DE3021859C2

DE3021859C2 - Verfahren zum Hydrieren von Kohle

Info

Publication number: DE3021859C2
Application number: DE3021859A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Dr. 6685 Blieskastel Würfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1980-06-11
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1982-05-19
Also published as: CA1153328A; ZA813800B; GB2090283B; AU546261B2; AU7322281A; DE3021859A1; WO1981003661A1; JPS57500786A; GB2090283A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die feingemahlene Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt, zunächst im Wärmetausch mit Hydrierprodukten vom Kopf des Heißabscheiders und dann durch Zufuhr von Fremdwärme auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erhitzt und anschließend in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird und bei dem das Hydrierprodukt in mindestens einem Heißabscheider in ein dampfförmiges Kopfprodukt und ein flüssiges, schwere Destillatöle, nicht destillierbare Bestandteile und Feststoffe enthaltendes Sumpfprodukt zerlegt wird.

Bei der Hydrierung von Kohle nach einem Verfahren der eingangs genannten Art wird das Kopfprodukt des Heißabscheiders, das neben den kohlestämmigen Kohlenwasserstoffdämpfen bis hin zum Mittelölbereich unter anderem noch den unverbrauchten Wasserstoff sowie Wasserdampf enthält, vor seiner Aufbereitung in mehreren Destillierstufen zunächst im Wärmetausch mit dem frischen, zu hydrierenden Kohlebrei abgekühlt. Auf diese Weise kann ein erheblicher Teil der bei der Hydrierung anfallenden exothermen Reaktionswärme unmittelbar zum Aufheizen des Kohlebreis herangezogen werden. Je größer diese Wärmemenge ist, um so geringer ist die zusätzliche noch benötigte Fremdwärme. das heißt, um so wirtschaftlicher ist das Hydrierverfahren.

Die größte Wirtschaftlichkeit wäre erreicht, wenn der Heißabscheider unmittelbar bei der Temperatur des Hydrierreaktors (etwa 475° C) gefahren würde, da in diesem Falle die größte Menge Kopfprodukt bei der höchsten Temperatur für den Wärmetausch mit dem frischen Kohiebrei zur Verfügung stünde.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den Temperaturen des Hydrierreaktors an der Innenwand des Heißabscheiders, insbesondere im Bereich des Sumpfes, unerwünschte Verkokungen und Anbackungen auftreten, die nach kurzer Zeit die Funktionsweise des Heißabscheiders stark beeinträchtigen bzw. ganz unterbinden.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten im Heißabscheider ist es bekanntgeworden, das den Hydrierreaktor verlassende Hydrierprodukt vor der Einleitung in den Heißabscheider in einem zusätzlichen Wärmetauscher auf eine Temperatur abzukühlen, bei der Verkokungen und somit Ablagerungen nicht mehr auftreten. Vergleiche hierzu »Compendium 76/77; DGMK-Vorträge der 4. Gemeinschaftstagung ÖGEW/ DGMK vom 4.-6. Oktober 1976 in Salzburg; Industrieverlag von Herrenhausen KG; 1976; Seiten 373—383«.

Als Nachteil einer solchen Zwischenkühlung ergibt sich jedoch, daß aufgrund der Kühlung den Hydrierreaktor zunächst dampfförmig verlassende Destillatöle auskoncensieren und sich zusammen mit den höhersiedenden Destillatölen, dem nichtdestillierbaren Hydrierrückstand und den Feststoffen, wie unverbrauchte Kohle, Asche, Katalysatorteilchen, im Sumpf des Heißabscheiders sammeln. Die erneute Abtrennung dieser schweren Destillatöle aus dem Sumpfprodukt erweist sich dann verhältnismäßig aufwendig. Auch

J5 verringert sich die für den Wärmetausch mit dem frischen Kohlebrei zur Verfügung stehende Menge an Heißabscheider-Kopfprodukt um den durch die Kühlung auskondensierten Anteil, so daß für den Wärmetausch mit dem frischen Kohlebrei eine geringere

An Menge Kopfprodukt bei niedrigerer Temperatur zur Verfügung steht.

Hinzu kommt, daß der Wärmetauscher für die Kühlung des Hydrierproduktes, da er von der gesamten Hydrierproduktmenge durchströmt wird, sehr aufwendig ist. Zusätzliche Risiken im Betrieb ergeben sich, da auch in diesem Wärmetauscher bereits Verkokungen und somit Ablagerungen auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle zu entwickeln, das es auf einfache Weise ermöglicht, eine möglichst große Menge der im Hydrierreaktor erzeugten exothermen Reaktionswärme zum Aufheizen des frischen Kohlebreis zur Verfügung zu stellen.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der aus dem Sumpfprodukt abgetrennten Desiillatöle in den Heißabscheider zurückgeführt wird.

Die in den Heißabscheider zurückgeführten Destillatöle führen zu einer Verdünnung des Heißabscheidersumpfes, so daß in diesem auch bei höheren Temperaturen keine Verkokungen auftreten. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, nur Destillate zurückzuführen, deren Siedepunkt oberhalb der Sumpftemperatur liegt, um eine Verdampfung der Destillate und somit erneute Eindickung des Sumpfes zu verhindern. Die Erfindung sieht deshalb gemäß einem weiteren Merkmal vor. daß die Abtrennung der Destillatöle aus dem Sumpfprodukt

durch Vakuumdestillation erfolgt, daß die dabei anfallenden Vakuumöldämpfe einer fraktionierten Kondensation in mindestens zwei Stufen unterzogen werden und daß zumindest ein Teil der schwereren Destiliatölfraktion ohne weitere Abkühlung in der. Heißabscheider zurückgeführt wird.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die rückgeführten Destillatöle gleichmäßig auf die Innenwand des Heißabscheiders verteilt werden. Im oberen Teil des Heißabscheiders entsteht auf dessen Innenwand eiii dünner Schutz- bzw. Reinigungsfilm durch das an der Wand nach unten ablaufende Destillatöl, während im Wandbereich des Sumpfes eine sogenannte Abschlammverdünnungszone erzeugt wird. Film und Verdünnungszone bewirken, wie sich überraschenderweise gezeigt hat, daß an der Wand selbst auch bei höheren Temperaturen keine Anbackungen bzw. Verkokungen auftreten.

Die Rückführung der Destillatöle und deren Verteilung kann mittels einer im oberen Bereich des Heißabscheiders vorgesehenen Ringleitung, die gleichmäßig verteilte öffnungen aufweist, erreicht werden.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit auf eine Kühlung des Hydrierproduktes vor Eintritt in den Heißabscheider verzichtet werden, d. h. dieser kann dampfseitig bei der vollen Temperatur des Hydrierreaktors (ca. 475°C) gefahren werden. Damit steht für den Wärmetausch zwischen Kopfprodukt und frischem Kohlebrei zur Aufheizung des Breies eine maximale Menge Kopfprodukt bei der höchstmöglichen Temperatur zur Verfugung. Die zur Aufheizung des Kohlebreis zusätzlich noch benötigte Fremdwärme reduziert sich auf ein Minimum. Die Wärmebilanz des Gesamtverfahrens wird daher erheblich verbessert.

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

Die Figur zeigt ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die feingemahlene Kohle über eine Leitung 1, ein Eisenoxidkatalysator über eine Leitung 2 und Anreiböl über eine Leitung 3 einem Behälter 4 zugeführt und dort innig zu einem Brei verrührt werden. Mittels einer Pumpe 5 wird der Brei auf den Druck der Hydrierung von etwa 300 bar gefördert und zunächst in einem Wärmetauscher 18 im Wärmetausch mit heißem Hydrierprodukt auf eine Temperatur von etwa 400° C pnd dann in einem fremdbeheizten Röhrofen 7 auf die Anspringtemperatur der Hydrierung von etwa 430°C erhitzt. Der benötigte Wasserstoff wird dem Kohlebrei über eine Leitung 6 zugeführt.

ίο Im Reaktionsraum 8 erfolgt die Hydrierung der Kohle bei einer mittleren Temperatur von etwa 475°C. Das erzeugte Hydrierprodukt gelangt in einen Heißabscheider 9, aus dem bei ca. 475°C Überkopf die Dämpfe abgezogen und über eine Leitung 10 dem Wärmetauscher 18 zugeführt werden. Der im Sumpf des Heißabscheiders 9 anfallende Abschlamm aus schweren Destillatölen, nicht destillierbaren flüssigen Bestandteilen und Feststoffen wird über ein Entspannungsventil 11 einer Vakuumdestillationsstufe 12 zugeführt. Vakuumrückstand und Destillate werden über Leitungen 13 und 14 zur weiteren Verwendung aus der Destillationsanlage abgezogen.

Erfindungsgemäß wird dabei ein Teil der anfallenden schweren Destillatölmenge ohne weitere Abkühlung mittels einer Pumpe 15 auf den Druck des Heißabscheiders 9 gepumpt und über eine Leitung 16 sowie eine im oberen Bereich des Heißabscheiders angeordnete Ringleitung 17 ernejt in diesen eingespeist. Die Einspeisung erfolgt so, daß das Destillatöl entlang der Innenwand des Heißabscheiders herabläuft. Auf diese Weise entsteht auf der Wand im oberen Bereich des Heißabscheiders ein dünner Schutzfilm und im Bereich des Sumpfes eine Abschlammverdünnungszone, wodurch Anbackungen bzw. Verkokungen auf der

η Innenwand verhindert werden. Der Heißabscheider 9 kann somit dampfseitig bei der gleichen Temperatur wie der Reaktor 8, also bei etwa 475°C, gefahren werden, wodurch eine maximale Menge an Kopfprodukt bei der höchsten Temperatur des Verfahrens über die Leitung 10 dem Wärmetauscher 18 zuströmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die feingemahlene Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt, zunächst im Wärmetausch mit Hydrierprodukten vom Kopf des Heißabscheiders und dann durch Zufuhr von Fremdwärme auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erhitzt und anschließend in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird und bei dem das Hydrierprodukt in mindestens einem Heißabscheider in ein dampfförmiges Kopfprodukt und ein flüssiges, schwere Destillatöle, nicht destillierbare Bestandteile und Feststoffe erhaltendes Sumpfprodukt zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der aus dem Sumpfprodukt des Heißabs^heiders abgetrennten Destillatöle in den Heißabscheider zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Destillatöle aus dem Sumpfprodukt durch Vakuumdestillation erfolgt, daß die dabei anfallenden Vakuumöldämpfc einer fraktionierten Kondensation in mindestens zwei Stufen unierzogen werden und daß zumindest ein Teil der schweren Destillatölfraktion ohne weitere Abkühlung in den Heißabscheider zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückgeführten Destillatöle gleichmäßig auf die Innenwand des Heißabscheiders verteilt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Destillatöle über ein im oberen Bereich des Heißabscheiders angeordnete, mit Öffnungen versehene Ringleitung erfolgt.