SU904530A3 - Способ сепарации дегт и твердых частиц из продуктов разжижени угл - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к способам сепарации дегт  и твердых частиц из продуктов разжижени  угл , проводимого 8 присутствии водорода и растворител  и может найти применение в угольно-химической промышленности. Проблема удалени  или сепарации взвешенных твердых частиц и дегт  из потока разжиженного угл  возникает во всех отрасл х промышленности, св занных с использованием продуктов разжижени  угл . При производстве из жидкого угл  синтетических продуктов уголь обычно дроб т, смешивают с раст ворителем с образованием суспензии и обогащают с помощью Тидрировани . При этом получают продукты разжижени  угл  с захваченными твердыми частицами , дегтем и т.п. Традиционные решени  этой проблемы предусматривают перегонку, выпаривание, фильтрацию , отстаивание и центрифугирование дл  удалени  твердых частиц. Чаще всего примен ют перегонку или фильтрацию . Однако стоимость затрат тепла и энергии в таких способах может привести к его промышленной неприменимости . Кроме того, твердые частицы, наход щиес  в кип щей фракции, расположенные высоко у поверхности, сильно адсорбируют жидкости. Поэтому полное удаление жидкости из твердых частиц, как из золы, так и из непреобразованного угл , затруднительно. Кроме того, некоторое количество жидкости должно быть оставлено в твердой фазе, чтобы сохранить текучесть остаточной фракции дл  удалени  последней из вакуумного испарител  или устройства дл  вакуумной перегонки. Наиболее близким .к предлагаемому изобретению  вл етс  способ сепарации дегт  и твердых частиц из продуктов разжижени  угл  путем смешивани  исходного сырь  с растворителем, в качестве которого используют нефт ную фракцию, в частности керосиновую , 5 которой выкипает при 121 С 3- 9 и 95 при$177 С. Характеризующий фактор такого растворител  составл ет К -УТв/С ; 9, 75 . где Tg средн   молекул рна  температура кипени , G - удельный вес при 15, Весовое соотношение жидкий промотор: продукты разжижени  угл  сос тавл ет 0,2:1-3:1. Гравитационное осаждение в присутствии такого растворител  провод т при 1 9-315 С, давлении 0-35 атм Растворитель затем отгон ют и возвращают на смешение с исходным сырьем. Степень сепарации твердых частиц составл ет/ 98,7% (содержание их в целевом продукте составл ет- /О ,03%) Цель изобретени  - упрощение технологии процесса. Поставленна  цель достигаетс  способом сепарации дегт  и твердых частиц угл  из продуктов разжижени  угл , содержащих твердые частицы с диаметром 0,1-70 мкм, путем смешени  их с растворителем, в качестве которого используют трихлортрифторэтан, вз тым в объемном соотношении продук ты разжижени : трихлортрифторэтан, равном 0,5 1-5:1 в течение 0,560 мин с получением верхней фазы, содержащей деготь и твердые частицы и нижней фазы, содержащей растворитель и другие продукты разжижени  угл  с последующим разделением этих фаз, отгонкой растворител  и возвращением его на смешение. На чертеже представлена принципиальна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Измельченный уголь и масло (растворитель дл  угл ) подают по линии в зону 2 образовани  суспензии, где они смешиваютс  с растворителем, пос тупающим по линии 3 и, совместно с водородом, подаваемым по линии k, по дают в зону 5 разжижени , содержащую катализатор гидрировани . Водород по дают в линию k из рециркул ционной линии 6, и, если необходимо, по лиНИИ 7- Продукт разжижени  угл , полу ченный в зоне 5 разжижени  в результате обычного процесса гидрировани  направл ют по линии 8 в зону 9 смеше ни  вместе с трихлортрифторметаном, который подают в линию 8 по лини м 0-12.,Трихлорфторметан и продукт разжижени  угл , содержащий деготь и/или твердые частицы, тщательно пер 0 мешивают и после этого направл ют по линии 13 в сепарационную зону k или гидроклон 15, где продукт разжижени , деготь и твердые частицы раздел ют с образованием нижней фазы, содержащей продукт разжижени  угл  без дегт  и/или твердых частиц и трихлорфторметан , и верхней фазы, содержащей деготь и/или твердые частицы, а также некоторое количество захваченного трихлорфторметана. Нижнюю фазу подают по линии 16 в зону очистки растворител  17, где с помощью теплообменника 18 растворитель очищают от масла, трихлорфторметан отвод т по линии 19. Масло направл ют по лини м 20 и 21 в собирающее устройство , а часть масла возвращают в зону образовани  суспензии 2 по линии 3- Верхнюю фазу, содержащую деготь и/или твердые частицы и растворитель , подают по линии 22 в зону очистки растворител  23, в которой растворитель очищают от дегт  и/или твердых продуктов с помощью теплообменника 2 и по лини м 11 и 12 возвращают в зону 9 смешени . Деготь и твердые частицы возможно подавать по линии 25 в зону 26 получени  газа, в которую по линии 27 ввод т пар. В зоне 2б получени  газа происходит экзотермическа  реакци  свободного кислорода с дегтем и твердыми частицами, при которой выдел ютс  углекислый газ, угарный газ, вод ные пары, метан и тепло. В результате вторичных реакций получают водород. Пар сдвигает реакцию в сторону выделени  водорода. Деготь и W, получаемые в зоне 26 получени  газа, направл ют по линии 28 в собирающее устройство (не показано), водород и другие компоненты направл ют по линии 29 в зону 30 обогащени  водорода , откуда угарный газ, углекислый газ и метан вывод т по линии 31 в собирающее устройство (не показано ) . Водород подают по линии 6 в линию 7, затем в линию k и в зону 5 разжижени  угл . По предлагаемому способу возмонно перерабатывать любой продукт разжижени  угл , содержащий деготь и твердые частицы. Продукты разжижени  угл , представл ющие собой жидкие синтетические тoпливai получающиес  из твердых углесодержащих веществ, целесообразно получать, смешива  измельченнный углесодержащий материал , например каменный уголь, с растворителем, в результате чего образуетс  суспензи . Суспензию ввод т в реакционный сосуд, содержащий обычный катализатор гидрировани , например никель, кобальт, молибден, титан или вольфрам или их смеси на алюминиевой основе и провод т реакцию при обычных температурах и давлени х процесса гидрировани .

В реакционный сосуд ввод т внешний источник водорода, используемый совместно с катализатором гидрировани . Водород может примен тьс  и без катализатора, например, в сие теме восстановлени  растворител  угл . После гидрировани  полученные продукты сжижени  угл  раздел ют предлагаемым способом. Полученные

(продукты перегон ют, получа  фракции с различными температурами кипени . Некоторые из этих продуктов возможно использовать в качестве топлива. Другие возможно обогащать при помощи таких процессов, как крекинг, гидрокрекинг и т.п.

Синтетические жидкие топлива, получаемые из угл , относ тс , в ОСНОЕГном к ароматическим веществам, выкипают ь диапазоне от 38, до ., имеют плотность от 0,9 до 1,1 молекул рное соотношение углерода к водороду составл ет от 1,3:1 до 0,66:1.

Состав угл , примен емого дл  получени  продуктов сжижени , представлен в табл. 1.

Таблица 1

Наличие углерода и водорода в угле св зано, главным образом, с бензольными соединени ми, многокольцевыми ароматическими соединени ми, ге тероциклическими соединени ми и т.д Азот присутствует в виде химически .св занного с ароматическими соединени ми . Некоторое количество серы и кислорода находитс  в виде химичес ки св занных с ароматическими соединени ми , часть - с неограническими элементами, например железом и кальцием . К таким угл м относ тс , например антрацитные, битуминозные и суббитуминозные угли, бурые угли и другие типы углей. Если используют сырой УГОЛЬ, то наилучшие результаты полу чают, когда содержание углерода в сухом угле не превышает 86 вес.%, а сухие летучие вещества составл ют не менее вес. в пересчете на обез золенный уголь. Перед сжижением уголь измельчают в размалывающей машине., например, в молотковой дробилке, до такой степени, что по меньшей мере 50 вес.% угл  просеиваетс  через сито с размером  чеек tO меш. Измельченный уголь раствор ют или суспендируют в подход щем растворителе. В. табл. 2 представлена; состав угл , растворител  - антраценового масла и суспензии масла и суспензии масла и суспензии угл  в масле, используемой дл  получени  затем продуктов сжижени  угл . Возможно использовать диттсбургский пластовый уголь, антраценовое м

ВозмоиГно использовать кентуккский уголь, антраценовое масло и сусТаблица 2

Таблица 3

пензию, состав которых приведен в табл. . масло и суспензию,состав которых приведен в табл. 3

Весовое соотношение растворител  к исходному углю может составл ть 0,6:1 - 9:1 предпочтительно Irl-irl 55 Наилучшие результаты достигаютс , когда это соотношение составл ет 2:1 Возможно использовать весовое соотношение , превышающее , но дополнительных преимуществ при растворении или суспензировании угл  такой прием не дает. Излишнее количество растворител  вводить нецелесообразно , поскольку дл  последующего делени  растворител  потребуютс  дополнительные энергозатраты. В качестве растворител  дл  образовани  пасты используют любое жид кое соединение, или смесь таких соединений , которые могут служить переносчиком водорода. Однако, предпочтительно использовать жидкие аромати ческие углеводороды. Более рациональ ным растворителем  вл етс  антрацено вое масло. Возможно также использовать такие растворители, как полициклические ароматические углеводоро ды, в частности нафталин и хризен, и продукты их гидрогенизации, такие ,как татралин (тетрагидронафталин), декалин и т.п., или одно из этих соединений в смеси с фенольным соединением , например фенолом или крезолом .. Такой растворитель используют в начале процесса. В дальнейшем,/в качестве растворител  используют-жидкую фракцию, получаемую при гидрировании , которую вырабатывают в количестве , достаточном дл  того, чтобы замен ть любое количество растворител , превратившегос  в другие вещества или потер нного в процессе. По мере протекани  процесса растворитель , использованный в начале процес са, постепенно разбавл етс  жидкой фракцией, вырабатываемой в ходе процесса . Таким образом, в конце процесса рециркулируемый поток по существу не содержит исходный растворитель . Если способ осуществл ют в полунепрерывном режиме, то растворитель , используемый в начале каждого нового периода, может быть полученным в предыдущей операции. Такие растворители, полученные из угл ,  вл ютс  ароматическими с диапазоном кипени  от U9 С до 7бО°С, имеют удельный вес от 0,9 до 1, 1j атомное отношение углерода к водороду составл ет до 1,5:1 до 0,56:1. Растворитель, получаемый при пере работке суббитуминозного угл , такого , как Вайсминг-Монтанский уголь, содержит среднее масло с типичным I о диапазоном кипени  от 191 С до 357 С Процесс гидрировани  провод т при температуре 2бО°С - , давлеНИИ атм, предпочтительно. 105 280,атм, при средней весовой скороети в час,составл ющей от 0,25 до 50 кг твердого углесодержащего материала на 1 кг катализатора за 1 ч, Водород добавл ют в количестве 35635бО М VM суспензии. Конкретный вы-, бор условий зависит, например, от катализатора , от типа исходного сырь , от требуемой степени конвертировани . Желательно использовать как можно более низкую приемлемую температуру . Это св зано с тем, что высокие температуры привод т к возникновению нежелательных эффектов, например к коксованию, В частности, если катализаторы гидрогенизации наход тс  под действием высоких температур, их срок службы снижаетс . Скорость рециркул ции водорода мало мен етс  дл  различных материалов и в предпочтительном варианте составл ет 3561/80 суспензии. Возможно использование любого известного катализатора гидрировани . Нецелесообразно использование катализатора , содержащего по крайней мере один компонент гидрировани , выбранный из группы, состо щей из металлов , сернистых металлов и/или окислов металлов группы У1 и УШ периодической таблицы. В частности, в качестве гидрирующих металлов используют никель, кобальт, молибден и вольфрам. Наиболее эффективные катализаторы А содержат от 2 до 25 вес.% (в предпочтительном варианте от i до 16 весД) молибдена и хот  бы один из металлов группы железа на пористой основе, причем металлы группы железа присутствуют в таких количествах, что их атомное отношение к молибдену не превышает 1,0. Катализаторы Б содержат от 5 до kO вес.| (в предпочтительном варианте от 10 до 25 вес.) никел  и вольфрама на пористой основе , причем атомное отношение вольфрама к никелю составл ет от О, 1: 1 до 5:1 (в предпочтительном варианте от 0,3:1 до ). Катализаторы группы У1 и группы У111 могут содержать промоторы в количествах , не превышающих 8 вес. в предпочтительном варианте - не свыше 5 вес.t Наилучшими промоторами  вл ютс  элеенты групп 11 и 1У. Наиболее эффективны из них Ti,Zr,Sr,Mg, Zn и Sn катализаторы типа А могут содержать молибден в обычных количествах, т.е. от 2 до 25 вес. молибдена по отноению к общему весу катализатора, включа  и пористую основу. При использовании менее 2 вес. молибдена активность снижаетс . Содержание молибдена , превышающее 25 весД может использоватьс , то активность при этом не увеличиваетс , а стоимость возрастает. Количество металлов груп пы железа в катализаторах А и Б может измен тьс  в зависимости от указанных пропорций. Однако предпочтительно в катализаторах А использовать два металла группы железа, каждый с атомным отношением к молибдену составл ющим от 0,1 до 0,2. Могут пр сутствовать все металлы группы железа , но предпочтительно использование двух. Если используют промотор группы IV , то используют только один металл группы железа. Содержание гидрирующего компонента может состав л ть от 0,5 до 40 вес. от всего катализатора , вкшача  пористую основу, но обычно находитс  в пределах от 2 до 30 вес.%. При использовании катализатора типа а) предпочтительно выбирать содержание молибдена в пределах от 4 до 1 5 вес. Z, желательно около 8 вес. % от 0,2 до 10 вес.; никел , желательно около 0,5 весД и от 0,5 до 5 вес. кобальта, желательно около 1,0 весД Если используют катализатор типа б) то целесообразно выбирать содержание вольфрама в пределах от 15 до 25 вес ( например,около 19 вес.2;) и от 2 до 10 вес.% (например, 6 вес. никел  нанесенного на пористую основу, например из Окоси алюмини . Используемый в системе трихлортрифторэтан имеет следующие физические свойства: Молекул рный вес Т.кип. при атмосфер 7 ,6 ном давлении - 35 °С Точка замерзани  , 1°с Критическа  температура 33,7 Критическое давление атм 1,565 г/см Плотность при 25 С В зкость при 21, 0,69 сП Поверхностное нат жение при 25С 19,0 дин/с Трихлортрифторэтан смешивают продуктами разжижени  угл , содержащими твердые частицы с диаметром 0,1-70,0 мк (предпочтительно О,3 . 0,0 мк) в объемном соотношении 0,5: 5:1, желательно 1:1 - 3:1 при любой температуре, предпочтительно при комнатной и при любом целесообразном давлении, предпочтительно при атмосферном , в течение времени 0, мун 90 с предпочтительно 1-30 мин. После истечени  этого времени становитс  заметным выраженное разделение фаз с расположенной снизу фазой, содержащей продукты разжижени  угл , и верхней дегтеподобной фазой, содержадей твердые частицы, размер которых во много раз превышает размер исходных частиц . Эти фазы возможно разделить с помощью фильтрации и отгонки, очень быстрой фильтрации, центрифугировани  и т.п. Растворитель легко отдел ют перегонкой и рециркулируют с минимальным энергозатратами благодар  его низкой скрытой теплоте парообразовани  , Пример. Угольную суспензию, содержащую 16,8 кг измельченного Бигхорнского угл , 27 кг антраценового масла и 1,6 кг измельченного катализатора гидрировани , включающего в себ , вес.: Ni 3,8, , Мо 10,l, нанесенных на основу из совместно с 2б,5 м окиси алюмини , гидрогенизации вод ос подвергают при 398,88°С и давлении 27 кг/см в течение 0,75 час. В результате получают продукт разжижени  угл , содержащий 10,9 кг жидкого угл ,13,2 кг дегт  и 2,8 кг твердых частиц. В продукт разжижени  угл  добавл ют 27,2 кг трихлортрифторэтана. Полученную смесь размешивают в течении 5 мин. Затем смеси дают разделитьс  на верхнюю фазу, содержащую деготь, твердые частицы в некоторое количество захваченного трихлортрифторэтана, и нижнюю фазу, содержащую жидкий уголь и Трихлортрифторэтан. После разделени  двух фаз в нижней фазе по существу не содержитс  дегт  или твердых частиц . Обобщенные результаты процесса следующие: Используют угольную суспензию (полный вес 5, кг), в том числе, кг: Игхорнский уголь 1б,8 Антраценовое масло 27,0 Измельченный катализатор гидрообработки 1,6 Полумают извлеченные восстановленные масла (полный вес 10,9 кг), в том числе, кг: Насыщенные углеводороды 0, Ароматические углеводоро- 0, . ДЫ Смолы7,885 Асфальтены 2,525

Нерастворимый деготь и твердые частицы (полный вес 16,ОА кг), в том числе, кг:

Деготь13 2

Твердые частицы2,8

Claims (1)

1. Патент, ГДР № 180328, кл. 120 1/05, 1975 (прототип).