NL8201824A

NL8201824A - Werkwijze en inrichting voor het bereiden van een vloeibaar koolwaterstofprodukt uit steenkool.

Info

Publication number: NL8201824A
Application number: NL8201824A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1982-05-04
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1983-12-01
Also published as: EP0094134A1; WO1983003841A1; JPS59500772A; ZA833178B; DE3361678D1; ATE17256T1; EP0094134B1; US4483257A; CA1195942A

Description

v N.0. 30.724 -1- ... *

Werkwijze en inrichting voor het bereiden van een vloeibaar koolwaterstofprodukt-uit steenkool

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een onder normale omstandigheden vloeibaar koolwaters tof produkt, door continu steenkool in een extruder te leiden en daarin bij verhoogde druk en temperatuur en even-5 tueel in aanwezigheid van een katalysator te laten reageren met waterstof en/of waterstof bevattende verbindingen en door uit het uit de extruder tredende, reactieprodukt althans het grootste deel van de zich daarin bevindende/ onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstoffen af te scheiden.

10 Voorts heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.

Het is bekend dat vloeibare koolwaterstofprodukten kunnen worden bereid door steenkool onder verhoogde druk en temperatuur en eventueel in aanwezigheid van een katalysator te 15 laten reageren met waterstof en/of waterstof houdende verbindingen. Zie Ihgo Romey "Stand der Kohlehydrierung in Europa" en E. Wolowski O. Funk "Stand der Kohlehydrierung ausserhalb von Europa", Erdöl und Kohle-Erdgas-Petrochemie, 33, Nr. 7 P.314 — (juli 19Buyr~ Gewoonlijk wordt zulk een reactie ladingsgewijs 20 uitgevoerd, onder andere omdat het technisch vrij moeilijk is steenkool, en meer in het algemeen een vaste stof, continue aan een reactor toe te voeren waarin een hoge druk, dat wil zeggen een druk in de grootté-orde van enige honderden bar, heerst.

25 In het Amerikaanse octrooischrift 3.976.548 wordt voorge steld steenkool continu aan een hoge-drukreactor toe te voeren met behulp van een extruder. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het verschijnsel, dat steenkool bij verhoogde druk en temperatuur zich als een plastische massa gaat gedragen, waarbij 30 de temperatuur en de druk waarbij dit verschijnsel optreedt sterk afhankelijk zijn van de aard van de steenkool.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.206.713 wordt een extruder beschreven waarin steenkool zodanig wordt behandeld, dat zij zich als een plastische massa gaat gedragen. Aan het 35 einde van de extruder, dat wil zeggen bij de laatste winding van de schroef, worden water en katalysator aan de geplastificeerde steenkool toegevoegd. Deze reageren met de steenkool 8201824 * * -2- onder vorming van onder meer een vloeibaar koolwaterstofpro-dukt, koolmonoxide en een ander gasvormig produkt dat althans het grootste deel van de in de steenkool aanwezige zwavel bevat.

5 Aangezien de genoemde reactie nog niet is afgelopen als het reactiemengsel de extruder verlaat, is achter de uitlaat van de extruder een van verwarmingsmiddelen voorziene buis aangebracht waarin de reactie kan worden voltooid* Nadat het reactiemengsel de extruder heeft verlaten kan de in de buis 10 verlopende reactie alleen nog maar worden beïnvloed door het temperatuurprofiel over de lengte van de buis te regelen. Het is niet mogelijk de reactie in de buis te beïnvloeden door op een of meer punten van de buis stoffen aan het reactiemengsel toe te voegen en/of de druk plaatselijk te beïnvloeden.

15 Uit het laatstgenoemde Amerikaanse octrooischrift blijkt niet, dat de hierboven aangeduide werkwijze inderdaad met een extruder is uitgevoerd bij een druk van bijvoorbeeld 300 bar of meer. Dit is niet verwonderlijk, omdat bij het samenpersen van steenkool tot een druk van 300 bar of meer in een extruder 20 van een bestaand type er krachten op de schroef worden uitgeoefend waartegen deze niet is bestand.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht, dat het voordelen biedt een reactie tussen steenkool en waterstof en/of waterstof houdende verbindingen over de gehele of althans een 25 groot deel van de lengte van een extruder te laten plaatsvinden, waarbij de reactie op enige plaatsen niet alleen kan worden beïnvloed door de daar heersende temperatuur, maar ook door het injecteren van katalysator en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen. Meer in het bijzonder kan 30 door het injecteren van mede als smeermiddel fungerende stoffen, bijvoorbeeld koolwaterstofoliën, de wrijving van het reactiemengsel plaatselijk worden verlaagd, waardoor het mogelijk wordt in de extruder zeer hoge drukken te bereiken zonder dat daarbij de schroef overbelast wordt.

35 De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze van de in de aanhef aangegeven soort, welke werkwijze hierdoor - is gekenmerkt, dat op ten minste één plaats die op een afstand van minstens driemaal de inwendige diameter van de extruder vóór het einde van de schroef is gelegen, katalysator 40 en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen 8201824 -3“ * aan de 'inhoud van de extruder worden toegevoegd*

Bij voorkeur worden echter katalysator en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen op ten minste twee plaatsen aan de inhoud van de extruder toegevoegd, waarbij 5 deze plaatsen in de lengterichting van de extruder op enige afstand van elkaar zijn gelegen.

Bij een voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding vindt de reactie plaats in ten minste twee in de lengterichting van de extruder achter elkaar gelegen zones, 10 waarbij de druk en de temperatuur in elke zone verschillen van die in de aangrenzende zone(s) en waarbij gezien in de bewegingsrichting van het reactiemengsel, ten minste aan het begin van elke zone katalysator en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen aan de inhoud van de extruder 15 worden toegevoegd.

Een deel van de met de werkwijze volgens de uitvinding bereide, onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstoffen, kunnen naar de extruder worden teruggeleid. Meer in het bijzonder biedt het voordelen deze vloeibare koolwaterstoffen 20 aan het begin van de extruder, bijvoorbeeld vermengd met de te verwerken steenkool, in te leiden.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, welke inrichting bestaat uit een extruder voorzien van verwar-25 mingsmiddelen voor. het over de lengte van de extruder instellen en instandhouden van een gewenst temperatuurprofiel en van ten minste één opening voorzien van middelen voor het onder druk in de extruder brengen van stoffen, welke inrichting volgens de uitvinding hierdoor is gekenmerkt, dat ten minste één 30 opening voorzien van middelen voor het onder druk in de extruder brengen van stoffen, op een afstand van minstens driemaal de inwendige diameter van de extruder vóór het einde van de schroef is gelegen.

Het instellen van zones in de extruder, in elk waarvan 35 een temperatuur en druk heersen die afwijken van de temperatuur en de druk in de aangrenzende zone(s) kan mede worden gerealiseerd door gebruik te maken van een extruderschroef waarvan de spoed en/of de kerndiameter over de lengte van de extruder varieert.

40 Achter de extruder wordt een op zichzelf bekende inrich- 8201824 s ’ * -4- ting geplaatst voor het opvangen van het uit de extruder tredende reactieprodukt en het afscheiden van althans het grootste deel van de zich in dit reactieprodukt bevindende/ onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstoffen. Bij een voor-5 keursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding zijn transportmiddelen aanwezig voor het gedeeltelijk terugvoeren van de afgescheiden koolwaterstoffen naar een of meer plaatsen in de extruder.

De uitvinding maakt het niet alleen mogelijk het berei-10 den van een onder normale omstandigheden vloeibaar koolwater-stofprodukt uit steenkool als een continue werkwijze uit te voeren, maar tevens de reactie te laten verlopen in een aantal zones die, gezien in de bewegingsrichting van het reactieprodukt, achter elkaar zijn gelegen, waarbij voor elke zone de 15 druk, de temperatuur, de samenstelling van het reactiemengsel en de verblijftijd naar believen kunnen worden geregeld. Meer in het bijzonder maakt de uitvinding het mogelijk de bereiding uit te voeren bij hogere temperaturen en drukken dan de tot nu toe gebruikelijke, waardoor .. de reactietijd aanzienlijk kan 20 worden bekort, bijvoorbeeld van êên uur tot circa 15 minuten.

De uitvinding zal nu nader worden verklaard aan de hand van de tekening, waarin figuur 1 een schematische weergave is van een inrichting volgens de uitvinding voor het bereiden van een 25 vloeibaar koolwaterstofprodukt uit steenkool, en figuur 2 een diagram is dat het drukverloop aangeeft in de inrichting van figuur 1»

De in figuur 1 weergegeven inrichting bestaat in hoofdzaak uit een extruder 1 met een schroef 2 die wordt aangedre-30 ven door een drijfwerk 3. 4 is een inrichting voor het in de extruder 1 leiden van de te verwerken steenkool, bij voorkeur in poeder- of korrelvorm en eventueel gemengd met een of meer katalysatoren. De door de inrichting 4 in de extruder 1 gebrachte steenkool wordt door de schroef 2 naar rechts ge-35 transporteerd. Tijdens dit transport vindt in de extruder 1 een reactie plaats met waterstof en/of waterstof houdende verbindingen die in de extruder 1 worden gebracht door de leidingen 7, 8 en 9 en met behulp van de respectievelijke pompen 10, 11 en 12. Ook kan door een of meer van deze leidingen 40 eventueel een katalysator aan het reactiemengsel in de ex- 8201824 -5- - truder worden toegevoegd. De temperatuur van het reactiemeng-sel in de extruder 1 kan worden geregeld met behulp van aan· de buitenkant van de extruder aangebrachte verwarmingselementen 6, en voorts met behulp van (niet in de tekening weerge-5 geven) verwarmingsmiddelen die in het inwendige van de holle schroef 2 zijn aangebracht..

Het reactiemengsel verlaat de extruder 1 door de uit-stroomopening 5 en komt dan in een scheidingsinrichting 13 waarin op op zichzelf bekende wijze althans het grootste deel - 10 van het onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstof-produkt uit het reactiemengsel wordt afgescheiden en via de leiding 14 wordt af gevoerd.. Aan het einde van de leiding 15 wordt dit vloeibare koolwaterstofprodukt als eindprodukt af-getapt. Een deel van het door de leiding 14 stromende vloei-15 bare koolwaterstofprodukt kan echter via de leiding 16 en met behulp van de pomp 17 naar een of meer plaatsen in de extruder worden teruggeleid. Meer in het bijzonder biedt het voordelen althans een deel van het vloeibare koolwaterstofprodukt terug te leiden naar de ingang van de extruder, hetzij rechtstreeks 20 via de leiding 16, hetzij vermengd met de zich in de inrichting 4 bevindende steenkool. Dit teruggeleide vloeibare koolwater stof produkt fungeert dan als smeermiddel in dat deel van de extruder waarin de steenkool nog niet plastisch is geworden en de wrijvingsweerstand derhalve zeer groot is, De aan-25 wezigheid van een vloeibaar koolwaterstofprodukt kan het optreden van excessieve wrijvingskrachten en hierdoor een te grote belasting van de schroef van de extruder voorkomen»

In figuur 2 is schematisch het drukverloop over de gehele lengte van de in figuur 1 weergegeven extruder aangeduid. 30 Men ziet, dat een aantal achter elkaar gelegen zones zijn te onderscheiden, waarbij in elke - gezien in de bewegingsrichting van het reactieprodukt - volgende zone de druk (en ook de temperatuur) hoger is dan in de voorafgaande zone. Deze stapsgewijze drukverhoging kan onder meer worden bewerkstelligd 35 door het door de leidingen 7, 8 en 9 injecteren van waterstof en/of waterstof houdende verbindingen onder hoge druk, maar ook mede door een min of meer sprongsgewijze verandering van de spoed en/of de kerndiameter van de schroef van de extruder. Deze en ook de lengte van elke zone en de omwentelingssnelheid 40 van de schroef bepalen de lengte van de tijd gedurende welke 8201824 i ~ ' -β- i het reactiemengsel in elke zone verblijft.

Bij een vrij eenvoudige uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding was een extruder in twee zones verdeeld. In de eerste zone heerste een temperatuur van 275-325°C en een 5 druk van 75-125 bar en in de tweede zone een temperatuur van 450-50Q°C en een druk van 250-350 bar. Bij het begin van elke zone werd waterstof aan het reactiemengsel toegevoegd.

Het zal de vakman duidelijk zijn dat de optimale temperaturen, drukken en verblijftijden grotendeels experimenteel 10 moeten worden bepaald en in sterke mate afhankelijk zijn van de aard van de te verwerken steenkool en van de te gebruiken katalysator en waterstof houdende verbindingen, en van de gewenste kwaliteit en opbrengst van het bereide vloeibare koolwater stof produkt .

8201824

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van een onder normale omstandigheden vloeibaar koolwaterstofprodukt, door continu steenkool in een extruder te leiden en daarin bij verhoogde druk en temperatuur en eventueel in aanwezigheid van een kata-5 lysator te laten reageren met waterstof en/of waterstof bevattende verbindingen en door uit het uit de extruder tredende reactieprodukt althans het grootste deel van de zich daarin bevindende, onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstoffen af te scheiden, met het kenmerk, dat TO op ten minste één plaats die op een afstand van minstens driemaal de inwendige diameter van de extruder vóór het einde van de schroef is gelegen,, katalysator en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen aan de inhoud van de extruder worden toegevoegd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat op ten minste twee plaatsen die in de lengterichting van de extruder op enige afstand van elkaar zijn gelegen, katalysator en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen aan de inhoud van de extruder worden 20 toegevoegd.

3. Werkwijze volgens concluse 1 of 2, met het kenmerk, dat de reactie plaats vindt in ten minste twee in de lengterichting van de extruder achter elkaar gelegen zones, dat de druk en de temperatuur in elke zone ver-25 schillen van die in de aangrenzende zone(s) en dat, gezien in de bewegingsrichting van het reactiemengsel, ten minste aan het begin van elke zone katalysator en/of waterstof en/of waterstof houdende verbindingen aan de inhoud van de extruder worden toegevoegd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de reactie wordt uitgevoerd in twee zones, en wel - gezien in de transportrichting van het reactiemengsel - in de eerste zone bij een temperatuur van 275-325°C en een druk van 75-125 bar en in de tweede zone bij een tempera-35 tuur van 450-500°C en een druk van 250-350 bar en dat bij het begin van elke zone waterstof aan het reactiemengsel wordt toegevoegd.

5. Werkwij ze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de extruder 8201824 ; * · -8- wordt gevoed met een mengsel van steenkool en katalysator.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een deel van de bereide, onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstof- 5 fen, naar de extruder wordt teruggeleid.

7. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, bestaande uit een extruder voorzien van verwarmingsmiddelen voor het over de lengte van de extruder instellen en instandhouden van een 10 gewenst temperatuurprofiel en van ten minste een opening voorzien van middelen voor het onder druk in de extruder brengen van stoffen, met het kenmerk, dat ten minste één opening voorzien van middelen voor het onder druk in de extruder brengen van stoffen, op een afstand van minstens 15 driemaal de inwendige diameter van de extruder vóór het einde van de schroef is gelegen.

8. Inrichting volgens conclusie 7/ met het kenmerk, dat in de extruder ten minste twee openingen zijn aangebracht voorzien van middelen voor het onder druk in 20 de extruder brengen van stoffen, welke openingen in de lengterichting van de extruder op enige afstand van elkaar zijn gelegen.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de spoed en/of de kerndiameter van de 25 schroef van de extruder over de lengte van de extruder va-riëert.

10. Inrichting volgens conclusie 7/ 8 of 9, met het kenmerk, dat achter de extruder een op zichzelf bekende inrichting is geplaatst voor het opvangen van het uit 30 de extruder tredende reactieprodukt en het afscheiden van althans het grootste deel van de zich in dit reactieprodukt bevindende, onder normale omstandigheden vloeibare koolwaterstoffen.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het 35 kenmerk, dat transportmiddelen aanwezig zijn voor het gedeeltelijk terugvoeren van de afgescheiden koolwaterstoffen naar een of meer plaatsen in de extruder. 8201824