DE3830485A1 - Verfahren zum hydrieren von kohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Koh­ le, bei dem die Kohle mit Anreiböl zu einem Brei verrührt auf Druck gepumpt, auf etwa die Anspringtemperatur der Hy­ drierreaktionen erhitzt und dann im Gegenstrom zu Wasser­ stoff in einem Reaktionsraum der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird.

Aus der DE-OS 29 45 353 ist ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle bekanntgeworden, bei dem die Hydrierreaktionen in ei­ nem einstufigen Gegenstromreaktor durchgeführt werden, d.h. die zu hydrierende frische Kohlesuspension wird in den obe­ ren Bereich des Reaktors und der Hydrierwasserstoff in den unteren Bereich des Reaktors eingespeist, während die anfal­ lenden Produktdämpfe aus dem oberen Bereich des Reaktors ab­ gezogen werden. Durch eine derartige Verfahrensführung ge­ lingt es, einen Teil der von den Produktdämpfen mitgeführten exothermen Wärme im oberen Bereich des Reaktors direkt auf die zu hydrierende Kohlesuspension zu übertragen. Darüber hinaus ist zu erwarten, daß durch die Gegenstromführung von Kohlesuspension und Wasserstoff die Reaktionskinetik im Re­ aktor verbessert wird.

Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Ölausbeute bei einem derartigen Reaktor nicht wesentlich höher ist als bei be­ kannten Reaktorsystemen mit Gleichstromführung von Kohlesus­ pension und Wasserstoff und daß der im unteren Bereich des Reaktors anfallende Rückstand noch relativ stark mit De­ stillatöl angereichert ist, so daß zur Gewinnung dieser Öle der Rückstand einer Vakuumdestillation mit hohem apparativem und energetischem Aufwand und großen Verfügbarkeitsrisiken aufgrund von Verkokungen unterzogen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß die De­ stillatölausbeute verbessert und der Destillatölgehalt des im unteren Bereich des Reaktors anfallenden Hydrierrückstan­ des minimiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reaktionsraum aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Re­ aktionszonen besteht, wobei jeder Reaktionszone der jeweils benötigte Wasserstoff getrennt zugeführt und aus jeder Reak­ tionszone die anfallenden Produktdämpfe getrennt abgezogen werden.

Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Gegenstromreaktor­ systems in mindestens zwei hinsichtlich Produktdämpfeabzug und Wasserstoffzufuhr völlig voneinander getrennte Reakti­ onszonen wird verhindert, daß Produktdämpfe aus der zweiten Reaktionszone in die erste gelangen und dort eine Verring­ erung des Reaktionsvolumens bewirken. Auch wird durch den getrennten Abzug der überwiegend schweren Destillatöldämpfe aus der zweiten Reaktionszone verhindert, daß diese im Kopf der ersten Reaktionszone im Wärmetausch mit dem frischen Kohlebrei erneut kondensieren und in den Reaktor zurückge­ führt werden. Somit können im Vergleich zu einem einstufigen Reaktor bei dem Verfahren gemäß der Erfindung auch höhersie­ dende schwere Destillatöle gewonnen werden.

In der zweiten Reaktionszone erfolgt die Hydrierung der be­ reits weitgehend aufgelösten Restkohle. Aufgrund des relativ geringen Anfalles an Produktdämpfen kann in dieser Zone ein relativ hoher Wasserstoffpartialdruck aufrechterhalten wer­ den, was sich vorteilhaft auf die erschwerten Hydrierbedin­ gungen in dieser Zone auswirkt.

Das erfindungsgemäß unterteilte Reaktorsystem ist darüber hinaus sehr flexibel hinsichtlich der optimalen Einstellung der jeweiligen Hydrierbedingungen. Beispielsweise ist es oh­ ne weiteres möglich, die verschiedenen Reaktionszonen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zu betreiben.

In der Regel wird in der praktischen Ausführung das Reaktor­ system in zwei Reaktionszonen aufgeteilt sein. Je nach den spezifischen Anforderungen ist jedoch auch ohne weiteres möglich, drei oder noch mehr Reaktionszonen vorzusehen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Ölanteil im Rückstand wesentlich verringert werden, wenn dieser Rück­ stand einer an sich bekannten überkritischen Extraktion un­ terzogen wird, wobei als Extraktionsmittel zweckmäßigerweise anlagenstämmiges Naphtha mit einem Siedeende von etwa 200°C eingesetzt wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Zweiteilung des Reaktorsystems gelangt dabei das Extraktionsmittel nicht in vorgeschaltete Reaktionszonen und kann somit auch nicht zu einer Senkung des Wasserstoffpartialdruckes und somit zu einer Verschlechterung der Hydrierbedingungen in diesen Zo­ nen beitragen.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ist nicht beschränkt auf die Hydrierung von Kohle. Er kann mit gleichen Vorteilen auch angewendet werden auf die Hydrierung von Schweröl oder Rück­ ständen aus der Erdölverarbeitung bzw. auf Gemische von Koh­ le und derartigen Schwerölen und/oder Rückständen.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Gemäß der Figur wird eine bereits auf den Reaktionsdruck von etwa 180 bar gepumpte und vorgewärmte Suspension aus zu hy­ drierender Kohle, Anreiböl und Katalysator über eine Leitung 1 in den oberen Bereich einer ersten Reaktionszone 2 eines aus den Reaktionszonen 2 und 3 bestehenden Reaktorsystems eingeleitet und dort im direkten Wärmetausch mit heißen Pro­ duktdämpfen aus dieser Reaktionszone zunächst auf die An­ springtemperatur der Hydrierreaktionen von etwa 420°C auf­ geheizt.

Die zu hydrierende Kohle passiert die Reaktionszone 2 von oben nach unten im Gegenstrom zu aufsteigendem Hydrierwas­ serstoff, der der Reaktionszone 2 über eine Leitung 4 zuge­ führt wird. Durch die Gegenstromführung findet ein intensi­ ver Stoffaustausch zwischen den Reaktionspartnern statt, was sich, wie Versuche gezeigt haben, günstig auf die Reaktions­ kinetik, d.h. auf den Kohleumsatz auswirkt. Die in der Reak­ tionszone 2 anfallenden Produktdämpfe werden über eine Lei­ tung 5 abgezogen und über ein Ventil 6 in einen hier nicht dargestellten Kaltabscheider geleitet und dann in bekannter Weise aufbereitet.

Die im unteren Bereich der Reaktionszone 2 anfallende Phase aus Feststoffe, weitgehend aufgelöster Kohle und bereits ge­ bildeten schweren Ölen wird über ein Dosierventil 7 nunmehr der gemäß der Erfindung vorgesehenen zweiten Reaktionszone 3 zugeführt und in dieser ebenfalls im Gegenstrom mit Wasser­ stoff, der über eine Leitung 8 eingespeist wird, vollständig hydriert. Die in der Reaktionszone 3 anfallenden Produkt­ dämpfe werden über eine Leitung 9 abgezogen, erst außerhalb des Reaktorsystems mit den Produktdämpfen aus der Reaktions­ zone 2 vermischt und dann gemeinsam mit diesen aufbereitet.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden etwa 70% des Öl­ gewinnes in der Reaktionszone 2 und etwa 30% in der Reakti­ onszone 3 erzeugt.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Zweiteilung des Reak­ torsystems in zwei Reaktionszonen mit getrennter Produktab­ führung und getrennter Wasserstoffzuführung ergibt sich eine höhere Ölausbeute als bei Einsatz eines einstufigen Reaktors gemäß dem Stand der Technik. Da die Produktdämpfe aus der zweiten Reaktionszone nicht in die erste übergeleitet wer­ den, steht in dieser ein größeres Reaktionsvolumen für die Hydrierreaktionen zur Verfügung.

In der zweiten Reaktionszone 3 können aufgrund der weitge­ henden Abkopplung von der ersten die Hydrierbedingungen spe­ ziell auf die aus der ersten Zone eingeleitete aufgelöste Kohle eingestellt werden. Aufgrund des relativ geringen Pro­ duktdampfanteils kann in dieser Zone mit einem hohen Wasser­ stoffpartialdruck hydriert werden.

Der aus dem unteren Bereich der Reaktionzone 3 anfallende Rückstand passiert zunächst eine angeflanschte Ablaufstrecke 10, die einen kleineren Durchmesser als die Reaktionszone selbst aufweist. Anschließend wird der Rückstand in einem Wärmetauscher 11 gekühlt, in einem Ventil 12 entspannt und dann über eine Leitung 13 abgezogen.

Zur Verringerung des im Rückstand mitgeführten Anteils an schweren Destillatölen wird im unteren Bereich der Ablauf­ strecke 10 über eine Leitung 14 ein überkritisches Extrakti­ onsmittel, z.B. anlagenstämmiges Naphtha, eingeleitet. In seiner Beschaffenheit entspricht der derart behandelte Rück­ stand nunmehr dem einer Verkokungsdestillation.

Anstelle einer Ablaufstrecke kann der Reaktionszone 3 auch ein zusätzlicher Behälter nachgeschaltet werden, wobei dann das Extraktionsmittel in den unteren Bereich des Behälters eingeleitet und die anfallenden Dämpfe im oberen Bereich ab­ gezogen werden. Auf diese Weise wird auch die letzte Reakti­ onszone von nicht an den Hydrierreaktionen teilnehmenden Ga­ sen und Dämpfen entlastet.

Claims (5)

1. Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die Kohle mit Anreiböl zu einem Brei verrührt auf Druck gepumpt, auf etwa die Anspringtemperatur der Hydrierreaktionen erhitzt und dann im Gegenstrom zu Wasserstoff in einem Reaktor­ system der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzo­ gen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorsystem aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Reaktionszonen besteht, wobei jeder Reaktionszone der jeweils benötigte Wasserstoff getrennt zugeführt und aus jeder Reaktions­ zone die anfallenden Produktdämpfe getrennt abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Bereich der letzten Reaktionszone ein Extrak­ tionsmittel zur überkritischen Extraktion von Destillat­ ölen eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel ein aus dem Reaktionsprodukt ab­ getrennter Naphthaschnitt mit einem Siedeende von etwa 200°C verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rückstand der letzten Reaktionszone über eine Ablaufstrecke mit geringerem Querschnitt als die Reaktionszone abgezogen wird und daß das Extraktions­ mittel in den unteren Endbereich der Ablaufstrecke einge­ leitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die überkritische Extraktion in einem der letzten Reaktionszone nachgeschalteten Behälter durchgeführt wird und daß die anfallenden Gase und Dämpfe getrennt abgezogen werden.