DE4446400A1 - Thermisch behandelte Kohle und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Raffination von poröser Kohle mit hohem Sauerstoffgehalt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur thermischen Raffination von poröser Kohle minderer Qualität, die aufgrund ihres hohen Wassergehaltes wirtschaftlich als geringwertig betrachtet wird, durch wirksame Entwässerung der Kohle und indem man ein Öl sich auf der Porenoberfläche der Kohle adsorbieren läßt, um die Gefahr einer spontanen Entzün­ dung bzw. Verbrennung der Kohle zu beseitigen und auch durch Decarboxylierung und chemische Entwässerung der Kohle zur Zersetzung oder Freisetzung von sauerstoffhaltigen Gruppen der Rohkohle, wie Carboxy oder Hydroxy, um die Porosität der porösen Kohle zu vermindern.

Poröse Kohle neigt dazu, eine beträchtliche Menge, z. B. 30 bis 70 Gew.%, an Wasser zu enthalten, je nach ihrer Porosität. Wenn die poröse Kohle mit solch hohem Wassergehalt transportiert werden soll, z. B. zu einem Industriegebiet, erfordert sie fast so hohe Transportkosten, so als ob Wasser selbst transportiert würde, so daß es nur möglich ist, poröse Kohle in der Nähe des Kohlevorkommens zu verwenden. Es wird daher akzeptiert, daß poröse Kohle nicht anders als in der Nachbarschaft des Kohlevorkommens verwertet werden kann. Ein typisches Beispiel von poröser Kohle mit hohem Wassergehalt ist Braunkohle.

Obwohl gewisse Braunkohlen günstige Merkmale haben, wie niederen Aschegehalt und Schwefelgehalt, neigen sie wegen ihrer Porosität dazu, einen höheren Wasser­ gehalt zu haben. Wenn der Wassergehalt 30 Gew.% übersteigt, erhöhen sich die Transportkosten beträchtlich und der Brennwert nimmt entsprechend dem höheren Wassergehalt oder dem höheren Sauerstoffgehalt in trockenem Zustand ab. Daher werden Braunkohlen als Kohlen geringer Qualität eingestuft trotz der obenerwähn­ ten günstigen Merkmale. Dies ist ein Problem nicht nur bei Braunkohlen, sondern auch bei Lignit und subbituminöser Kohle. Obwohl in dieser Beschreibung Braun­ kohlen als Beispiel benutzt werden, sollte beachtet werden, daß die vorliegende Erfindung auf alle poröse Kohlen anwendbar ist einschließlich von Lignit und subbituminöser Kohle. Die Erfindung ist anwendbar auf alle Braunkohlen einschließ­ lich von Victoria-Kohle, Nord-Dakota-Kohle, Beluga-Kohle und dergleichen, un­ abhängig von ihren Erzeugungsgebieten, solange sie porös sind und einen hohen Wassergehalt haben.

Im Lichte der abnehmenden Energievorräte wurden Arbeitsweisen zur wirksamen Verwertung von Braunkohle untersucht. Die thermische Raffination von Braunkohle ist als eine solche Arbeitsweise bekannt. Diese Arbeitsweise ist vorteilhaft, da spontane Verbrennung inhibiert wird, da die Poren der Kohle schrumpfen, wenn die Decarboxylierungs-/Dehydrierungsreaktion fortschreitet, um Wasser auszutreiben. Jedoch ist es, weil Roh-Braunkohle, die eine große Menge Wasser enthält, mit Hitze beim thermischen Raffinationsprozeß behandelt wird, notwendig, daß der Erhitzungsprozeß oberhalb dem Wasserdampfdruck gehalten wird, der sehr hoch ist. Da überdies der Entwässerungsprozeß eine Pyrolysereaktion umfaßt, enthält das dabei abgehende Abwasser eine Anzahl von organischen Komponenten, welche die Belastung der Abwasserbehandlung vergrößern. Daher muß eine prakti­ sche Arbeitsweise zur Verwertung von porösen Kohlen durch thermische Behand­ lung noch realisiert werden.

Demgemäß ist Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung ther­ misch behandelter Kohle unter Anwendung eines Verfahrens, das minderwertige Kohle bei geringem Druck wirksam entwässert und thermisch behandelt, wobei der Energieverbrauch, die Belastung der Ausrüstung, die Belastung der Abwasser­ behandlung und dergleichen vermindert sind.

Insbesondere liefert die Erfindung hitzebehandelte Kohle, die einen Wassergehalt von nicht mehr als 10% hat, die Poren hat, an denen ein Öl adsorbiert und in die Oberfläche derselben imprägniert ist und die erhalten wird durch Decarboxylieren und Entwässern einer Rohkohle zur Entfernung von Sauerstoff.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von thermisch raffinierter Kohle ohne die oben­ erwähnten Nachteile hinsichtlich der thermischen Effizienz, Entwässerungseffi­ zienz, bezüglich der Einrichtungen usw . .
Insbesondere liefert die Erfindung ein Verfahren, bei welchem ein Öl und poröse Kohle vermischt werden, um eine Ausgangsaufschlämmung herzustellen, die erhitzt wird, um Wasser aus der porösen Kohle freizusetzen und Öl in die Poren der porösen Kohle einzuführen, worauf die erhaltene behandelte Aufschlämmung durch weiteres Erhitzen raffiniert wird und dann eine thermisch raffinierte Kohle von der thermisch behandelten Aufschlämmung durch Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt wird. Die Erfindung liefert auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens.

Die obige und andere Aufgaben, Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schema, das eine Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt, zusammen mit einer Materialbilanz, und

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Die thermisch behandelte Kohle, die durch die vorliegende Erfindung geliefert wird, hat einen Wassergehalt von 10% oder weniger. Überdies ist Öl auf den Wänden der Poren der Kohle adsorbiert und in ihnen imprägniert. Die Carboxylgruppen und Hydroxylgruppen, die in der Ausgangskohle enthalten sind, werden durch eine Decarboxylierungsreaktion oder eine Entwässerungsreaktion zersetzt, um den Sauerstoffgehalt zu vermindern. In der vorliegenden Erfindung können als Ergebnis der Adsorption und des Imprägnierens von Öl auf und in die Oberfläche der Poren thermische behandelte Kohlen mit geringerem Risiko von spontaner Verbrennung erhalten werden. Da das Porenvolumen beträchtlich reduziert wird, wenn die Decarboxylierungsreaktion/Entwässerungsreaktion fortschreitet, wird die Menge an adsorbiertem Öl nicht übermäßig groß. Daher wird auch in dieser Beziehung wirtschaftlichen Erfordernissen Rechnung getragen. Der Ölgehalt einer solchen, thermisch behandelten Kohle ist vorzugsweise 0,5 bis 30%, bevorzugter 2 bis 1 5 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Rohkohle auf feuchtigkeitsfreier Basis. Das Öl enthält vorzugsweise einen dominanten Mengenanteil an Schwerölfraktionen. Um die oben beschriebene, thermische behandelte Kohle herzustellen, werden Öl und poröse Kohle gemischt, um eine Ausgangsaufschlämmung herzustellen. Die Ausgangsaufschlämmung wird erhitzt, um die Entwässerung der Aufschlämmung der porösen Kohle zu beschleunigen, während man das Öl in die Poren der Kohle eintreten läßt. Die so erhaltene, behandelte Aufschlämmung wird weiter zur thermischen Raffination erhitzt, gefolgt von Fest-Flüssig-Trennung, um eine thermisch behandelte Kohle abzutrennen. Die Fest-Flüssig-Trennung wird unter Anwendung von wenigstens einer der folgenden Stufen durchgeführt: Absetzen, Trennen durch Zentrifugieren, Filtrieren und Abpressen. Das Abfallöl, das während der Stufe der Fest-Flüssig-Trennung der behandelten Aufschlämmung anfällt, kann zur Verwendung als Mittel zur Herstellung der Ausgangsaufschlämmung wiederver­ wendet werden. Überdies kann der Wasserdampf, der während der Entwässerung der Ausgangsaufschlämmung entsteht, zurückgewonnen, komprimiert und zum Erhitzen der Ausgangsaufschlämmung verwendet werden. Es wird empfohlen, daß das Öl zur Herstellung der Ausgangsaufschlämmung ein von Erdöl stammendes Öl mit einem Siedepunkt von nicht weniger als 100°C ist und 0,5 bis 20 Gew.% einer Schwerölfraktion, bezogen auf das Gewicht der Rohkohle auf feuchtigkeits­ freier Basis, enthält. Weiter wird auch empfohlen, daß das Öl und die poröse Kohle in einem Gewichtsverhältnis von Öl zur porösen Kohle im Bereich von 1 : 1 bis 20 : 1 (Trockenkohlebasis) gemischt werden, um die Ausgangsaufschlämmung herzustel­ len, daß die Ausgangsaufschlämmung dann bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 250°C erhitzt und entwässert wird und daß die erhaltene Aufschlämmung thermisch raffiniert wird, indem sie weiter bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 200 bis 350°C erhitzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Herstellung der oben beschriebenen, thermisch behandelten Kohle einen Mischtank zur Herstellung der Ausgangsaufschlämmung durch Mischen von Öl und von poröser Kohle, einen Vorerhitzer zum Vorerhitzen der Ausgangsaufschlämmung, einen Verdampfer für das Anlegen von Hitze auf die vorerhitzte Ausgangsaufschlämmung, um Wasser daraus zu entfernen, ein Gefäß für die thermische Raffination zum Erhitzen der behandelten Aufschlämmung, aus welcher das Wasser entfernt wurde, und einen Fest-Flüssig-Separator, der die thermisch behandelte Kohle und das Öl trennt. Der Fest-Flüssig-Separator umfaßt wenigstens folgendes: Ein Absetzgefäß, eine Zentrifuge, ein Filter und eine Abpreßvorrichtung, die einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Die Vorrichtung kann weiter einen Trockner zum Trocknen der thermisch behandelten Kohle umfassen, die der Fest-Flüssig-Tren­ nung unterworfen war.

Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Entwässerung und die thermische Raffination getrennt durchgeführt werden. Da die Entwässerung in einer flüssigen Phase durchgeführt wird (Aufschlämmungsentwässerung), nehmen die Poren der Kohle in wirksamer Weise Öl während der Entwässerung auf. Die so hergestellte, entwässerte Kohle wird dann einer thermischen Raffinationsstufe unterworfen. Als Ergebnis besteht kein Bedarf für eine Erhöhung des Druckes im thermischen Raffinationssystem während der Behandlung, was früher aufgrund des Vorliegens von übermäßigem Wassergehalt erforderlich war. So kann die thermische Raffination als Ganzes unter niederem Druck durchgeführt werden. Beim thermischen Raffinationsverfahren werden Carboxylgruppen und Hydrox­ ylgruppen, die in der porösen Kohle vorhanden sind, während der Decarboxylie­ rungs-/Entwässerungsreaktion beseitigt, welcher die Kohle unterworfen wird. Diese Reaktion vermindert in signifikanter Weise das Volumen der Poren und als Ergebnis kann Öl, das auf der Porenoberfläche adsorbiert und in die Porenfläche imprägniert ist, zurückgewonnen werden. Zusätzlich kann das Verhalten bei der Fest-Flüssig- Trennung verbessert werden. Demgemäß können die Kosten, die als Ergebnis einer Zunahme in der Menge an adsorbiertem Öl auftreten könnten, gedrückt werden. In der vorliegenden Erfindung kann jede Art von Öl verwendet werden, solange es die Decarboxylierungsreaktion nicht behindert. Im Hinblick auf die Tatsache jedoch, daß es vorteilhaft ist, die Aufschlämmungsentwässerung vor der thermischen Raffination durchzuführen und daß es während dieser Aufschlämmungsentwässe­ rung ist, wo das Öl auf und in die Oberflächen der Poren der Kohle adsorbiert und imprägniert wird, um das Risiko von spontaner Verbrennung der porösen Kohle zu beseitigen, werden die unten beschriebenen Öle empfohlen.

• (a) Öle mit einem Siedepunkt, der höher ist als der von Wasser, und
• (b) Öle mit einem Siedepunkt, der höher ist als der von Wasser und die von sich aus Schwerölfraktionen enthalten oder denen solche zugegeben sind.

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "Schwerölfraktionen" benutzt, um solche zu bezeichnen, die in der porösen Kohle als Ergebnis von selektiver Adsorp­ tion auf der Porenoberfläche der Kohle bleiben, um die poröse Kohle stabil zu machen. Zu speziellen Beispielen der Schwerölfraktionen gehören Erdölasphalt, Naturasphalt, aus Kohle stammende Schweröle und Öle, die vor allem irgendeine dieser Fraktionen enthalten. Zu Beispielen dieser Öle (b), welche Schwerölfraktio­ nen enthalten, gehören 1) von Erdöl stammende Schweröle, 2) von Erdöl stam­ mende Leichtölfraktionen, Kerosinfraktionen und Schmieröle, die keinem Raffina­ tionsprozeß unterzogen wurden und daher Schwerölfraktionen enthalten, 3) Kohleteer, 4) Leichtöle und Kerosin, die als Waschöl benutzt wurden und demge­ mäß Verunreinigungen durch Schwerölfraktionen enthalten, und 5) Heißöle, die wiederholt verwendet wurden und als Ergebnis abgebaute Fraktionen enthalten. Andererseits gehören zu Beispielen dieser Öle (b), zu welchen Schwerölfraktionen zugesetzt wurden, 1) von Erdöl stammende Leichtöle, Kerosin und Schmieröle, denen Erdölasphalt, Naturasphalt, von Kohle stammende Schweröle, von Erdöl oder Kohle stammende Bodenrückstände (Rückstandsöle) oder Öle, denen vor allem diese zugesetzt wurden. Die Öle können entweder von Erdöl stammende Öle oder von Kohle stammende Öle sein. Jedoch sind von Erdöl stammende Öle wirklich vorteilhafter, da sie 1) die Abwasserbehandlung leichter machen, weil keine hydrophilen Öle darin enthalten sind und somit weniger Öl im abgetrennten Abwasser nach der Stufe der Aufschlämmungsentwässerung enthalten ist, und 2) sie machen die Fest-Flüssig-Trennung nach der Stufe der Aufschlämmungsentwäs­ serung leichter wegen ihrer verminderten Affinität zu poröser Kohle.

Man nimmt an, daß spontane Entzündung bzw. Verbrennung von poröser Kohle auf folgenden Reaktionsmechanismus zurückzuführen ist. Wenn in den Poren von poröser Kohle vorhandene Feuchtigkeit unter trockenen Bedingungen entfernt wird, erhält die Oberfläche der Poren Kontakt mit der Außenluft. Als Ergebnis kann Sauerstoff von der Luft in die Poren eintreten und auf der Oberfläche der Poren adsorbiert werden, was Oxidation bewirkt, die wiederum zu einer Erhöhung der Temperatur und zur Entzündung und Verbrennung führt. In der vorliegenden Erfindung wird die spontane Entzündung inhibiert, da eine Aufschlämmungsent­ wässerung angewandt wird. Im einzelnen werden das Öl und die poröse Kohle zu einer Aufschlämmung gemischt und die erhaltene Aufschlämmung wird auf einen Temperaturbereich von 100 bis 250°C erhitzt. Unter solchen Bedingungen wird die Feuchtigkeit in den Poren verdampft und als Ersatz dafür tritt Öl in die Poren ein. Selbst wenn eine gewisse Menge an Wasserdampf in den Poren verbleibt, wird die Oberfläche der Poren allmählich durch das Öl bedeckt, da das Öl in die Poren durch den negativen Druck eingesaugt wird, der während des Verfahrens beim Abkühlen entsteht und schließlich sind die meisten der Porenöffnungen mit Öl gefüllt. Demgemäß wird der Kontakt der Außenluft mit der Porenoberfläche blockiert. Da zusätzlich Carboxylgruppen durch die anschließende thermische Raffinationsstufe beseitigt werden, schrumpfen die Poren noch mehr. Daher wird das Porenvolumen beträchtlich reduziert, was das Risiko von spontaner Entzün­ dung auf ein Minimum bringt. Überdies kann ein Teil des adsorbierten oder im­ prägnierten Öls zurückgewonnen werden als Ergebnis der Verminderung der Porosität, was zu einer Zunahme in der Gesamtmenge an zurückgewonnenem Öl führt. Somit liefert die vorliegende Erfindung eine neue und ausgezeichnete thermi­ sche Behandlung bei verminderten Kosten.

Kurz gesagt, hat die thermisch behandelte Kohle, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, eine viel geringere Möglichkeit der spontanen Entzündung, da die Poren mit Öl durch die Aufschlämmungsentwässerung vor der thermischen Behandlungsstufe versiegelt werden. Zusätzlich vermindert die Decarboxylierungs- /Entwässerungsreaktion die Porosität sehr stark.

Bei der Aufschlämmungsentwässerung und der thermischen Raffination gemäß der vorliegenden Erfindung wird die untere Grenze des Bereiches der bevorzugten Mischungsverhältnisse zwischen Öl und poröser Kohle dadurch bestimmt, daß man das Pumpentransportverhalten und das Erfordernis, einen gewissen Grad an Fließfähigkeit aufrechtzuerhalten, die den Wärmeaustausch der gebildeten Auf­ schlämmung nicht behindert, in Betracht zieht. Die obere Grenze wird bestimmt, indem man die erhöhten Kosten in Betracht zieht, welche eine Zunahme in der Menge an verwendetem Öl begleiten. Im Speziellen wird das Gewichtsverhältnis von Öl zu Kohle (Trockenkohlebasis) auf den Bereich von 1 : 1 bis 20 : 1 festgelegt. Das Ziel bezüglich dem Ausmaß der Entwässerung bei der Stufe der Aufschläm­ mungsentwässerung wird in erwünschter Weise so hoch wie möglich gesetzt, so daß eine Zunahme im Druck, die in der folgenden thermischen Raffinationsstufe benötigt würde, soweit wie möglich vermieden wird. Somit ist ein Ausmaß der Entwässerung von nicht weniger als 90% erwünscht. Es wird empfohlen, daß die Temperatur während der Stufe der Aufschlämmungsentwässerung nicht geringer ist als 100°C, jedoch nicht höher als die thermische Stabilisierungstemperatur der porösen Kohle. Im speziellen Fall beträgt der Temperaturbereich 100 bis 250°C und vorzugsweise 120 bis 200°C.

Die Aufschlämmung, welche dieser Stufe der Aufschlämmungsentwässerung unterworfen wurde, kann so wie sie ist zu der stromabwärts gelegenen, thermi­ schen Raffination geführt werden, wie dies später im Beispiel gezeigt ist. Falls nötig, wird die Fest-Flüssig-Trennung durch geeignete Mittel durchgeführt und das abgetrennt Öl wird im Kreislauf zurückgeführt und wieder bei der Stufe der Her­ stellung einer Ausgangsaufschlämmung verwendet. Gleichzeitig wird nur die entwässerte Kohle zum thermischen Raffinationsprozeß geführt, wo die entwässer­ te Kohle mit einem zirkulierenden Öl gemischt wird, das speziell zur Herstellung der Aufschlämmung bereitgestellt wird, die der thermischen Raffination unterzogen werden soll. Obwohl letzteres Verfahren eine Zunahme in der Kompliziertheit des Verfahrens bedingt, hat es auch den Vorteil, daß hydrophile Komponenten im zirkulierenden Öl des Aufschlämmungsentwässerungssystems vermindert werden, was die Belastung bezüglich Abwasserbehandlungsausrüstung vermindert.

Wie oben beschrieben, kann die entwässerte Aufschlämmung entweder so wie sie ist oder als Aufschlämmung, die durch Mischen mit einem Öl für diesen besonde­ ren Zweck hergestellt wurde, nachdem die entwässerte Aufschlämmung der Fest- Flüssig-Trennung unterworfen wurde, mit Hitze in einem thermischen Raffinations­ prozeß behandelt werden. Die Temperatur für die thermische Raffination liegt gewöhnlich etwas höher als diejenige, die für die Entwässerung der Aufschläm­ mung verwendet wurde und etwas niedriger als die Hitzezersetzungstemperatur. Im speziellen Fall wird eine Temperatur im Bereich von 200 bis 350°C empfohlen. Der Betriebsdruck bei der thermischen Raffinationsstufe kann gering sein und ein Druck im Bereich von 1 bis 10 at (ca. 98-980 kPa) wird empfohlen. Dieser geringe Druck ist möglich, weil der Wassergehalt in dieser Stufe gering ist. Bei der thermi­ schen Raffinationsstufe werden Carboxylgruppen und Hydroxylgruppen von der chemischen Struktur der porösen Kohle beseitigt und die Poren werden zur Ver­ minderung der Porosität geschrumpft. Demgemäß kann mehr Öl zurückgewonnen werden, der Heizwert pro Gewichtseinheit steigt und das Risiko von spontaner Entzündung fällt, wodurch man eine thermisch behandelte Kohle mit ausgezeichne­ ter Handhabungsfähigkeit und Transporteigenschaft erhält.

Beispiele (Ausführungsformen)

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Schema des Verfahrens zur Herstellung der ther­ misch behandelten Kohle der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer mögli­ chen Materialbilanz. In Fig. 1 werden 280 Teile einer Ausgangskohle (100 Teile feuchtigkeitsfreie Kohle und 180 Teile Wasser, was einen Wassergehalt von 64 Gew.% ausmacht) und 300 Teile eines Öls, das aus 290 Teilen eines Kreislauföles und 10 Teile frischem Öl besteht, einem Abschnitt A der Aufschlämmungsentwäs­ serung durch einen Mischabschnitt und einen Vorheizabschnitt zugeführt, die nicht gezeigt sind. Im Abschnitt A wird eine Entwässerungsbehandlung für die Auf­ schlämmung bei 140°C und 4 at (ca. 390 kPa) durchgeführt. 170 Teile Abwasser, das nur schwach mit organischen Materialien verunreinigt ist, werden abgetrennt und verdampft. Dann wird die behandelte Aufschlämmung (100 Teile feuchtig­ keitsfreie Kohle, 10 Teile Wasser und 300 Teile Öl) einem thermischen Raffina­ tionsabschnitt B für die Aufschlämmung zugeführt, wo die thermische Raffination bei 250°C und 3 at (ca. 295 kPa) erfolgt. Die Aufschlämmung, die der thermi­ schen Raffinationsbehandlung unterzogen wurde, wird zu einem Abschnitt C für die Fest-Flüssig-Trennung geführt, wo zirkulierendes Öl (290 Teile) und Abgas (3,5 Teile Kohlendioxidgas und 10 Teile Abwasserdampf, der mit organischem Material verunreinigt ist) abgetrennt werden, um thermisch raffinierte Kohle (91,5 Teile feuchtigkeitsfreie Kohle, 5 Teile Wasser und 10 Teile Öl) als Zielprodukt zu liefern.

Im folgenden wird eine Beschreibung eines Beispiels der Vorrichtung zur Her­ stellung der thermisch behandelten Kohle gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 2 angegeben.

In Fig. 2 bedeutet A einen Aufschlämmungsentwässerungsabschnitt, B ist der thermische Raffinationsabschnitt und C ist ein Fest-Flüssig-Trennungsabschnitt. Falls notwendig, kann ein Trocknungsabschnitt als Endstufe in die Vorrichtung stromabwärts von C einbezogen werden.

Der Abschnitt A (Aufschlämmungsentwässerungsabschnitt) umfaßt einen Misch­ tank 1 und einen Verdampfer 7 als Hauptkomponenten. Eine gemahlene Probe von poröser Kohle RC und Ausgangsöl RO werden in den Mischtank 1 eingebracht und gerührt, um eine Aufschlämmung herzustellen. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das im Fest-Flüssig-Trennungsabschnitt C abgetrennte Öl als Kreislauf­ öl (im Kreis rückgeführtes Öl) (RYO) verwendet wird und daher muß eine große Menge an Ausgangsöl RO zugegeben werden, wenn diese Vorrichtung zum ersten Mal betrieben wird. Wenn jedoch die Vorrichtung einmal den Zustand des kon­ tinuierlichen Betriebs erreicht hat, dann muß nur eine Auffüllmenge von Ausgangs­ öl RO zugeführt werden, die ausreicht, um die Menge an Öl RO auszugleichen, die durch das Endprodukt dieses Verfahrens ausgetragen wurde. Überdies sei darauf hingewiesen, daß die in einem gemischten Öl (RO + RYO) vorhandenen Schwer­ ölfraktionen zur Herstellung einer Aufschlämmung selektiv auf die Oberfläche der Poren der porösen Kohle RC adsorbiert werden und daher werden sie durch die Produktkohle PC ausgetragen, also verbraucht. Demgemäß kann das Ausgangsöl RO ein schwereres Öl sein als das Kreislauföl RYO.

Die Ausgangsaufschlämmung, die durch hinreichendes Rühren und Mischen im Mischtank 1 hergestellt wurde, wird zum Verdampfer 7 geführt, nachdem sie eine Pumpe 2 und die Vorhitzer 3 und 4 durchlaufen hat. Im Verdampfer 7 wird die Aufschlämmung auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 250°C erhitzt. Während des Erhitzens schreitet der Entwässerungsprozeß der Aufschlämmung voran und das Öl tritt in die Poren der porösen Kohle ein und wird auf der Ober­ fläche der Poren adsorbiert. Gemäß einem Beispiel, bei welchem Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von 65 Gew.% zusammen mit einem Schwerölfraktionen enthaltenden Öl verwendet wurde, das 3 mal das Gewicht der getrockneten Braunkohle betrug, wurde der Wassergehalt der Kohle in überraschender Weise auf nicht mehr als 6,5 Gew.% durch die Aufschlämmungsentwässerungsstufe ver­ mindert.

Die so hergestellte, entwässerte Aufschlämmung von poröser Kohle, auf welcher Öl adsorbiert ist, wird zu einem Dampf-Flüssig-Separator 5 geführt, um den Dampf abzutrennen und das restliche Material wird dann vom Boden dieses Separators 5 durch eine Pumpe 6 abgezogen. Die Transportleitung teilt sich stromabwärts von der Pumpe 6 und eine Zweigleitung ist mit dem Verdampfer 7 verbunden, um die Temperatur des Materials zu erhöhen, wonach das Material zum Dampf-Flüssig- Separator 5 zurückgeführt wird. Währenddessen wird der im Verdampfer 7 er­ zeugte Wasserdampf, der im Dampf-Flüssig-Separator 5 abgetrennt wurde, im Kompressor 8 komprimiert und seine Wärmeenergie von hoher Kalorienzahl wird zum Erhitzen der Aufschlämmung im Verdampfer 7 benutzt, um die Entwässerung der Aufschlämmung durchzuführen. Der unter Druck gesetzte Wasserdampf wird anschließend zu einem Vorerhitzer 3 transportiert und als Wärmequelle für die Vorerhitzung verwendet. Danach wird das vom Öl durch den Öl-Wasser-Separator 9 abgetrennte Abwasser verworfen. Das durch die Öl-Wasser-Trennung rückge­ wonnene Öl wird zum Mischtank 1 zur Wiederverwendung zurückgeführt, wenn auch die Menge an rückgeführtem Öl nicht signifikant ist.

Der größte Teil der von der Pumpe 6 durchgepumpten Aufschlämmung wird zu einer thermischen Raffinationsvorrichtung des thermischen Raffinationsabschnittes B geführt. In der Vorrichtung 10 wird die Aufschlämmung thermisch durch eine Decarboxylierungs-/Entwässerungsreaktion raffiniert. Die thermisch raffinierte Aufschlämmung wird dann zu einem Dampf-Flüssig-Separator 11 geführt, wo Abgas, wie Kohlendioxid, das durch die Decarboxylierungs-/Entwässerungsreaktion erzeugt wurde, freigesetzt wird. Danach wird die Aufschlämmung zum Fest- Flüssig-Trennabschnitt C geführt. Im Abschnitt C wird die Aufschlämmung zuerst durch einen Zentrifugalseparator 13 verdichtet und dann unter Verwendung einer Schneckenpresse 14 abgepreßt. Zu dieser Zeit hat die poröse Kohle in der Auf­ schlämmung eine verminderte Porosität aufgrund der thermischen Raffination und als Ergebnis ist die Fest-Flüssig-Trennbarkeit bemerkenswert gut. Daher kann thermisch raffinierte Kohle erhalten werden, ohne sie einer weiteren Trocknungs­ endstufe zu unterwerfen mit Ausnahme von besonderen Fällen. Das aus der Stufe der Fest-Flüssig-Trennung erhaltene Öl wird zum Abschnitt A als Kreislauföl zurückgeführt.

Wie oben beschrieben, ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren der vor­ liegenden Erfindung in wirksamer Weise die Entwässerung der Aufschlämmung und die thermische Raffination mit Kosten für die Einrichtung und den Energiever­ brauch, die auf ein tiefes Niveau gedrückt sind. Als Ergebnis kann thermisch behandelte Kohle von hoher Qualität erhalten werden. Insbesondere wird Öl auf den Porenwänden der porösen Kohle während der Aufschlämmungsentwässerung adsorbiert und in die Porenwände imprägniert und zusätzlich dient die Decarbox­ ylierungs-/Entwässerungsreaktion zur Verminderung der Porosität der Kohle. Gemäß der Erfindung wird die thermische Raffinationsstufe nach der Entwässe­ rungsstufe der Aufschlämmung durchgeführt, was es ermöglicht, den Betriebs­ druck bei der thermischen Raffinationsstufe niedrig zu halten. Zusätzlich fällt keine beträchtliche Menge an Abwasser an, das in der thermischen Raffinationsstufe mit organischen Materialien in hoher Konzentration verunreinigt ist. Die verminderte Porosität erleichtert auch die Fest-Flüssig-Trennung und die Rückgewinnung von Öl beträchtlich, was zu verminderten Kosten führt.

Claims (13)

1. Thermisch behandelte Kohle, die einen Wassergehalt von nicht mehr als 10% und Poren hat, an deren Oberfläche Öl adsorbiert und in die Öl im­ prägniert ist und die erhalten ist durch Decarboxylierung und Entwässerung einer Rohkohle zur Entfernung von Sauerstoff.

2. Thermisch behandelte Kohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Öl 0,5 bis 30 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Kohle auf feuchtigkeitsfreier Basis ist.

3. Thermisch behandelte Kohle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Öl ein Ölgemisch ist, das eine oder mehrere Schwer­ ölfraktionen und eine Lösungsmittelfraktion aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung einer thermisch behandelten Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Stufen aufweist:
Mischen von Öl und einer porösen Kohle zur Erzielung einer Ausgangsauf­ schlämmung;
Erhitzen der Ausgangsaufschlämmung zur Entfernung von Wasser aus der porösen Kohle und um das Öl zum Eintreten in die Poren der porösen Kohle zu bringen;
thermische Behandlung der erhaltenen behandelten Aufschlämmung, und dann
Abtrennung der thermisch raffinierten Kohle davon durch Fest-Flüssig- Trennung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fest-Flüssig- Trennung wenigstens eine der folgenden Stufen umfaßt: Absetzen, Tren­ nung durch Zentrifugieren, Filtrieren, Abpressen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Fest-Flüssig-Trennung zurückgewonnene Öl zur Verwendung als Medium zur Herstellung der Ausgangsaufschlämmung zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wasserdampf während der Entwässerung der Ausgangsauf­ schlämmung zurückgewonnen und zur Verwendung als Wärmequelle zum Erhitzen der Ausgangsaufschlämmung komprimiert wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das zur Herstellung der rohen Ausgangsaufschlämmung benutzte Öl ein von Erdöl stammendes Öl ist, das einen Siedepunkt von nicht unter 100°C hat und eine Schwerölfraktion enthält.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Öl und die poröse Kohle in einem solchen Verhältnis gemischt werden, daß die Menge der Schwerölfraktion 0,5 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Kohle auf feuchtigkeitsfreier Basis, beträgt.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Öl und die poröse Kohle in einem Gewichtsverhältnis von Öl zu poröser Kohle im Bereich von 1 : 1 bis 20 : 1 zur Herstellung der Ausgangsauf­ schlämmung gemischt werden, die Ausgangsaufschlämmung bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 250°C erhitzt und entwässert wird und die erhaltene Aufschlämmung dann thermisch behandelt wird, indem sie weiter bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 200 bis 350°C erhitzt wird.

11. Vorrichtung zur Herstellung einer thermisch behandelten Kohle, umfassend:
Einen Mischtank (1) zur Herstellung einer Ausgangsaufschlämmung durch Mischen von Öl und einer porösen Kohle;
einen Vorerhitzer (3, 4), durch welchen die Ausgangsaufschlämmung vor­ erhitzt wird;
einen Verdampfer (7), der Wärme auf die vorerhitzte Ausgangsaufschläm­ mung überträgt, um Wasser daraus zu entfernen;
einen thermischen Behandlungserhitzer (10), in welchem die Aufschläm­ mung, aus der das Wasser entfernt wurde, erhitzt wird, um die thermische Behandlung der entwässerten Kohle zu bewirken; und
einen Fest-Flüssig-Separator (13, 14), der die thermisch behandelte Kohle vom Öl abtrennt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fest- Flüssig-Separator (13, 14) wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen aufweist: ein Absetzbecken, eine Zentrifuge, ein Filter, eine Presse.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Trockner zum Trocknen der thermisch behandelten Kohle aufweist, welche der Fest-Flüssig-Trennung unterworfen wurde.