wurden mit Hilfe von zwei verschiedenen Behandlungsarten erreicht, von denen die eine mit "zufriedenstellend" und die andere mit "kritisch" bezeichnet werden soll. Bei der zufriedenstellenden Behandlung handelt es sich um Versuche, bei denen die positiven Effekte eines Einblasens des Rückführgases auftraten. Bei der kritischen Behandlung handelt es sich jedoch um Versuche, bei denen eine kritische Grenze auftrat, jenseits welcher Verstopfungsschwierigkeiten wahrscheinlich erscheinen, falls das Einblasen des Rückführgases in einer Menge von Schweröl als Aufschlämmungslösungsmittel fortgesetzt wird, welches aus den beim Hydrokracken anfallenden Produkten stammt.

Auf der Grundlage dieser Daten werden die Polymerisationsgrade, welche in einer zufriedenstellenden und einer kritischen Behandlung auftraten, hinsichtlich ihres Verhältnisses der Menge X von Leicht- und Mittelölen mit Siedepunkten im Bereich zwischen 300 und 400°C und der Menge Y des Kohlegehalts im ursprünglichen Schlamm und des Schweröls mit einem Siedepunkt von mehr als 420°C ausgedrückt. Bei der zufriedenstellenden Behandlung ergibt sich anhand der Fig. 3a und 3b die folgende Bedingung:

X/Y = 37 / 33 = 1,12;

anhand der Fig. 4A und 4B ergibt sich hingegen für eine kritische Behandlung die folgende Bedingung:

X/Y = 19 / 64 = 0,30

Anhand dieser Werte ist erkennbar, daß für eine Polymerisation des Lösungsmittels das optimale Verhältnis von X/Y gleich 1,12 ist. In Abhängigkeit von der Art des einzusetzenden Lösungsmittels für die Aufschlämmung und/oder den Reaktionsbedingungen beim Hydrokracken ist es jedoch möglich, diesen Wert bis auf 1,20 zu erhöhen. Die obere Grenze für die Polymerisation des Lösungsmittels, d. h. der kritische Punkt, bei welchem ein Verstopfen aufgrund einer zu großen Polymerisation wahrscheinlich erscheint, kann unter Bezugnahme auf den X/Y-Wert abgeschätzt werden, falls dieser Wert in Bezug auf eine kritische Behandlung entsprechend den Fig. 4A und 4B entnommen wird. Optimiert man hingegen die Bedingungen für das Hydrokracken, dann kann die untere Grenze für den Wert X/Y bis auf 0,20 verringert werden. Anhand dieser Ergebnisse erhält man somit die folgende Beziehung:

0,20 (X/Y) 1,12

Aufgrund weiterer Versuche zur Feststellung eines optimalen Bereiches, innerhalb dessen die Wirkungen der Polymerisation sichergestellt werden können, erscheint ein Bereich für den Wert X/Y zwischen den Grenzen 0,30 und 0,80 besonders vorteilhaft.

Bei der Hydroreaktion entsteht bekanntlich Wärme, welche die inneren Temperaturen innerhalb der Reaktoren stark ansteigen läßt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in dem Boden der Reaktoren erhitztes Rückführgas eingeblasen wird. In einem derartigen Fall erscheint es gelegentlich erforderlich, daß die Temperatur der Rückführgase verringert wird. Es kann jedoch dabei ebenfalls ein noch nicht vorerhitztes Rückführgas eingesetzt werden, welches in diesem Fall als Kühlmittel, vorzugsweise durch die Seitenwandungen in die Reaktoren eingeblasen wird. Wenn hingegen die Innentemperatur zu stark abfällt, dann kann durch die Seitenwände der Reaktoren ebenfalls ein erhitztes Rückführgas eingeleitet werden, wodurch sich eine mittlere Innentemperatur einstellen läßt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist jeder Abschnitt I und II mit drei in Reihe angeordneten Reaktoren versehen. Die Anzahl der vorgesehenen Reaktoren muß jedoch nicht auf drei beschränkt sein. Der sekundäre Abschnitt II kann ebenfalls weggelassen werden, falls der primäre Abschnitt I eine ausreichende Kapazität aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist die Rückführung eines Teiles des beim Hydrokracken anfallenden Schweröls als Lösungsmittel zur Bildung einer Aufschlämmung nicht unbedingt erforderlich und kann somit auch unterbleiben.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die ersten Gas/Flüssigkeitsseparatoren 3′a und 3′b jeweils in dem oberen Bereich der Reaktoren 2a und 2b des primären bzw. sekundären Abschnittes I bzw. II angeordnet sind. Die Anlage wird dabei in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 2 betrieben.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 5 ist es möglich, daß ein Teil der Schwerölphase, welche aus dem primären und/oder den sekundären Abschnitte I bzw. II extrahiert wird, mit dem ursprünglichen Schlamm des primären Abschnitts I vermischt wird. Der Zeitpunkt des Vermischens ist dabei nicht auf den Zeitpunkt nach der Zubereitung des Schlamms begrenzt. Dieses Vermischen kann nämlich auch vorher erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, daß wahlweise erhitztes oder nicht-erhitztes Rückführgas jedem Reaktor als Kühlmittel zugeführt wird. Das Rückführgas kann dabei auch dazu benutzt werden, daß die inneren Temperaturen innerhalb der Reaktoren auf einem gewünschten Niveau gehalten werden.

Typische Beispiele für die optimalen Bedingungen zum Durchführen einer im Rahmen der Erfindung vorgenommenen Hydroreaktion sollen in dem folgenden angegeben werden:

Primäre Hydroreaktion

• - Temperatur: zwischen 400 und 470°C, vorzugsweise zwischen 430 und 450°C,
• - Druck: zwischen 50 und 300 kp/cm², vorzugsweise zwischen 150 und 200 kp/cm², (1 kp/cm² = 0,0981 MPa),
• - Katalysator: Eisen-Schwefel-Katalysator,
• - Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Kohle (wobei die Kohle auf der Grundlage ohne Wasser und ohne Asche berücksichtigt wird): zwischen 1,7 und 3,0, vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,5,
• - schweres Lösungsmittel: Kohlenwasserstoffe bei einem Siedepunkt von nicht weniger als 180°C,
• - Menge des zurückgeführten Schweröls: 50 Gew.-% oder weniger im Lösungsmittel in Form von Asphalten oder Preasphalten, vorzugsweise zwischen 10 und 40 Gew.-%, 120 Gew.-% oder weniger auf der Grundlage einer Kohle ohne Wasser und ohne Asche, vorzugsweise zwischen 25 und 75 Gew.-%.

Sekundäre Hydroreaktion

• - Temperatur: zwischen 300 und 450°C vorzugsweise zwischen 360 und 430°C,
• - Druck: zwischen 50 und 300 kp/cm², vorzugsweise zwischen 100 und 200 kp/cm²,
• - Katalysator: Ni-Mo-Katalysator,
• - Gewichtsverhältnis Lösungsmittel/SRC (waf): zwischen 0,5/1 und 4/1, vorzugsweise zwischen 1/1 und 2/1.

Die Temperaturen und die Menge des Rückführgases können in Übereinstimmung mit der Art der verwendeten Kohle und des zum Aufschlämmen benutzten Lösungsmittels, der Konzentration des Lösungsmittels und den Bedingungen für die Hydroreaktion eingestellt werden. Eine der Standardbedingungen für die primäre Hydroreaktion ist dabei, daß die Gesamtmenge von Rückführgas nicht mehr als 80 m³, vorzugsweise zwischen 8 und 50 m³/Tonne Lösungsmittel innerhalb des Schlamms beträgt. Falls die Temperatur des Rückführgases zu hoch ist oder die Menge dieses Rückführgases zu groß gewählt ist, dann vergast das Lösungsmittel zu rasch innerhalb des Reaktors, wodurch Verstopfungsschwierigkeiten verursacht werden können. Ist andererseits die Temperatur des Rückführgases zu gering gewählt oder seine Menge nicht ausreichend, dann lassen sich die gewünschten Wirkungen nicht erzielen. Die Temperatur des Rückführgases kann somit durch die Einstellung der Heizeinrichtungen 14, 14a und 14b gesteuert werden. Die Menge des Rückführgases kann hingegen durch Einstellen der Ansaugkraft der Pumpen 13, 13a und 13b beeinflußt werden. Die Einstellung der den Reaktoren zugeführten Rückführgase erfolgt hingegen derart, daß vorzugsweise ein größerer Teil dem ersten Reaktor 2a, ein geringerer Teil dem zweiten Reaktor 2b und ein viel geringerer Teil dem dritten Reaktor 2 zugeleitet wird. Auf diese Weise werden den einzelnen Reaktoren 2a, 2b und 2 jeweils abnehmende Mengen von Rückführgas zugeleitet.

Bei einer Anlage mit drei hintereinander geschalteten Reaktoren 2a, 2b und 2 sollen im folgenden nun Beispiele für die Einstellung von optimalen Mengen an Rückführgas angegeben werden:

Beispiel

Anlage mit jeweils drei in Serie geschalteten Reaktoren entsprechend Fig. 2.
Temperatur: 430°C,
Druck: 150 kp/cm²,
Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel und Kohle (bezogen auf Kohle ohne Wasser und Asche): 2,5,
Katalysator: Eisen-Schwefel-Katalysator,
Wasserstoffmenge: 10 Gew.-% (maf)C,
in den Reaktor zurückgeführte Gasmenge: 26 m³ je Tonne Lösungsmittel bei 430°C,
Mengenverhältnisse: 9 Teile in den ersten Reaktor 2a,
3 Teile in den zweiten Reaktor 2b, 2 Teile in den dritten Reaktor 2c.
Zusammensetzung des Rückführgases: H₂: 84,2%;
CO + CO₂: 8,9%; CH₄: 4,3%; Rest: 2,6%.

Die sich ergebenden Ausbeuten wurden mit denen verglichen, bei welchen kein Rückführgas verwendet wird. Die sich ergebenden Vergleichsdaten sind in der folgenden Tabelle 2 sowie in Fig. 6 wiedergegeben.

So wie sich dies anhand von Fig. 6 ergibt, wird das Molekulargewicht des Lösungsmittels im ersten Reaktor 2a merklich erhöht, verglichen mit jenem Fall, bei welchem kein Abziehmittel bzw. Rückführgas verwendet wird. In entsprechender Weise tritt ebenfalls eine merkliche Erhöhung der Menge des anfallenden Leicht- und Mittelöls auf, d. h. um 36,3%, verglichen mit 21,1% bei einem Verfahren ohne Rückführgas. Wenn zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen 50 Gew.-% des Schweröls zusammen mit der Aufschlämmung zurückgeleitet werden, dann beträgt die sich ergebende Ölmenge 46%, was verglichen mit dem bekannten Verfahren einen Anstieg von 25% bedeutet.

Tabelle 2

Die im Rahmen der Erfindung sich ergebenden Vorteile sollen im folgenden noch einmal aufgeführt werden:

• (1) Da die Leichtöle, welche in dem zur Herstellung des Schlammes benutzten Lösungsmittel vorhanden sind, und die Leichtöle, welche beim Hydrokracken der Kohle entstehen, zusammen mit den innerhalb des Reaktors befindlichen Gasen rasch nach oben steigen, wird das im Reaktor verbleibende Aufschlämmungslösungsmittel stark polymerisiert. Auf diese Weise wird dieses Lösungsmittel in ein Lösungsmittel mit einem hohen Polymerisationsgewicht umgewandelt. Für die Ausführung des Hydrokrackens müssen daher keine sehr engen Verfahrensbedingungen eingehalten werden. Nach dem Aufsteigen der Leichtölphase innerhalb des Reaktors wird dieselbe von der Gasphase mittels eines Separators abgetrennt und aus dem Reaktor abgezogen. Die Leichtölphase wird somit nicht weiter einem Hydrokracken unterworfen, wodurch die Gefahr beseitigt wird, daß dasselbe zu einem Öl mit zu geringem Molekulargewicht umgewandelt wird. Dies erhöht die Menge der nützlich erscheinenden Leicht- und Mittelölanteile.
• (2) Wie unter (1) erwähnt, wird das zur Aufschlämmung benutzte Lösungsmittel vollständig in den Reaktoren polymerisiert, so daß bei der Zubereitung des Schlammes eine erhebliche Menge von leichtem Lösungsmittel hinzugegeben werden kann, ohne daß die Wirksamkeit des Hydrokrackens dadurch beeinträchtigt wird. Dies erleichtert die Herstellung des Schlammes und seinen Transport durch die Rohrleitungen.
• (3) Als Ergebnis der genannten Vorteile treten innerhalb der Rohrleitungen keine Verstopfungsschwierigkeiten auf, selbst dann, wenn beträchtliche Mengen von Schweröl, Asphalten und Preasphalten zurückgeführt werden. Aufgrund einer Rückführung dieser Schwerölanteile wird die Menge der anfallenden Leicht- und Mittelöle zusätzlich erhöht.
• (4) Da das Rückführgas eine ausreichende Menge an Wasserstoff enthält, ist es schließlich nicht erforderlich, daß zusätzlich große Mengen von Wasserstoff zugeführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur hydrierenden Kohleverflüssigung unter Einsatz der fol­ genden Verfahrensschritte:

• - Fördern einer aufgeschlämmten Mischung aus pulverisierter Kohle, einem Lösungsmittel sowie einem Katalysators mittels einer Pum­ pe (P) in einen Vorerhitzer, in welchem eine Vorerhitzung der Mischung erfolgt, und
• - Einspeisen dieser vorerhitzten Mischung in eine Mehrzahl von hinter­ einandergeschalteten Reaktoren (2a-c),

von dessen letzten die sich ergebenden Reaktionsprodukte Separa­ toren (3, 6, 7), einem Kondensator (5) und einem Destillationsturm (4) zugeleitet werden, in welchen eine Auftrennung in Wasser, Lösungsmittel, Leichtöl, Mittelöl, Schweröl sowie Asche bzw. Schlamm erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ausgangsseite von jedem der hinter­ einandergeschalteten Reaktoren (2a, 2b) zusätzliche Separatoren (3a, 3b, 6a, 6b) und Kondensatoren (5a, 5b) vorgesehen sind, mit welchen eine Abspaltung von Leichtöl, Wasser und wasserstoffhaltigen Gasen erfolgt, wobei das gebildete Leichtöl aus der Anlage entfernt wird, während die wasserstoffhaltigen Gase über entsprechende Pumpen (13a, 13b) und Heizeinrichtungen (14a, 14b) zurück in den Boden des jeweils vorgeschalteten Reaktors (2a, 2b) eingeleitet werden, und wobei die Anzahl der Reaktoren nicht auf drei beschränkt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in den Kondensatoren (5a, 5b,) abgespaltenen wasserstoffhaltigen Gasen vorzugsweise unter Umgehung der Heizeinrichtungen (14a, 14b) zu Kühl­ zwecken in die Seitenwandungen der Reaktoren (2a, 2b) eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ trennung der gasförmigen Bestandteile von den flüssigen Reaktionspro­ dukten innerhalb der oberen Bereiche (3a′, 3b′) der Reaktoren (2a, 2b) vorgenommen wird (Fig. 5).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der wasserstoffhaltigen Gase in die Reaktoren (2a, 2b) derart erfolgt, daß das Gewichtsverhältnis (X/V) der innerhalb der Reaktoren (2a, 2b) gebildeten Leicht- und Mittelölanteile (X) mit Siedepunkten im Bereich zwischen 300 und 420°C und der diesen Reaktoren (2a, 2b) zugeführten Kohlen- und Schwerölbestandteile (Y) mit einem Siedepunkt oberhalb von 420°C, jeweils unter Normaldruckbedingungen gemessen, im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, daß das Gewichtsver­ hältnis (X/Y) im Bereich zwischen 0,3 und 0,8 liegt.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die von einer derartigen Anlage (1) abgegebenen Reaktionspro­ dukte einer im wesentlichen identisch ausgebildeten sekundären Anlage (11) zugeführt werden.