DE3031477C2

DE3031477C2 - Verfahren zum Hydrieren von Kohle

Info

Publication number: DE3031477C2
Application number: DE3031477A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6685 Blieskastel Würfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1980-08-21
Filing date: 1980-08-21
Publication date: 1986-09-18
Also published as: AU7532881A; WO1982000656A1; AU549040B2; DE3031477A1

Abstract

Kontaktelektroden-Anordnung für Lichtbogen- oder Widerstandsschmelzöfen, mit einer außerhalb der Ofenmauerung angeordneten Basisplatte, mit der die Hälse mehrere Elektroden leitend verbunden sind, wobei der übrige Teil der Elektroden in die Ofenausmauerung hineinragt und mit der in dem Ofenherd befindlichem Schmelze Kontakt hat. Die Basisplatte (6) ist unterhalb des Ofenbodens (4) in Abstand angebracht. Zwischen Basisplatte und Ofenboden ist damit ein Zwischenraum (7) geschaffen, in dem ein die Elektrodenhälse (8), die Ofen-Außenseite und die Basisplatte (6) kühlendes Fluid, insbesondere Luft, fließen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Konle, bei dem Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt, auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erhitzt und in einem aus mehreren in Reihe geschalteten Reaktionsräumen bestehenden Reaktorsystem in Gegenwart von Katalysator und g>Vasserstpff hydriert; wird und^beitdem: das. aus idem 'Reaktorsystem'abzieherideHydrieiprodukt in eine gas- bzw. dampfförmige und eine feststoffhaJtige flüssige Phase zerlegt und die einzelnen Phasen der weiteren Aufarbeitung zugeführt werden.

Bei der Hydrierung von Kohle zur Erzeugung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, z. B. nach dem IG-Verfahren, wird die Kohle in Form einer Suspension aus etwa gleichen Teilen Kohle und Anreiböl zusammen mit dem Katalysator und etwa 50% des benötigten Wasserstoffs auf Hydrierdruck gepumpt, dann auf die An-Springtemperatur der Hydrierung aufgeheizt und anschließend in einem aus mehreren in Reihe geschalteten Reaktionsräumen bestehenden Reaktorsystem hydriert. Dabei wird dem Reaktionsraum der noch für die Hydrierung benötigte Restwasserstoff als Kaltga'- zur Kontrolle der exothermen Hydrierreaktionen zugeführt. Das am Ausgang des Reaktorsystems anfallende Hydrierprodukt wird in einem nachgeschalteten Heißabscheider in eine gas- bzw. dampfförmige und eine feststoffhaltige flüssige Phase zerlegt und in den weiterea Anlageteilen getrennt zu den gewünschten Endprodukten weiterverarbeitet

Bei diesem bekannten Verfahren sind relativ hohe Drücke von mehr als 300 bar erforderlich, um bei befriedigendem Wirkungsgrad die gewünschte Ausbeute an flüssigen Kohlewasserstoffen zu gewährleisten. Es liegt auf der Hand, daß die Auslegung der Anlage auf solch hohe Drücke und die aufzubringende Kompressionsarbeit zu einer erheblichen Belastung an Investitions- und Betriebskosten und somit der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens insgesamt führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Senkung von Investitions- und Betriebskosten die Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens zur Kohlehydrierung der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest zwischen zwei Reaktionsräumen aus dem dort vorliegenden Hydrierzwischenprodukt unter Druckerhalt des Reaktorsystems mindestens ein Teil der Gase und Dämpfe abgetrennt und das verbleibende Restprodukt dem nachgeschalteten Reaktionsraum unter Zugabe von Frischwasserstoff zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht die Durchführung der Hydrierreaktionen nunmehr bei einem um die Summe der Partialdriicks der abgetrennten wasserstofffreien Gase und Dämpfe erniedrigten Druck Bei dem bekannten Verfahren wurde der für die Hydrierreaktionen bei einem bestimmten Druck benötigte Wasserstoff durch die sich im Zuge der Hydrierung in den einzelnen Reaktoren bildenden Gase und Dämpfe, wie z. B. Methan, Kohlenmonoxyd, -dioxyd, Naphthadämpfe, Wasserdampf usw., stark verdünnt, wodurch zur Aufrechterhaltung des Wasserstoffangebotes für die Hydrierung ein um die Partialdrücke der genannten Komponenten erhöhte»· Gesamtdruck erforderlich wurde. Durch die Abtrennung können diese Gase und Dämpfe nunmehr zur Verdünnung des Wasserstoffs nicht mehr beitragen, so daß die Hydrierreaktionen bei niedi igerem Druck durchgeführt werden können.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die in einem Reaktionsraum gebildeten und dampfförmig vorliegenden Destillate im Naphtha- und Mittelölbereich sowie verdampfte Teile des Anreiböles nicht mehr das gesamte Reaktorsystem durchlaufen, sondern vielmehr unmittelbar im Anschluß ihrer Entstehung aus dem Hydrierzwischenprodukt abgetrennt werden. Die Verweilzeit dieser Komponenten im Reaktorsystem wird somit ,3i{erheblichvernngert^und hierdurch die Entstehung üneriewünschter Spaltreaktionen, welche unter zusätzlichem Wasserstoffverbrauch zu weiterer Gas- und Dampfbil-

iung führen, vermindert. Auch können die entfernten Gase und Dämpfe in nachfolgenden Reaktionsräümen nicht mehr als überkritische Extraktionsmittel wirken, wodurch weniger schwere und unter den Hydricrbedin-

gungen flüssige Destillate aus der flüssigen Phase entfernt werden und somit dem System als wichtiger Wasserstoffzwischenträger erhalten bleiben. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei der Kohlehydrierung sich der molekulare Wasserstoff bevorzugt nicht direkt an die Kohle anlagert. Vielmehr werden zunächst in einem Zwischenschritt vorhandene Destillate weiter aufhydriert, wobei diese dann den Wasserstoff nunmehr aber im atomaren Zustand an die Kohle weitergeben.

Als weitersi- wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens kommt hinzu, daß infolge des verringerten Gas- und Dampfdurchsatzes durch das Reaktorsystem der Füllungsgrad der einzelnen Reaktionsräume und somit deren Reaktionsraumausnutzung erheblich gesteigert wird. Bei gleichem Konledurcbsatz können die einzelnen Reaktionsräume nunmehr kleiner bemessen sein, was zu einer weiteren Einsparung an Investitionskosten führt

Die Abtrennung der Gase und Dämpfe aus dem Hydrierzwischenprodukt kann entweder direkt am Kopf oder innerhalb des jeweiligen Reaktionsraumes oder in einem zwischen zwei Reaktionsräurne geschalteten Abscheider erfolgen. Zumindest teilweise köm.en die abgetrennten Gase und Dämpfe dann dem abziehenden Kopfprodukt des dem Reaktorsystem nachgeschalteten Heißabscheiders zugeführt und zusammen mit diesem aufgearbeitet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der jedem Reaktionsraum des Reaktorsystems zuzuführende Frischwasserstoff in fein verteilter Fcrm zugegeben, wobei zweckmäßigerweise die Menge des zudosierten Wasserstoffs in etwa dem Wasserstoffverbrauch in dem jeweiligen Reaktionsraum entspricht, d.h. es wird gerade soviel Wasserstoff zugeführt wie zur Aufrechterhaltung des für die Durchführung erforderlichen Wasserstoffpartialdruckes erforderlich ist Auf diese Weise wird verhindert, daß zusammen mit den Gasen und Dämpfen des Hydrierzwischenproduktes noch größere Mengen an unverbrauchtem Wasserstoff abgezogen werden, Zweckmäßigerweise wird zumindest ein Teil des Frischwasserstoffs ohne vorherige Erwärmung eingespeist, so daß dieser zur Temperaturstabilisierung und somit zu der gewünschten isothermen Fahrweise beitragen kann.

Die Zuführung des Frischwasserstoffs kann durch Zumischung zu dem dem jeweiligen Reaktionsraum zuströmenden Hydrierzwischenproaukt und/oder durch direkte Einspeisung in den Reaktionsraum erfolgen.

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

Gemäß der Figur werden Frischkohle, Katalysator und Anreiböl über Leitungen 1,2 und 3 einem Mischbehälter 4 zugeführt und dort zu einem Brei verrührt. Das Verhältnis von Frischkohle zu Anreiböl beträgt etwa 1:1. Der Kohlebrei wird mittels einer Hochdruckpumpe 5 auf etwa den Druck der Hydrierung von etwa 250 bar gepumpt und in einer Mischzone 6 innig mit heißen Gasen und Dämpfen, deren Herkunft weiter unten noch erläutert wird, vermischt In einem Abscheider 7 wird das Produkt der Mischzone 6 in seine Phasen zerlegt;, gDie Gas- bzw. Dampfphase vom Kopf des Abscheiders!, i'dic nebeniWass'erdämpf, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Methan und weiteren Gasen die erzeugten Destillate im Naphtha- und Mittelölbereich enthält, wird in einem Wärmetauscher 9 gegen Frisch wasserstoff abgekühlt Ein Teil der dabei auskondensierenden Destillate wird über Leitungen 'jSi und 3 dem Mischbehälter 4 als

Anreiböl zugeführt, während das verbleibende Restprodukt über eine Leitung 23 einer hier nicht dargestellten Aufarbeitung zuströmt

Das Sumpfprodukt des Abscheiders 7 enthält die gesamte zu hydrierende Frischkohle sowie den Katalysator. Es wird mittels einer Förderpumpe 8 zusammen mit dem über eine Leitung IO zugespeisten Wasserstoff dem ersten Reaktionsraum 11 eines aus zwei Reaktionsräumen II und 15 bestehenden Reaktorsystems zugeleitet. Das am Kopf des ersten Hydrierreaktors 11 anfallende Hydrierzwischenprodukt enthält als feste Komponenten die noch nicht umgesetzte Kohle, die bereits vorliegende Asche sowie den Katalysator, als flüssige Komponenten schwere Destillatöle und Bitumen und als gas- und dampfförmige Komponenten im wesentlichen Methan und andere tiefsiedende Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Wasserdampf, Naphtha- und Mittelöldämpfe usw. Um zu verhindern, daß diese gas- und dampfförmigen Komponenten in den zweiten Reaktionsraum 15 gelangen und die dort ablaufenden Hydrierreaktionen negativ beeir. V.ssen, werden sie in einem dem Reaktor 11 nachgeschauten Abscheider i2 abgetrennt und über eine regelbare Leitung 13 dem abziehenden Kopfprodukt des Heißabscheiders 17 zugemischt

D?.5 flüssige Hydrierzwischenprodukt vom Sumpf des Abscheiders 12 strömt über eine ebenfalls regelbare Leitung 14 in den zweiten Reaktionsraum 15, wobei dort noch benötigter Wasserstoff über eine Leitung 16 zudosiert wird. Die beiden Ventile in den Leitungen 13 und 14 dienen zur Druckerhaltung im System. Im zweiten Reaktionsraum 15 erfolgt die Weiterhydrierung der Kohle zu dem angestrebten Endprodukt Vom Kopf des Reaktionsraumes 15 wird das Hydrierprodukt dem Heißabscheider 17 zugeleitet und dort in seine Phasen zerlegt Das heiße Kcpfprodukt des Heißabscheiders strömt zusammen mit den Gasen und Dämpfen aus der Leitung 13 dem Mischrohr 6 zu und vermischt sich dort innig mit dem frischen Kohlebrei. Daourch ,vird der Kohlebrei im direkten Wärmetausch stark erhitzt, so daß auf aufwendige Wärmetauscher unii auch auf den sonst üblichen Vorerhitzer zur Erwärmung des Kohlebreis auf die Anspringtemperatur der Hydrierung verzichtet werden kann.

Das Sumpfprodukt des Heißabscheiders 17 wird über eine Leitung 19 in eine Vakuumdestillationsanlage 24 eingespeist. Der anfallende Vakuumrückstand wird über eine Leitung 21 abgezogen, während das gewonnene Vakuumö! zumindest teilweise über eine Leitung 20 als Anreiböl für die Frischkohle zur Verfügung gestellt wird.

Falls das Reaktorsystem nicht aus mehreren in Reihe geschalteten Reaktior.sräumen, sondern nur aus einem ein/.igen Reaktor besteht, erweist es sich als zweckmäßig, die im Reaktor gebildeten Gase und Dämpfe abzutrennen noch bevor sie den gesamten Reaktor durchströmt haben. Dies kann z. B. durch einen oder mehrere im Reaktor übereinander angeordnete Gasfangtrichter erfolgen, durch, welche die Gase und Dämpfe aufgefangen und getrennt vom übrigen Reaktorinhalt aus dem Reaktor abgezogen werden, ,

'Hierzu'! Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt, auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erhitzt und in einem aus mehreren in Reihe geschalteten Reaktionsräumen bestehenden Reaktorsystem in Gegenwart von Katalysator und Wasserstoff hydriert wird und bei dem das aus dem Reaktorsystem abziehende Hydrierprodukt in eine gas- bzw. dampfförmige und eine feststoffhaltige flüssige Phase zerlegt und die einzelnen Phasen der weiteren Aufarbeitung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen zwei Reaktionsräumen aus dem dort vorliegenden Hydrierzwischenprodukt unter Druckerhalt des Reaktorsystems mindestens ein Teil der Gase und Dämpfe abgetrennt und das verbleibende Restprodukt dem nachgeschalteten Reaktionsraum unter Zugabe von Frischwasserstoff zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Reaktionsraum zumindest ein Teil der gebildeten Gase und Dämpfe aus dem jeweils vorliegenden Hydrierzwischenprodukt abgetrennt und dem Restprodukt Frischwasserstoff zugeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase und Dämpfe in einem, dem jeweiligen Reaktionsraum nachgeschalteten Abscheider abgetrennt werden.

4. Verfahren räch den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase und Dämpfe innerhalb des jeweiligen Reaktionsraumes abgetrennt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die aus dem Hydrierzwischenprodukt abgetrennten Gase und Dämpfe zumindest teilweise der aus dem Hydrierprodukt am Ende des Reaktorsystems abgetrennten gas- bzw. dampfförmigen Phase zugemischt und zusammen mit dieser aufgearbeitet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff in fein verteilter Form zugegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Reaktionsraum in etwa nur diejenige Frischwasserstoffmenge zugeführt wird, die zur Aufrechterhaltung des für die Hydrierreaktionen erforderlichen Wasserstoffpartialdruckes benötigt wird.