DE2404925C3 - Verfahren zur Herstellung von synthetischer backender Kohle - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von synthetischer backender Kohle

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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B55/00Coking mineral oils, bitumen, tar, and the like or mixtures thereof with solid carbonaceous material

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Description

fa =
c7h
wobei
C/H das Verhältnis der Kohlenstoffatome zu den Wasserstoff atomen angibt und das Verhältnis Ho/H das Verhältnis der Wasserstoffatome in aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen in «-Position zum aromatischen Ring zu den Gesamtwasserstoffatomen angibt und wobei Ho/H das Verhältnis der Wasserstoffatome der aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen in ß- Position vom aromatischen Ring oder in einer vom aromatischen Ring weiter entfernten Position zu den Gesamtwasserstoffatomen angibt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Ausgangsmaterial mit einem fa-Wert von mehr als 0,4 verwendet wird, welches durch Extraktion eines Rückstandsöls mit einem Lösungsmittel, bestehend aus leichten Kohlenwasserstoffen, zur Entfernung der Kohlenwasserstoffe mit einem hohen Gehalt an aliphatischem Kohlenwasserstoffanteil hergestellt wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsmaterial mit einem fa-Wert von mehr als 0,4 eingesetzt wird, welches durch Extraktion von Rückstandsöl mit einem Lösungsmittel, welches Kohlenwasserstoffe mit einem hohen aromatischen Kohlenwasserstoffanteil extrahiert hergestellt wurde.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsmaterial mit einem fa-Wert von mehr als 0,4 eingesetzt wird, welches durch thermisches Cracken oder durch katalytisches Cracken hergestellt wurde.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsmaterial mit einem fa-Wert von mehr als 0,4 eingesetzt wird, welches durch Vermischen eines Rückstandsöls und eines thermisch gecrackten Teers mit einem hohen aromatischen K.ohlenwasserstoffgehalt und einem fa-Wert von 0,5 bis 1,0 hergestellt wurde.
Kohle für die Herstellung von Hüttenkoks. Der herkömmliche Koks, welcher durch Verkokung von Erdöl-Rückstandsöl durch das Delayed-Coking-Verfahren oder das Fluid-Coking-Verfahren oder dgL herstellbar ist hat jedoch nur geringe backende Eigenschaften und eine geringe Fluidität wodurch die Vermischbarkeit eines solchen Kokses (Grünkoks) begrenzt ist, und daher dient dieser Koks lediglich als KohlenstoffqueUe mit einem geringen Aschengehalt Es ist bisher kein
ίο Verfahren bekannt, mit dem eine synthetische backende Kohle mit ausgezeichneten backenden Eigenschaften und mit einer großen Fluidität hergestellt werd in kann, welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Hüttenkoks, wie z. B. Hochofenkoks dienen kann und
is welche aus dem Rückstandsöl und thermisch gecracktem öl hergestellt werden kann.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von synthetischer backender Kohle und/ oder Pech (Bindemittelpech), welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Hüttenkoks wie Hochofenkoks verwendbar sind, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die schweren Kohlenwasserstoffe einer Vorbehandlung durch Extraktion und/oder thermisches Cracken und/oder katalytisches Cracken unterzieht um die Aromatizität fa auf einen Wert von mindestens 0,4 zu erhöhen, oder daß man ein Rückstandsöl der atmosphärischen Destillation oder ein Rückstandsöl der Vakuumdestillation mit thermisch gecracktem Teer hoher Aromatizität vermischt um eine erhöhte Aromatizität fa von mindestens 0,4 zu erzielen, worauf das Produkt dieser Vorbehandlung verkokt wird, wobei die Aromatizität fa durch nachstehende Gleichung definiert ist
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischer backender Kohle und/oder Pech durch Verkokung von schweren Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur, bei der der Crack-Prozeß beginnt.
Es besteht ein Mangel an Kohle für die Herstellung von Hüttenkoks, wie z. B. Hochofenkoks. Daher verwendet man zum Teil Koks, welcher durch Verkokung von Erdölrückstandsöl hergestellt wurde, als
fa =
C/H- Ti
C/H
worin
C/H das Verhältnis von Kohlenstoffatomen zu Wasserstoffatomen (gemessen durch Elementaranalyse) bedeutet und wobei H«/H das Verhältnis der Wasserstoffatome der aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen in «-Position zum aromatischen Ring zu den Gesamtwasserstoffatomen (gemessen durch NMR mit hoher Auflösung) bedeutet und wobei Ho/H das Verhältnis der Wasserstoffatome der aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen in ß- Position oder in weiter entfernten Positionen vom aromatischen Ring zu den Gesamtwasserstoffatomen (gemessen durch NMR mit hoher Auflösung) bedeutet. Die Methode wurde durch J. K. Brown, W. R. Ladner, Fuel 39, 87 (1960) beschrieben.
Man kann allgemein schwere Kohlenwasserstoffe, wie atmosphärisches Rückstandsöl und/oder Vakuumrückstandsöl, der Vorbehandlung unterziehen. Man erhält einen Hüttenkoks mit hoher Festigkeit oder Steifigkeit
Bei herkömmlichen Verfahren wird das Ausgangsmaterial mit oder ohne Zumischung des zurückgeführten Öls verkokt Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Elektrodenkoks wird eine Schwerölkomponente in einem gecrackten öl, welches durch die Verkokungsreaktion gebildet wird, thermisch gecrackt und zurückgeführt. Man beobachtet jedoch keine Verbesserung der backenden Eigenschaften des erhaltenen Rohkokses (Grünkoks), obgleich eine Verbesserung der nadelähnlichen Kristalle beobachtet wird. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird das Rückstandsöl einer Vorbehandlung unierzogen. Hierbei wird das Öl extrahiert, thermisch gecrackt oder katalytisch gecrackt Dies geschieht zur Erhöhung der Aromatizität f a auf einen Wert von mehr als 0,4. Alternativ kann das Rückstandsöl mit thermisch gecracktem Teer, welcher eine hohe Aromatizität aufweist, vermischt werden, urn die Aromatizität auf mehr als 0,4 zu bringen, und danach wird die Mischung verkokt, wobei eine synthetische backende Kohle mit verbesserten backenden Eigenschäften erzielt wird.
Bei der Extraktion können Lösungsmittel verwendet werden, welche selektiv solche Kohlenwasserstoffe extrahieren, die einen hohen Anteil an aliphatischen Kohlenwasserstoffen aufweisen, wie leichte Kohlenwasserstoffe, l. B. Propan, Butan, Pentan, Hexan. In diesem Fall wird das bei der Extraktion anfallendes Raffinat als Ausgangsmaterial für die Herstellung der synthetischen backenden Kohle verwendet Andererseits kann man jedoch auch solche Lösungsmittel verwenden, welche selektiv diejenigen Kohlenwasserstoffe extrahieren, die einen hohen Anteil an aromatischen Kohlenwasserstoffen aufweisen, wie Dimethylsulfoxyd, Diäthylenglykol, Tetramethylensulfon oder Methylcarbamat In diesem Fall wird das extrahierte Material als Ausgangsmaterial für die Herstellung der synthetischen backenden Kohle verwendet
Das Cracken zur Erhöhung der Aromatizität wird vorzugsweise unter solchen Bedingungen durchgeführt, bei denen die Polykondensationsreaktion des gecrackten Öls gering ist Das beim thermischen Cracken des Rückstandsöls der Vakuumdestillation von Erdöl im Viskositätsbrechungprozeß erhaltene Bodenprodukt oder das Rückstandsöl beim thermischen Kurzzeitcrakken im Vakuum kann als Ausgangsmaterial für die Herstellung der synthetischen backenden Kohle gemäß der Erfindung dienen. Bei Durchführung der Vorbehandlung wird die Aromatizität auf mehr als 0,4 erhöht. Die backenden Eigenschaften der synthetischen Kohle sind umso größer, je stärker die Aromatizität (bei geringer Polykondensationsreaktion) in der Vorbehandlung erhöht wird.
Es ist ferner möglich, eine synthetische Kohle mit: guten backenden Eigenschaften dadurch herzustellen, daß man Rückstandsöl mit etwa 10 bis 90% thermisch gecracktem Teer vermischt. Der thermisch gecrackte Teer weist vorzugsweise aromatische Komponenten von hohem Molekulargewicht auf und eine Aromatizitäi; fa von 0,5 bis 1,0. Er wird hergestellt durch thermisches Cracken von öl, welches beim Verkoken von schweren Kohlenwasserstoffen anfällt. Durch diese Zumischung wird die Aromatizität fa der Mischung erhöht. Die Mischung wird sodann verkokt.
Wenn ein Ausgangsmaterial mit einem hohen Gehalt an polykondensierten aromatischen Ringverbindungen verwendet wird, so kann die Vorbehandlung zur Herstellung der synthetischen backenden Kohle verringert werden. Die Aromatizität fa eines thermisch gecrackten Öls, welches als Nebenprodukt beim Benzincrackverfahren (Fraktion mit einem Siedepunkt von mehr als 4500C) anfällt, beträgt 0,75. Wenn ein Benzincrackteer verwendet wird, so kann eine Vorbehandlung zur Erhöhung der Aromatizität weggelassen werden. Andererseits weist das Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl nur einen geringen Gehalt an polykondensierten aromatischen Ringverbindungen auf und die Aromatizität fa beträgt 0,3. Die Vorbehandlung zur Erhöhung der Aromatizität fa auf mehr als 0,4 führt zu guten Ergebnissen. Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren kann ein schwerer Kohlenwasserstoff aus Erdöl dienen, wie z. B. das Rückstandsöl, welches bei der atmosphärisehen Destillation von Erdöl erhalten wird oder das Rückstandsöl, welches bei der Vakuumdestillation erhalten wird oder Rückstandsöl, welches beim thermischen oder katalytischen Cracken erhalten wird. Es können auch alle anderen schweren Kohlenwasser stoffe, wie z.B. Naturasphalt, Schieferöl, Kohlenteer oder Teersand, verwendet werden. Die Reaktionstemperatur der Verkokung liegt erfindungsgemäß vorzugsweise im Bereich von 410—4900C Die untere Grenze kann bis zur Temperatur erstreckt werden, bei der das Cracken des Ausgangsmaterials beginnt Die obere Temperaturgrenze ist nicht kritisch. Die Temperatur kann oberhalb 5000C liegen, obwohl bei stark erhöhter Verkokungstemperatur gewisse Nachteile eintreten, wie z. B. Koksablagerung in den Röhren. Erfindungsge maß wird eine synthetische backende Kohle hergestellt, welche einen hohen Blähindex aufweist Dies bedeutet bessere backende Eigenschaften. Im Beispiel 2 beträgt der Blähindex 6 im Vergleich zu dem geringen Blähindex des Vergleichsbeispiels 1. Der Blähindex wird gemäß Japanese Industrial Standard M8801 — 1972 (ASTM D-720-67) gemessen. Die Fluidität der synthetischen backenden Kohle, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, ist wesentlich höher als diejenige von natürlicher backender Kohle. Gemäß
3u Beispiel 1 liegt z. B. die Erweichungstemperatur unterhalb 300° C und die maximale Fluidität ist höher als 28 000 ddpm und die Verfestigungstemperatur liegt bei 518° C (gemessen nach ASTM D1812-69). Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können
)5 allgemein diese Vorteile erwartet werden. Das bei der Vorbehandlung anfallende Schweröl kann zur Herstellung von Schmierölfraktionen verwendet werden und ferner auch als Ausgangsmaterial zur Entschwefelung von Gasöl.
Beispiel 1
Ein Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl mit einem spezifischen Gewicht von 1,0176 (bei 25/250C); einem Erweichungspunkt von 31°C, einer
41S Penetration von 315 (bei 25° C), einem Verkokungsrückstand nach Conradson von 21,1 Gew.-% und einem fa-Wert von 0,30 wird in einen Gegenstromextraktor mit einer Länge von 2100 mm und einem Innendurchmesser von 100 mm eingeführt, um Kohlenwasserstoffe
v) mit 34 Gew.-% aliphatischen Komponenten bei 60° C und bei einem Druck von 30 kg/cm2 (Stickstoffdruck) und bei einem Verhältnis von Butan zu Rückstandsöl des
Ausgangsmaterials von 10 zu extrahieren. Die Eigenschaften des extrahierten Öls sind in Tabelle
1 zusammengestellt. 10 kg des erhaltenen Rückstandsöls mit einem spezifischen Gewicht von 1,0563 (bei 25/25° C), mit einem Erweichungspunkt von 60° C mit einer Penetration von 15 (bei 25° C), mit einem Verkokungsrückstand nach Conradson von 29,6
bo Gew.-% und mit einem fa-Wert von 0,45 werden in einen 20-1-Reaktor gegeben und während 3 h bei 430° C unter Atmosphärendruck verkokt.
Die Ausbeute an der erhaltenen synthetischen backenden Kohle beträgt 46% und der Blähindex
b5 (Japanese Industrial Standard M 8801-1972) der synthetischen backenden Kohle beträgt 5i und die flüchtigen Bestandteile (Japanese Industrial Standard M 8812 -1972) betragen 29,1 %.
Bei Durchführung des Fluiditäts-Tests an der synthetischen backenden Kohle unter Verwendung eines Gieseler-Plastometers (Japanese Industrial Standard M 8801 —1972) zeigt sich, daß die synthetische backende Kohle einen Erweichungspunkt von unterhalb 300° C hat und eine maximale Fließfähigkeit von mehr als 28 000 ddpm und eine Verfestigungstemperatur von 518° C.
Ferner wird der Kasten-Test (Japanese Industrial Standard M 8801 — 1972) mit der synthetischen backenden Kohle durchgeführt Es wird der Trommel-Index oder die Trommelfestigkeit (Japanese Industrial Standard K 2151 — 1972) gemessen. Der aus einer Standardmischung erhaltene Koks zeigt einen Trommel-Index von DJjJ 93,1. Wenn man einen Teil der japanischen backenden Naturkohle, welche zu 15 Gew.-% im Standardgemisch enthalten ist, durch synthetische backende Kohle (10 Gew.-%) ersetzt, so erhält meinen Trommel-Index von Di§ 923- Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt
Tabelle 1 Beispiel 1
Ausbeute an extrahiertem Öl 34
Viskosität (cSt: 98,9°C) 47,80
Spezifisches Gewicht (25/25°C) 0,9397
Beispiel 2
In den Reaktor gemäß Beispiel 1 werden 10 kg Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl gegeben und bei 420°C unter einem Druck von 50 mm Hg absolut während 30 min zur Vorbehandlung thermisch gecrackt, wobei ein Rückstandsöl mit einem fa-Wert von 0,65 in einer Ausbeute von 40% erhalten wird. Das erhaltene Rückstandsöl mit einem hohen fa-Wert (0,65) wird in den Reaktor gegeben und bei 420° C während 3 h bei Atmosphärendruck verkokt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Beispiel 3
Ein Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl gemäß Beispiel 1 wird in eine thermische Cruckeinheit zum kontinuierlichen Cracken mit einer Kapazität von 6 kg/h gegeben, um einen Viskositätsbrechungsprozeß durchzuführem. Das erhaltene Produkt wird destilliert, wobei man 71% einer Fraktion mit einem Siedepunkt von mehr als 450° C und mit einem fa-Wert von 0,42 erhält. 100 g der Fraktion werden in einen 200-ml-Reaktor gegeben und bei 420° C während 5 h unter Atmosphärendruck verkokt Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Beispiel 4
Ein Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl gemäß Beispiel 1 wird in eine katalytische Fluid-Crackeinheit eingesprüht. In dieser Einheit liegt der Katalysator, welcher Kieselsäure oder Siliciumdioxyd enthält, im Fließbett vor. Es wird eine Hochtemperatur-Crackung (6000C, 0,5 see Verweilzeit) durchgeführt. Das erhaltene gecrackte öl wird destilliert, wobei eine Fraktion mit einem Siedepunkt von mehr als 450° C erhalten wird. Der fa-Wert beträgt 0,53 und der Verkokungsrückstand nach Conradson beträgt 31,2 Gew.-%. 100 g dieser Fraktion werden in einen 200-ml-Reaktor gegeben und während 3 h bei 4303C verkokt Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt
Beispiel 5
ίο Das Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl gemäß Beispiel 1 wird verkokt wobei ein thermisch gecracktes öl erhalten wird. Das thermisch gecrackte Öl wird destilliert wobei eine Fraktion mit einem Siedepunkt von mehr als 2000C abgetrennt wird.
31 der Fraktion werden in einen 5-1-Autoklaven aus Edelstahl ,gegeben und thermisch bei 500° C während 1 h und unter einem Druck von 100 kg/cm2 gecrackt Die Eigenschaften des erhaltenen Öls sind in Tabelle 2 zusammengestellt 30 g eines thermisch gecrackten Teers mit einem Siedepunkt von mehr als 350cC und einem fa-Wert von 0,72 (eine Fraktion des thermisch gecrackten Öls) wird mit 70 g des Rückstandsöls der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl vermischt. Die Mischung wird in einen 300-ml-Reaktor aus Edelstahl gegeben und bei 4300C während 3 h unter Atmosphärendruck verkokt Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Tabelle 2
Eigenschaften des thermisch gecrackten Teers
Fraktion mit einem Siedepunkt von mehr als 200°C
Spezifisches Gewicht (15/4°C)
Siedeanalyse
Siedebeginn (0C)
10% (C
30% (X)
50% C C)
Siedeende (0C)
Analyse der Komponenten
gesättigte Komponente
aromatische Komponente
Harzkomponente
1,0310
181
258
35?
391
400 t
ll,7Gew.-%
74,5 Gew.-%
13,8 Gew.-%
Vergleichsbeispiel 1
100 g Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl gemäß Beispiel 1 wird in einen 200-ml-Reaktor gegeben und bei 430° C unter Atmosphärendruck während 4 h verkokt Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt
Vergleichsbeispiel 2
Gecracktes Schweröl, welches als Nebenprodukt beim Benzincracken anfällt, wird destilliert und die Fraktion mit einem Siedepunkt von mehr als 425° C und Einern fa-Wert von 0,75 wird abgetrennt. 100 g der Fraktion werden in einen 200-ml-Reaktor gegeben und bei 420° C während 5 h unter Atmosphärendruck verkokt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
7 8
Tabelle 3
Backeigenschaften und andere Eigenschaften der synthetischen bückenden Kohle
Beispiel 2 46 76 3 4 5 Vergleichsbeispiel 2
1 Ausgangsmalerials 29,1 25,0 1
Art des ***) ***** Benzin-
***) crackleer
Vorbehandeltes Produkt Vakuum- Viskosi kataly keine keine
Vorbehandlung Butan cracken täts- tischem keine
extrak brechung Cracken
tion 40 71 23 - 100
Ausbeute (Kp: > 150C ) 66 100
Gew.-% 0,65 0,42 0,53 0,43 0,75
fa 0,45 0,30
Verkokungsbedingungen 420 420 430 430 420
Temperatur ("C) 430 760 760 760 760 430 760
Druck (mm Hg) 760 3 5 3 3 760 5
Zeit (h) 3 Eigenschaften der synthetischen backenden Kohle 4
Ausbeute (%) 44 37 33 41,6
flüchtiEe Bestandteile 27,1" 30,1 24,8 30 38,0
20,6
Blähindex 572 6
Fluiditätstest
Erweichungstemperatur unterhalb 320 300
(O
maximale Fluiditäts- 431 temperatur*) ( C)
maximale Fluidität oberhalb
(ddpm) 28 000
Verfestigungstemperatur 518 (C)
Koksfestigkeit (£$)**) 92,9
458
11000
503
93,3
308 unterhalb unterhalb keine Er- unterhalb
300 300 weichung 300
432 428 435 desgl. 412
oberhalb oberhalb oberhalb desgl. oberhalb
28 000 28 000 28 000 28 000
524 521 512 desgl. 524
*) Maximale Fließfähigkeit: Die Temperaturangabe ist ein geschätzter Wert, wenn die maximale Fließfähigkeit oberhalb
28000 ddpm liegt.
**) Koksfestigkeit: Der Test wird mit Koksproben durchgeführt, welche im Kastentest (JlS M 8801 - 1972) erhalten wurden. Ein Teil der natürlichen japanischen Kokskohle (15Gew.-% in Standardmischung) wird durch die synthetische Kokskohle ersetzt (10Gew.-% in der Testmischung).
·**) Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl.
··**) 70Gew.-% Rückstandsöl der Vakuumdestillation von Kuwait-Erdöl. 30Gew.-% thermisch gecrackter Teer.

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von synthetischer backender Kohle oder Pech durch Verkokung von schweren Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur, bei der die Crackung beginnt dadurch gekennzeichnet, daß man ein Ausgangsmaterial mit einer Aromatizität fa von mehr als 0,4 verkokt
wobei fa durch die nachstehende Gleichung definiert ist
DE2404925A 1973-02-03 1974-02-01 Verfahren zur Herstellung von synthetischer backender Kohle Expired DE2404925C3 (de)

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