DE564782C - Verfahren zur Hydrierung von Brennstoffen - Google Patents

Verfahren zur Hydrierung von Brennstoffen

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/06Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by destructive hydrogenation

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Description

  • Verfahren zur Hydrierung von Brennstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Brennstoffen, wie Kohle und Kohlenwasserstoffen, durch Hydrierung, bei dem der zur Hydrierung erforderliche Wasserstoff aus Wasserdampf durchReaktion mit derKohle bzw. mitKohlenoxyd gewonnen wird, und besteht im wesentlichen darin, daß der zu hydrierenden Beschickung ein die Wassergasreaktion begünstigender Katalysator, insbesondere Soda, beigemischt wird.
  • Katalv satoren der zu hv drierenden Brennstoffbeschickung (Kohle, Teer, Öl o. dgl.) beizumischen, ist an sich allgemein bekannt. Bei den bekannten Methoden dieser Art handelt es sich jedoch um Katalysatoren, die eine Anlagerung von Wasserstoff an die - Kohlenwasserstoffe an sich begünstigen. Diese Verfahren haben also mit dem vorliegenden nichts zu tun, da diese eine Begünstigung der Wassergasreaktion als solche und damit die Bildung von die Anlagerungsreaktion wesentlich begünstigendem naszierendem Wasserstoff zum Gegenstand hat. Es wurde gefunden, daß für diese erstrebteReaktionsbegünstigung sich besonders ein Zusatz von Soda gut eignet.
  • Die bisher üblichen Hydrierungsmethoden verwenden im wesentlichen molekularen Wasserstoff zur Reaktion. Dieser ist bekanntlich sehr reaktionsträge, und es gebraucht daher die Anlagerungsreaktion eine längere Zeit oder mit anderen Worten, bei gegebener Reaktionsapparatur wird die Durchsatzleistung verhältnismäßig gering. Außerdem erfordern diese Verfahren im wesentlichen Außenbeheizung, durch die wegen der schlechten Wärmeleitverhältnisse der Brennstoffe gleichfalls eine Verzögerung in dem Reaktionsverlauf eintritt und die außerdem besondere Maßnahmen zur Verhütung von Wasserstoffverlusten durch Diffusion erforderlich machen. Schließlich sind zur Verdichtung der erforderlichen großen Wasserstoffmengen auf den erforderlichen Reaktionsdruck verhältnismäßig große Verdichtungsanlagen erforderlich.
  • Diese Übelstände sollen durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden oder doch verringert werden. Zu dem Zweck wird dem Brennstoff der zur Hydrierung notwendige Wasserstoff in Form von Wasserdampf zugesetzt, der mit dem Kohlenstoff des Brennstoffes bei den niedrigen Reaktionstemperaturen von d.oo bis 5oo° C nach der Wassergasreaktion C + 2 H.. O - C 02 + 2 H@ sich umsetzt. Da diese Reaktion unter Wärmebindung erfolgt, so wird mit dem Wasserdampf, jedoch gesondert von diesem, noch Kohlenoxyd eingeführt, mit dem der Wasserdampf gleichfalls nach der Wassergasgleichung : C O + H. O - C O@ + H. umgesetzt wird. Diese Reaktion verläuft unter Wärmeentbindung. Durch entsprechende Bemessung des Verhältnisses von Wasserdampf undKohlenoxyd kann also erreicht werden, daß beide Reaktionen gleichzeitig und in einem solchen Verhältnis erfolgen, daß die resultierende Wärmetönung praktisch o wird und man so eine innere Heizung und damit auf alle Teile gleichmäßig sich auswirkende Reaktionen erhält. Bei beiden Reaktionen wird also Wasserstoff in der Reaktionsbeschickung selbst in naszierendem Zustande erhalten, wodurch eine wesentliche Begünstigung der Anlagerungsreah-tion des Wasserstoffes eintritt. Diese Wassergasreaktionen werden nun, wie Erfinder gefunden hat,-durch -den Zusatz -von Soda zu demBrennstoffwesentlich begünstigt.
  • Den für die Hydrierung erforderlichen Wasserstoff in Form von Dampf zuzuführen in dem Bestreben, diesen mit der festen Kohlensubstanz inReaktion zu bringen, ist bereits vorgeschlagen. Desgleichen ist es durch die Versuche von Franz F i s c h e r (s. Gesammelte Abhandlungen zur Kenntnis der Kohle 5. Bd., S. 5o6) bekanntgeworden, eine Begünstigung der Kohlehydrierung durch Wasserdampf und Kohlenoxyd unter Druck zu erzielen.
  • Es ist auch bereits bekannt, Kohle im Gemisch mit Wasser und Alkali, gegebenenfalls zusammen mit Kohlenoxyd, unter hohem Druck durch ein erhitztes Rohr zu führen. Ferner ist es bekannt, Kohlen mittels Wasserdampf undKohlenoxyd, gegebenenfalls gleichzeitig mit Calciumoxyd, unter Druck durch einen Reaktionsraum zu blasen. In beiden Fällen wird jedoch das Hydriergas nicht an den zu hydrierenden Stoffen vorbeigeführt, so daß die zu hydrierenden Rohstoffteile stets von den gleichen Gaspartien umgeben bleiben.
  • Im vorliegenden Verfahren jedoch wirkt das Hydriergas, das durch den Rohstoff hindurchgeführt wird, nach Art eines Spülgases, wobei ein ständiger Austausch frischer Gasanteile mit den Rohstoffoberflächen erzielt und naszierender Wasserstoff an den Rohstoffen ständig von neuem gebildet wird. Gerade für den besonderen Fall der Hydrierung mittels Kohlenoxyd und Wasserdampf unter Zusatz von Soda wird daher eine erhöhte Wirkung erzielt.
  • Im übrigen werden in den obengenannten bekannten Verfahren die Rohstoffe auch nicht, wie im vorliegenden Fall, vor Eintritt in die Reaktionszone vorgewärmt.
  • Die Einführung von Wasserdampf und Kohlenoxyd erfolgt zweckmäßig gesondert, so daß sich beide Gase erst in der Beschikkung selbst vermischen und so in dieser zur gegenseitigen Reaktion gelangen. Einmal wird hierbei der bei den Umsetzungen entstehende atomare Wasserstoff ausschließlich innerhalb der Reaktionszone selbst gewonnen, sodann verbleibt auch die bei dieser Reaktion frei werdende Wärmemenge der inneren Reaktion restlos erhalten und kommt somit der wärmeverbrauchenden Reaktion zwischen fester bzw. flüssiger Kohlensubstanz und dem Wasserdampf zugute. In dieser Hinsicht ist folgendes zu beachten: Die Wassergasreaktion zwischen Kohlenoxyd und Wasserdampf erfolgt nach der Beziehung (I) CO -i-- H20 = C02 ;- HZ -E- ro ooo Kal. Diese hierbei frei werdende Wärmemenge wird nur zum geringen Teil zur inneren Beheizung des Reaktionsgemisches verbraucht, rein wesentlicher Teil muß dagegen zwecks Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur abgeleitet werden. Bei der Reaktion zwischen festem Kohlenstoff und Wasserdampf wird dagegen eine erhebliche Wärmemenge gebunden, und zwar nach der Beziehung (II) C+aH20=C02 +:2 H2 - 18 ooo Kal. Durch entsprechende Bemessung des Wasserdampfüberschusses über dem CO-Anteil kann also bei dieser Kombination erreicht werden, daß unter Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur eine ausschließliche Innenbeheizung ohne Wärmezufuhr von außen noch Ableitung nach außen vor sich gehen kann, wobei ein nicht unerheblicher Teil des Wasserstoffes direkt aus Wasserdampf und Kohle gewonnen werden kann.
  • Zweckmäßig werden die beiden Teilgase (CO und H20) vor Einführung in die Reaktionsapparatur auf die Reaktionstemperatur oder angenähert auf diese vorgewärmt. Dadurch wird erreicht, daß die Reaktion sofort bei dem Zusammentreffen dieser im Reaktionsgemisch vor sich gehen kann, und es wird außerdem das gesamte Reaktionsgemisch an den Reaktionen teilnehmen, während in anderem Falle das Gemisch erst durch Außenbeheizung auf die- Reaktionstemperatur gebracht werden müßte, was im Hinblick auf die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Kohle bzw. der Brennstoffe naturgemäß nur eine geringe Gesamtreaktionsleistung in der Zeiteinheit bewirken würde. Außerdem würde hierbei an der Eintrittsstelle der Reaktionsgase eine tote Zone enstehen. Schließlich aber wird durch diese Maßnahme dem Reaktionsapparat durch diese Teilgase selbst eine entsprechende zusätzliche Wärmemenge zugeführt, wodurch eine Vermehrung der Reaktion nach Gleichung II erzielt wird.
  • Eine weitere Verbesserung des Effektes kann dadurch erzielt werden, daß einegrößere Spülgaswirkung und - damit eine größere Durchmischung der Reaktionsgase bzw. der Oberflächenberührung durch wiederholtes Durchleiten der Reaktionsgase durch den keaktionsapparat bewirkt wird. Zu dem Zwecke wird das den Apparat verlassende Reaktionsgas ganz oder teilweise wieder zweckmäßig mit dem Frischdampf zugeführt, so daß es den Apparat .mit dem Frischdampf erneut bzw. wiederholt durchströmt, wodurch bei gleicher Frischdampf- und Kohlenoxy dzuführung eine höhere Durchflußgeschwindigkeit erreicht wird. Zu diesem Zwecke wird das Reaktionsgas oder ein Teil dieses vom Ausgang des Apparates abgesaugt und an die Eingangsseite, z. B. mit dem Dampf, wieder durch den Apparat geschickt. - Ein solches -Umwälzen von Gasen für die verschiedenen "Zwecke an sich wird allgemein als bekannt vorausgesetzt. Die Neuheit wird im Zusammenhang mit den vorangegangenen Patentansprüchen erblickt.
  • Schließlich wird eine weitere Verbesserung des Effektes dadurch erzielt, daß aus dem Umwälzstrom vor der Wiedereinführung in den Reaktionsapparat in irgendeiner bekannten Weise die gebildete Kohlensäure, z. B. mittels Druckwasser, Kalkmilch o. dgl., entfernt wird und ebenso auch die in diesem umlaufenden Reaktionsgase enthaltenen schweren Kohlenwasserstoffe, z. B. mittels eines schweren Waschöls nach Art der bekannten Benzolwäscher. Ersteres ist wichtig, weil die Kohlensäure die Wassergasreaktion im Apparat beeinträchtigen könnte und auf alle Fälle mindestens einen Ballast darstellen würde. Die Ausscheidung der im Reaktionsapparat gebildeten und mit den Restgasen entweichenden schweren Kohlenwasserstoffe ist gleichfalls wichtig, weil es sich hierbei bereits um erstrebte Endprodukte handelt und eine erneute Durchleitung durch den Apparat eine Rückbildung oder aber doch eine Beeinträchtigung der weiteren Bildung schwerer Kohlenwasserstoffe bewirken könnte. Nach Ausscheidung dieser beiden Teile erhält man ein fast reines Gemisch aus Wasserstoff und leichten Kohlenwasserstoffen, die für die Hydrierungsreaktion wertvoll sind.
  • Durch die Zumischung eines die Kohlensäure absorbierenden Stoffes, z. B. Kalk. kann schließlich eine Verbesserung der Reaktion erreicht werden, indem durch die ständige Ausscheidung der gebildeten Kohlensäure ständig das thermochemische Gleichgewicht zwischen den einzelnen Komponenten (C, CO, C04, H40, H--) gestört wird, und es tritt hierdurch ständig die verstärkte Tendenz zu einer weiteren Zerlegung von «rasserdampf auf.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Hydrierung von Brennstoffen, besonders von Kohle und Kohlenwasserstö -ften, -mit Wasserdampf und Kohlenoxyd unter hohem -Druck und bei hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet,' daß das - Wasserdampf-Kohlenoxyd-Gemisch durch das auf die Reaktionstemperatur vorgewärmte Brennstoffgemisch nach Art eines Spülgases hindurchgeleitet und dem Brennstoffgemisch Natriumcarbonat beigemischt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Wasserdampfüberschuß angewendet wird, daß der Wärmeüberschuß der Reaktion zwischen Kohlenoxyd und Wasserdampf dem Wärmev erbrauch bei der Reaktion des Dampfüberschusses -:nit dein Brennstoff gleich ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Reaktionszone mit einer Wärmeisolation versehen wird. q..
  4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des erforderlichen Kohlenoxyds Sauerstoff unter Druck bei hoher Temperatur mit dem festen Rückstand der Hy drierungszone in einem wärmeisolierten Raum zur Reaktion gebracht wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenoxy derzeugung im unteren Teil des Reaktionsgefäßes, in dem sich die Rückstände der Hydrierungsreaktion ansammeln, erfolgt, indem durch diese Rückstände verdichteter Sauerstoff, gegebenenfalls vermischt mit Wasserdampf, geleitet wird, während an der Eintrittsstelle des erzeugten Kohlenoxyds in den .eigentlichen Hydrierungsraum der erforderliche Wasserdampf, gegebenenfalls auch Umwälzgase, zugeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch Kohlenoxyd getrennt von dem Dampf so zugeführt wird, daß sich beide Gase erst in der Reaktionszone mischen.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilgase (CO@ und H40) vor Einführung in die Reaktionszone auf nahezu die Reaktionstemperatur erhitzt werden und die Beheizung des Reaktionsgemisches nur durch die bei der Reaktion frei werdende Reaktionswärme erfolgt. B. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des den Apparat verlassenden Reaktionsgases wieder dem Frischdampf zugesetzt und mit diesem erneut durch die Reaktionsapparatur geleitet wird. g. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem umlaufenden Gase vor der erneuten Einführung in den Reaktionsapparat die gebildete Kohlensäure und gegebenenfalls auch die in diesem enthaltenen Kohlenwasserstoffdämpfe, in an sich bekannter Weise ausgeschieden werden. io. Verfahren nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff neben dem Natriumcarbonat gebrannter Kalk zugemischt wird.
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