DD237520A5

DD237520A5 - Verfahren zur herstellung von reformerfeed und heizoel oder diesel aus kohle

Info

Publication number: DD237520A5
Application number: DD85279296A
Authority: DD
Inventors: Werner Doehler; Ludwig Merz; Heinz Frohnert; Bernd Uckermann; Ulrich Graeser; Alfons Jankowski; Eckard Wolowski; Hans-Friedrich Tamm; Norbert Wilczok
Original assignee: Veba Oel Entwicklungs-Gesellschaft Mbh,De
Priority date: 1984-08-04
Filing date: 1985-08-02
Publication date: 1986-07-16
Also published as: JPS6181483A; DE3428783A1; DE3428783C2; ZA855870B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Reformerfeed und Heizoel oder Diesel aus Kohle in einer Sumpfphasehydrierung und einer anschliessenden katalytischen Gasphasehydrierung. Erfindungsgemaess wird der Gesamtwasserstoffbedarf beider Phasen als Frischwasserstoff der Gasphasehydrierung zugefuehrt und das hauptsaechlich nichtumgesetzten Wasserstoff enthaltende Abgas in das Kreislaufgassystem der Sumpfphasehydrierung gegeben.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Reformerfeed und Heizöl oder Diesel aus Kohle in einer Sumpfphasenhydrierung und einer anschließenden katalytischen Gasphasenhydrierung bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der DE-PS 900214 wird beschrieben, wie in einem Verfahren zur Entfernung von Fremdgasen aus dem Kreislaufgas der katalytischen Höchstdruckhydrierung von Kohlen, Pech, Teeren, Ölen, Kohleextrakten oder ähnlichen Produkten, bestehend aus Sumpf- und Gasphasensystem, ohne Zuhilfenahme einer besonderen Wascheranlage, das flüssige Reaktionsprodukt der

Gasphasekammern unmittelbar im Gasphase-Kammersystem als Waschflüssigkeit für den durch gasförmige Kohlenwasserstoffe, Stickstoff und Kohlenmonoxid verunreinigten Gaskreislauf der Sumpfphasenkammersysteme benutzt wird, wobei der Sumpf- und Gasphasekreislauf druck- und saugseitig über ein Umlaufpumpensystem verbunden sind und der gesamte Wasserstoff in den gemeinsamen Kreislauf gegeben wird. In einer besonderen Ausgestaltung dieses Verfahrens wird der gesamte Wasserstoff den Gasphasenkammern zugeführt und die Differenz zwischen dem gesamten Gasbedarf der Gasphasekammern und dem zugegebenen Wasserstoff der Druckseite des gemeinsamen Kreislaufes entnommen und somit in der Gasphase von den Verunreinigungen gewaschen.

Dieses Verfahren spart zwar eine zusätzliche Wascheranlage zur Auswaschung der Kreislaufgasverunreinigung ein, kann aber wegen des Arbeitens mit Anteilen des Kreislaufwasserstoffgases aus der Sumpf phasenhydrierung in der Gasphasenhydrierung keine optimale Selektivität der raffinierenden Hydrierung erreichen und bedingt sehr hohe Wasserstoffdrucke und einen hohen Wasserstoffverbrauch. ^N

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das den Wasserstoffverbrauch deutlich vermindert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das bei Wasserstoffpartialdrucken von über 300 bar in der Gasphasenhydrierung arbeitet und eine Senkung der erforderlichen Betriebsdrücke in der Gasphasenhydrierung ermöglicht sowie über die Schaltung der Gaskreisläufe eine Regelung der Temperatur im Gasphasenreaktor ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gesamtwasserstoff bedarf von Sumpf- und Gasphasenhydrierung zunächst in die Gasphasenhydrierung als Frischwasserstoff, der weitgehend frei von den in einem Kreislaufgassystem der Kohlehydrierung enthaltenen Störkomponenten H₂O, NH₃, H₂S, CO, CO₂ und Cr bis C₄-Gase ist, eingesetzt wird und daß das hauptsächlich nichtumgesetzten Wasserstoff enhaltende Abgas in das Kreislaufgassystem der Sumpfphasenhydrierung gegeben wird.

Es wurde erkannt, daß das in der Gasphasenhydrierung abgearbeitete Hydriergas ein für die Sumpfphasenhydrierung in quantitativer als auch qualitativer Hinsicht geeignetes Hydriergas darstellt, welches insbesondere von den Verunreinigungen Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, aber auch Schwefelwasserstoff und Ammoniak weitgehend frei ist. Die hierdurch zur Verfugung gestellte Wasserstoffmenge reicht aus, um den theoretisch notwendigen Wasserstoffverbrauch in der Sumpf phasenhydrierung zu decken.

Erfindungsgemäß wird der Frischwasserstoff, zusammen mit einer als Kohieöl in der Sumpfphasenhydrierung angefallenen Fraktion erhitzt, in die Gasphasenhydrierung, bei einem Mengenverhältnis von Wasserstoff zu Kohieöl von mindestens entsprechend dem Gesamtwasserstoffbedarf in Sumpf- und Gasphase gegeben, wobei der Gesamtdruck in der Gasphasenhydrierung niedriger als der Druck in der Sumpfphasenhydrierung ist. Der Abstrom der Gasphasenhydrierung wird unter Druck abgekühlt, ein Raffinat, das weiter, beispielsweise destillativ, in Reformerfeed und Heizöl oder Diesel aufgetrennt wird, sowie ein Abwasser abgetrennt. Der gasförmig verbleibende Anteil nach Zwischenkomprimieren auf das Druckniveau der Sumpfphasenhydrierung wird zu dem Kreislaufgas der Sumpfphasenhydrierung gegeben, welches nach Ausschleusen eines für die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Wasserstoffpartialdruckes genügenden Abgasanteils, ggf. zusammen mit der Maische, weiter erhitzt und der Sumpfphasenhydrierung zugeführt wird. Nach weiterer Abkühlung des rückstandsfreien Sumpfphasenproduktes auf etwa 50⁰C bis Raumtemperatur unter Ausschleusung eines u. a. Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthaltenden Abwassers wird die als Kohieöl anfallende flüssige Fraktion, ggf. nach partieller Entspannung, und nach Erhitzen mit dem Frischwasserstoff in die Gasphasenhydrierung geführt.

Zur Temperaturregelung im Gasphasereaktor wird gemäß der Erfindung aufgeteilt in eine Teilmenge, die dem Gasphasenfeed vor Eintritt in die Gasphasenhydrierung zugeführt und eine restliche Teilmenge, die als Quenchgas zur Temperaturregelung in die Gasphasenhydrierung geführt wird.

Bei höheren Qualitätsanforderungen an die Produkte, die mit einem höheren Wasserstoffumsatz und damit größerer Exothermie in der Gasphasenhydrierung verbunden sind, kann erfindungsgemäß zusätzlich aus dem Sumpfphasekreislauf, Quenchgas in den Gasphasereaktor oder zwecks Rückführung eines Teils des abgearbeiteten Hydriergases und Einspeisung als Quenchgas in den Gasphasereaktor bzw. Zuführung zum Gasphasefeed die Gasphase mit einem eigenen Gaskreislauf ausgestattet werden. Der Druck in der Gasphase liegt wenigstens um etwa 50 bar niedriger als der in der Sumpfphase angewandte Druck bzw. die Sumpfphase wird bei einem Druck von 100 bis 400 bar und die Gasphase bei einem Druck von 50 bis 200 bar betrieben. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfugung gestellte integrierte Kohleölraffination zeichnet sich insbesondere durch eine spezielle Schaltung der Gaskreisläufe für Gasphase und Sumpfphase aus, indem ein Kreislaufgassystem nur noch in der Sumpfphase bzw. zusätzlich in der Gasphase, aber getrennt von der Sumpfphase vorgesehen und Frischwasserstoff nur der Gasphasenhydrierung zugeführt wird. Darüber hinaus wird eine wesentliche Verminderung des erforderlichen Druckes in der Gasphasenhydrierung gegenüber dem bekannten Verfahren erreicht.

Das Mengenverhältnis von Wasserstoff zu Kohieöl bei der Zugabe des in die Gasphasenhydrierung eingesetzten Frischwasserstoffes liegt bei 1 000 bis 5000, vorzugsweise bei 1 500 bis 3000m³/t Kohieöl.

Der Abstrom der Gasphasenhydrierung wird energiegünstig durch Wärmetausch mit dem entgegenkommenden der Gasphasenhydrierung unterworfenen Kohieöl abgekühlt, wobei eine Aufheizung des einzusetzenden Kohleöls stattfindet. Die Betriebstemperatur kann auch durch eine teilweise anderweitige Abführung der Hydrierwärme und eine Regulierung der Aufheizung des Frischwasserstoffs und des Kohleöls konstant gehalten werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, den Abstrom der Sumpfphasenhydrierung nach Ausschleusüng der rückstandshaltigen Fraktion durch Wärmetausch mit der eingesetzten Maische abzukühlen, nach Abtrennung der als Anmaischeöl dienenden Fraktion weiter abzukühlen, wobei die Ausschleusung eines insbesondere-Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthaltenden Abwassers vorgenommen wird und das neben

hauptsächlich Wasserstoff im wesentlichen Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und flüchtige Kohlenwasserstoffe enthaltende Kreislaufgas bei etwa 5O⁰C bis Raumtemperatur unter Systemdruck oder auch nach Entspannen einer Ölwäsche zu unterziehen.

Um gelöste Gase aus dem Kohleöl noch weitergehend zu entfernen, kann die als Kohleöl anfallende flüssige Fraktion vor Zuführung in die Gasphasenhydrierung weiter entspannt und von den anfallenden gasförmigen Bestandteilen getrennt werden, wonach sie ggf. wieder auf den für die Gasphasenhydrierung erforderlichen Druck gebracht wird.

Das Kreislaufgas der Sumpfphase kann in einer energiegünstigen Fahrweise zusammen mit der Maische durch Wärmetausch mit dem nach Ausschleusung der rückstandshaltigen Fraktion erhaltenen Abstrom aus der Sumpfphasenhydrierung vorgeheizt werden.

Dadurch, daß die Gasphasenhydrierung mit Frischwasserstoff betrieben wird, ist eine erhebliche Absenkung des Verfahrensdruckes möglich geworden. Das sogenannte Abgas aus der Gasphasenhydrierung deckt den gesamten Wasserstoffbedarf der Sumpfphasenhydrierung.

Für die Herstellung und Verarbeitung von 11 Kohleöl werden je nach Kohlesorte beispielsweise 2 500m³ Wasserstoff benötigt. Bei einem Mengenverhältnis von Wasserstoff zu Öl von 2500m³/t Kohleöl in der Gasphase und einem chemischen Wasserstoffverbrauch von beispielsweise 500m³/t Kohleöl können somit 2000m³ Wasserstoff, der von den Verunreinigungen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, aber auch Schwefelwasserstoff, Ammoniak und dergleichen weitgehend frei ist, zur Sumpfphasenhydrierung abgegeben werden, so daß hierdurch eine Wasserstoffmenge zur Verfügung gestellt wird, die noch über dem theoretisch notwendigen Wasserstoffverbrauch der Sumpfphasenhydrierung liegt.

Der in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte reine Hochdruckwasserstoff, der die bei der gekoppelten Weiterverarbeitung des Kohleöls enthaltenen Störkomponenten H₂O, NH₃, H₂S, CO, CO₂ und die ebenfalls den Wasserstoffpartialdruck reduzierenden C₁- bis C₄Gase nicht enthält, bewirkt, daß der Katalysator in der Gasphasenhydrierung wesentlich selektiver arbeiten kann. Die erfindungsgemäß in der Stufe der Gasphasenhydrierung ermöglichte Druckreduzierung im Vergleich zu dem Verfahren der Weiterverarbeitung des Kohleöls nach dem Stand der Technik hat günstige Auswirkungen auf den erforderlichen technischen Aufwand und somit auf den Investitionskostenbedarf. Der erniedrigte Druck führt auch zu einer geringeren Durchhydrierung des Kohleöls. Die Abwesenheit der Störkomponenten CO und CO₂ bedingt einen verringerten Wasserstoffverbrauch, da diese zu Kohlenwasserstoffen hydriert wurden.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Leichtöl hat die Reformerfeedqualität erreicht und besitzt nach Reformierung hervorragende motorische Eigenschaften wie z.B. eine hohe Research Oktanzahl sowie eine hohe Motoroktanzahl. Das Mittelöl hat die Qualität eines Heizöles oder Dieselkraftstoffes.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. T: Schaltschema des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig.2: Schaltschema des erfindüngsgemäßen Verfahrens mit besonderer Führung des Kreislaufgases.

0,50t des im Prozeß erzeugten Kohleöls werden über Leitung 1 nach Erhitzen durch Wärmetausch in Wärmetauscher 2 mit 1250 m³ Frischwasserstoff über einen Spitzenerhitzer 4 und über Leitung 5 über den im Gasphasenreaktor 6 fest angeordneten

Gasphasenkatalysator geleitet. Der Gasphasenkatalysator ist ein handelsüblicher Raffinationskontakt auf Basis Ni-Mo-Aluminiumoxid.

Der Abstrom der Gasphasenhydrierung vom Gasphasereaktor 6 wird über Leitung 3 in dem Wärmetauscher 2 gegeben, dort abgekühlt und in einen Hochdruckabscheider 7 überführt. Es werden 0,49t eines Raffinats über eine Entspannungsvorrichtung sowie Leitung 8 abgeführt und destillativ weiter in ein Leichtöl, das als Reformerfeed dient und ein Heizöl oder in dieses aufgetrennt.

Das Leichtöl verläßt die Kolonne über Leitung 9 und das Heizöl über Leitung 10. Über Leitung 11 wird ein Abwasser aus dem Hochdruckabscheider 7 ausgeschleust, und eswerden 1000 m³ eines über Leitung 12 geführten gasförmig verbleibenden Anteils abgetrennt, der nach Auf komprimieren im Kompressor 13 einem in Leitung 14 geführten Kreislaufgasstrom zugegeben wird.

Das Kreislaufgas wird nach entsprechender Kompression im Kompressor 15 der Sumpfphasenhydrierung zugeführt.

Die aus gemahlener Kohle mit einem aus dem Abstrom der Sumpfphasenhydrierung abgezweigten Fraktion hergestellte Maische wird nach Kompression mittels Hochdruckpumpe 16, und nach Vereinigung mit dem aufkomprimierten Kreislaufgas über Leitung 17 durch den Wärmtauscher 18, in dem ein Wärmetausch mit dem rückstandsfreien Abstrom der Sumpfphasenhydrierung erfolgt, in einem Ofen 19 weiter erhitzt und der Sumpfphasenhydrierung in Reaktor 20 zugeführt.

Anschließend durchläuft das den Sumpfphasenreaktor 20 verlassene Produkt einen Heißabscheider 21, aus dem ein feststoffhaltiger Strom über Leitung 22 ausgeschleust wird, der weiter aufgearbeitet wird. Den über Kopf im Heißabscheider 21 abgehenden feststofffreien Produkten wird nach Abkühlung im Wärmetauscher 18 in einem Zwischenabscheider 23 Maische zugeführt und ais Anmaischöl dienende Fraktion über Leitung 24 ausgeschleust. Der Rest des feststofffreien Produktes wird aus dem Zwischenabscheider 23 in einen Kühler 25 gegeben und weiter auf etwa 50°C bis Raumtemperatur abgekühlt und in einer Trennvorrichtung 26 in ein Abwasser, einen gasförmigen Strom und erzeugtes Kohleöl aufgetrennt. Das Abwasser wird über Leitung 27 ausgeschleust. Der gasförmige Strom wird über Leitung 28 einem Gaswäscher 29 zugeführt. Das den Gaswäscher 29 verlassende Abgas wird über Leitung 30 dem Kreislaufgas in Leitung 14 zugegeben. Das erzeugte Kohleöl wird nach partieller Entspannung mitteis Drosselventil 31 über Leitung 1 der Gasphasenhydrierung zugeführt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kreislaufgas nicht nur dem Sumpfphasereaktor 20 zugeführt, sondern auch über Leitung 35 direkt zum Gasphasereaktor 6 geleitet.

Ebenso werden bestimme Anteile des aus dem Hochdruckabscheider 7 ausgeschleusten gasförmigen Anteils über Leitung 32 nach Aufkomprimierung im Kompressor 33 über Leitung 34 in den Gasphasereaktor eingeschleust.

Claims

Erf indungsanpruch:

1. Verfahren zur Herstellung von Reformerfeed und Heizöl oder Diesel aus Kohle bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, bestehend aus einer Sumpfphasenhydrierung und einer angekoppelten Gasphasenhydrierung, wobei gemahlene Kohle, ggf. unter Zusatz von katalytisch wirksamen Substanzen, mit einem Anmaischöl angemischt und aus dem Abstrom der Sumpfphasenhydrierung eine feststoffhaltige Rückstandsfraktion ausgeschleust wird, die rückstandsfreien flüchtigen Produkte abgekühlt, ggf. von einer als Anmaischöl dienenden Fraktion abgetrennt und der Gasphasenhydrierung unterzogen werden, gekennzeichnet dadurch, daß der Gesamtwasserstoffbedarf von Sumpf- und Gasphasenhydrierung zunächst in die Gasphasenhydrierung als Frischwasserstoff, der weitgehend frei von den in einem Kreislaufgassystem der Kohlehydrierung enthaltenen Störkomponenten H₂O, NH₃, H₂S, CO, CO₂ und d- bis C-Gase ist, eingesetzt wird und daß das hauptsächlich nichtumgesetzten Wasserstoff enthaltende Abgas in das Kreislaufgassystem der Sumpfphasenhydrierung gegeben wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Frischwasserstoff, zusammen mit einer als Kohleöl in der . Sumpfphasenhydrierung angefallenen Fraktion erhitzt, in die Gasphasenhydrierung, bei einem Mengenverhältnis von Wasserstoff zu Kohleöl von mindestens entsprechend dem Gesamtwasserstoffbedarf in Sumpf- und Gasphase, wobei der Gesamtdruck in der Gasphasenhydrierung niedriger als der Druck in der Sumpfphasenhydrierung ist, eingesetzt wird, der Abstrom der Gasphasenhydrierung unter Druck abgekühlt wird, ein Raffinat, das weiter, beispielsweise destillativ, in Reformerfeed und Heizöl oder Diesel aufgetrennt wird, sowie ein Abwasser abgetrennt werden und der gasförmig verbleibende Anteil nach Zwischenkomprimieren auf das Drückniveau der Sumpfphasenhydrierung zu dem Kreislauf der Sumpfphasenhydrierung gegeben wird, welches nach Ausschleusen eines für die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Wasserstoffpartialdruckes genügenden Abgasanteils, ggf. zusammen mit der Maische, weiter erhitzt und der Sumpfphasenhydrierung zugeführt wird und daß nach weiterer Abkühlung des rüchstandsfreien Sumpfphasenproduktes auf etwa 50°C bis Raumtemperatur unter Ausschieusung eines u.a. Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthaltenden Abwassers die als Kohleöl anfallende flüssige Fraktion, ggf. nach partieller Entspannung, und nach Erhitzen mit dem Frischwasserstoff in die Gasphasenhydrierung geführt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Gesamt-Frischwasserstoffstrom aufgeteilt wird in eine Teilmenge, die dem Gasphasenfeed vor Eintritt in die Gasphasenhydrierung zugeführt und eine restliche Teilmenge, die als QuenchgaszurTemperaturregelung in die Gasphasenhydrierung geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich aus dem Kreislaufgas der Sumpfphasenhydrierung Quenchgas in die Gasphasenhydrierung eingespeist wird.
5. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß zur Rückführung eines Teils des abgearbeiteten Hydriergases und Einspeisung als Quenchgas in die Gasphasenhydrierung bzw. Zuführung zum Gasphasenfeed die Gasphasenhydrierung mit einem eigenen Gaskreislauf ausgestattet wird.
6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Gasphasenhydrierung mit Frischwasserstoff bei einem wenigstens um 50bar niedrigeren Druck als die Sumpfphasenhydrierung abläuft.
7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Sumpfphasenhydrierung bei einem Druck von 100 bis 400 bar und die Gasphasenhydrierung bei einem Druck von 50 bis 200 bar durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß in der Gasphasenhydrierung bei einem Mengenverhältnis von Wasserstoff zu Kohleöl von 1 000 bis 5000, vorzugsweise 1 500 bis 3 000 m³/t Kohleöl gearbeitet wird.
9. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstrom der Gasphasenhydrierung durch Wäremtausch mit dem der Gasphasenhydrierung zugeführten Kohleöi abgekühlt wird.
10. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß nach Ausschleusung der rückstandshaltigen Fraktion aus dem Abstrom der Sumpfphasenhydrierung und Ausschleusung nach weiterer Abkühlung des insbesondere Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthaltenden Abwassers, das neben hauptsächlich Wasserstoff, insbesondere Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und flüchtige Kohlenwasserstoffe enthaltende Kreislaufgas unter Systemdruck oder auch nach Entspannen einer Ölwäsche unterzogen wird.
11. Verfahren nach einem Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die als Kohleöl anfallende flüssige Fraktion vor Zuführung in die Gasphasenhydrierung zur noch weitergehenden Entfernung gelöster Gase weiter entspannt und von den anfallenden gasförmigen Bestandteilen getrennt wird, wonach sie ggf. wieder auf den für die Gasphasenhydrierung erforderlichen Druck gebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß das Kreislaufgas der Sumpfphase zusammen mit der Maische durch Wärmetausch mit dem nach Ausschleusung des Rückstandes erhaltenen Abstrom aus der Sumpfphasenhydrierung aufgeheizt wird.