DE2539054C2

DE2539054C2 -

Info

Publication number: DE2539054C2
Application number: DE2539054A
Authority: DE
Inventors: Morgan C. Upper Montclair N.J. Us Sze; George J. Fords N.J. Us Snell
Original assignee: Lummus Co
Current assignee: Lummus Technology LLC
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1988-01-14
Also published as: NL176791C; DE2539054A1; FR2283944A2; FR2283944B2; GB1516145A; NL7510521A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von unlöslichem Material aus einem aus unlöslichem Material und in einem Kohleverflüssigungs-Lösungsmittel gelösten kohlestoffhaltigen Material bestehenden Kohleverflüssigungsprodukt in einer Schwerkraftabsetzzone, bei dem man das Kohleverflüssigungsprodukt und einen flüssigen Promotor in die Schwerkraftabsetzzone einleitet, der flüssige Promotor eine 5 Vol.-% Destillationstemperatur von mindestens 121°C und eine 95 Vol.-% Destillationstemperatur von mindestens 177°C und nicht mehr als 400°C ferner einen Charakterisierungsfaktor K von mindestens 9,75 hat, wobei

T _B = der durchschnittliche molare Siedepunkt (°Rankine) G = das spezifische Gewicht (15,6°C/15,6°C) ist,

und dieser Charakterisierungsfaktor größer als derjenige des Kohleverflüssigungs- Lösungsmitels ist und das Gewichtsverhältnis von flüssigem Promotor zu Kohleverflüssigungsprodukt 0,3 : 1 bis 2,0 : 1 beträgt, und die Schwerkraftabsetzung bei einer Temperatur von 149 bis 315°C und einem Überdruck von 0-35 bar durchgeführt wird, nach Patent 23 55 606.

Man kann Kohle in wertvolle Produkte umwandeln, indem man sie mit oder ohne Wasserstoff der Lösungsmittel-Extraktion unterwirft, wobei man eine Mischung aus Kohleextrakt und ungelöstem Kohlerückstand erhält, einschließlich ungelöster extrahierbarer kohlenstoffhaltiger Materie, Fusain und mineralischen Produkten oder Asche.

Das feinverteilte mineralische Material oder die Asche und nichtumgesetzte Kohle müssen von dem Kohleextrakt abgetrennt werden; im allgemeinen stellt diese Abtrennungsstufe den wesentlichen Nachteil für die erfolgreiche Durchführung des Kohleextrahierungsprozesses dar. Die feinen Teilchen, die bei Kohlesolvatisierungsprozessen auftreten, bewirken zahlreiche Schwierigkeiten, wenn man die üblichen Abtrennungsmethoden anzuwenden versucht, wie Filtration, Zentrifugieren oder Absetzen. Versuche mit der Filtrationstechnik waren nicht besonders erfolgreich, da die Filterporen mit oder ohne Anwendung eines Überzugsmittels verstopfen; hinzu kommt der mit der erforderlichen Filtrierfläche zusammenhängende Aufwand.

Die Methode des Absetzens durch Schwerkraft hat auch nur beschränkten Erfolg wegen der niedrigen Absetzgeschwindigkeiten und der unzureichenden Ascheentfernung. Zentrifugiermethoden sind im allgemeinen nicht erfolgreich wegen der hohen Kosten und wegen der schwierigen Abtrennung der leichteren, feinverteilten Materialien.

Die FR-PS 22 05 564, entsprechend der Stammanmeldung derselben Anmelderin, bietet bereits Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Es gibt jedoch spezielle Verhältnisse, bei denen Probleme auftauchen, deren Überwindung gemäß dem Verfahren der FR-PS 22 05 564 bzw. der DE-OS 23 55 606 nicht möglich ist.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem wirksamen Verfahren zur Abtrennung der feinverteilten unlöslichen Materialien aus einem Kohleverflüssigungsprodukt.

Die Verfahren gemäß dem Stand der Technik bieten eine unzureichende Abtrennung von feinverteilten unlöslichen Materialien aus einem Kohleverflüssigungsprodukt und erfordern einen hohen apparativen und Regulations-Aufwand.

Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Abtrennung von unlöslichem Material aus einem aus unlöslichem Material und in einem Kohleverflüssigungs-Lösungsmittel gelösten kohlestoffhaltigen Materialien bestehenden Kohleverflüssigungsprodukt in einer Schwerkraftabsetzzone, bei dem man das Kohleverflüssigungsprodukt und einen flüssigen Promotor in die Schwerkraftabsetzzone einleitet, der flüssige Promotor eine 5 Vol.-% Destillationstemperatur von mindestens 121°C und eine 95 Vol.-% Destillationstemperatur von mindestens 177°C und nicht mehr als 400°C ferner einen Charakterisierungsfaktor K von mindestens 9,75 hat, wobei

und dieser Charakterisierungsfaktor größer als derjenige des Kohleverflüssigungs- Lösungsmittels ist und das Gewichtsverhältnis von flüssigem Promotor zu Kohleverflüssigungsprodukt 0,3 : 1 bis 2,0 : 1 beträgt, und die Schwerkraftabsetzung bei einer Temperatur von 149 bis 315°C und einem Überdruck von 0-35 bar durchgeführt wird, nach Patent 23 55 606, bereitzustellen, unter Verbesserung der Abtrennung und Reduzierung des apparativen und Regulationsgrades.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst,
daß das Kohleverflüssigungsprodukt in eine Abtrennzone eingeleitet wird, die mindestens zwei Schwerkraftabsetzvorrichtungen enthält,
daß das Kohleverflüssigungsprodukt in die erste Schwerkraftabsetzvorrichtung eingeleitet wird und der Überlauf aus dieser Schwerkraftabsetzvorrichtung in die nächste Schwerkraftabsetzvorrichtung geleitet wird und
daß in einer ausreichenden Menge frische Promotorflüssigkeit in jede Schwerkraftabsetzvorrichtung eingeleitet wird, um aus der letzten Schwerkraftabsetzvorrichtung einen reinen Überlauf zu gewinnen, der frei von unlöslichem Material ist.

Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß in die Schwerkraftabsetzvorrichtung eine solche Menge einer Promotorflüssigkeit eingeleitet wird, daß das Gewichtsverhältnis von Gesamtpromotorflüssigkeit zu Kohlelösung zwischen 0,1 : 1 und 1,5 : 1 liegt, daß in die Schwerkraftabsetzvorrichtung ein Promotor eingeleitet wird, dessen 5 Vol.-%-Destillationstemperatur mindestens 154°C beträgt und daß in die Schwerkraftabsetzvorrichtung eine Promotorflüssigkeit eingeleitet wird, die eine 5 Vol.-%-Destillationstemperatur von 210°C und eine 95 Vol.-%-Destillationstemperatur von nicht mehr als 260°C aufweist.

Ein Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es die Abtrennung von feinverteilten unlöslichen Materialien aus einem Kohleverflüssigungsprodukt sehr erleichtert, und zwar ohne Verwendung einer Filtrierstufe.

So liegt ein weiterer Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in der Reduzierung der Zahl der erforderlichen Überläufe. Gemäß vorliegender Erfindung wird der Überlauf von einem Absetzer zum zweiten Absetzer geleitet. Die beiden Absetzer sind in Serie angeordnet. Die parallel anfallenden Überläufe werden einzeln entnommen und dann vermischt. Auf diese Weise werden anstelle von z. B. 26 Überläufer, die ansonsten überwacht werden müßten, nur die Hälfte dieser Zahl anfallen. Dies erfordert weniger Überwachung und ermöglicht einen einfacheren Aufbau der Anlage.

Der Vorteil im Vergleich zur DE-OS 23 55 606 liegt im Prozentsatz Asche im Überlauf aus der zweiten Stufe heraus.

Daher ist eine Anlage mit multiplen Absetzern von Vorteil, wenn gewünscht wird, einen Überlauf mit einem Aschegehalt in der Größenordnung von 0,01 bis 0,04% zu produzieren.

Die vorliegende Erfindung liefert ein überraschendes Ergebnis, da bei der angewandten Abtrennmethode unter Verwendung von Promotorflüssigkeit bei gesteigerter Abtrennung durch Zugabe von mehr Promotorflüssigkeit auch die gesteigerte Abtrennung gewünschter Produkte erfolgt.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Kohleverflüssigungsprodukt, das aus einem flüssigen Kohleextrakt von gelösten kohlenstoffhaltigen Materialien in einem Kohleverflüssigungslösungsmittel und unlöslichen Materialien (Asche und nicht umgesetzte Kohle) besteht, in eine Abtrennzone geleitet, die mindestens 2 Vorrichtungen zum Absetzen von Schwerkraft enthält, wobei das Kohleverflüssigungsprodukt in die erste dieser Vorrichtungen geleitet wird. Der Überlauf aus der ersten Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft und aus jeder folgenden dieser Vorrichtungen wird in die nachfolgende Vorrichtung geleitet, und man gewinnt einen reinen Überlauf eines flüssigen Kohleextraktes, der frei von unlöslichen Materialien ist, aus der letzten Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft. In jede Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft wird ein frischer flüssiger Promotor, der die Abtrennung des unlöslichen Materials aus dem Kohleverflüssigungsprodukt beschleunigt und verstärkt, eingeleitet, wobei man für eine ausreichende Gesamtmenge des flüssigen Promotors sorgt, um einen reinen Überlauf zu sichern, der frei von unlöslichen Materialien ist. Manchmal gewinnt man einen kleineren Teil des Überlaufes aus einer Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft getrennt als ein Produkt, das nicht in die folgende Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft geleitet wird. Selbstverständlich wird der Begriff "frischer, flüssiger Promotor" deshalb verwendet, um die Promotorflüssigkeit auszuschließen, die in dem Überlauf aus einer solchen Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft vorhanden ist und mit der Zufuhr in die folgende Vorrichtung eingeleitet wird.

Die zur Verstärkung und Beschleunigung der Abtrennung des unlöslichen Materials aus dem Kohleverflüssigungsprodukt verwendete Flüssigkeit ist im allgemeinen ein Kohlenwasserstoff mit einem Charakterisierungsfaktor (K) von mindestens etwa 9,75, vorzugsweise mindestens etwa 11,0; hierbei bedeutet:

wobei T _B der durchschnittliche molare Siedepunkt der Flüssigkeit ist (°R) und G das spezifische Gewicht der Flüssigkeit bedeutet (15,6°C/15,6°C).

Der Charakterisierungsfaktor ist ein Index der aromatischen und paraffinischen Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen und Petroleumfraktionen (vergleiche Watson & Nelson, Ind. Eng. Chem. 25,800 (1933)); je paraffinischer das Material ist, um so höher sind die Werte des Charakterisierungsfaktors (K). Die erfindungsgemäß verwendete Promotorflüssigkeit hat einen Charakterisierungsfaktor (K) von mehr als 9,75 und ist demnach weniger aromatisch als das Verflüssigungslösungsmittel, der Charakterisierungsfaktor (K) der Promotorflüssigkeit hat einen Wert, der im allgemeinen mindestens um 0,25 über dem Charakterisierungsfaktor des Verflüssigungslösungsmittels liegt.

Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele für die Charakterisierungsfaktoren (K) von verschiedenen Materialien:
Anthracen 8,3 Naphthalin 8,4 210-260°C Kohleteer-Destillat 8,8 288-482°C Kohleteer-Destillat 9,1 315-482°C Kohleteer-Destillat 9,0 204-232°C Kohleteer-Destillat 9,4 Benzol 9,8 Tetrahydronaphthalin 9,8 o-Xylol10,3 Decahydronaphthalin10,6 Cyclohexan11,0 Kerosin vom Kp. 210-260°C11,9 n-Dodecylbenzol12,0 Propylen-Oligomere (pentamer)12,2 Ceten12,8 Tridecan12,8 n-Hexan12,9 Hexadecan oder Cetan13,0

Die zur Verstärkung und Beschleunigung der Abtrennung der unlöslichen Materialien verwendete Flüssigkeit weist eine 5-Vol.-%-Destillationstemperatur von mindestens 121°C und 95-Vol.-%-Destillationstemperatur von mindestens 177°C und nicht mehr als etwa 400°C auf. Die Promotorflüssigkeit hat vorzugsweise eine 5-Vol.-%-Destillationstemperatur von mindestens 150°C, besonders bevorzugt ist eine Temperatur von 204°C. Die Destillationstemperatur der 95 Vol.-% ist bevorzugt nicht höher als etwa 315°C. Vorzugsweise verwendet man eine Promotorflüssigkeit mit 5-Vol.-%-Destillationstemperatur von mindestens etwa 210°C und 95-Vol.-%-Destillationstemperatur nicht über etwa 260°C.

Die Promotorflüssigkeit kann ein Kohlenwasserstoff sein, z. B. Tetrahydronaphthalin, wobei die Destillationstemperaturen der 5 Vol.-% und der 95 Vol.-% die gleichen sind; d. h. der Kohlenwasserstoff hat einen einzigen Siedepunkt. In einem derartigen Fall muß der Siedepunkt des Kohlenwasserstoffs mindestens etwa 177°C betragen, damit der Forderung Rechnung getragen wird, daß die 5-Vol.-%-Destillationstemperatur mindestens etwa 121°C und die 95-Vol.-%-Destillationstemperatur mindestens etwa 177°C beträgt. Die Promotorflüssigkeit besteht vorzugsweise aus einem Gemisch von Kohlenwasserstoffen, wobei die Destillationstemperaturen der 5 Vol.-% und der 95 Vol.-% nicht identisch sind.

Die Destillationstemperatur der 5 Vol.-% und der 95 Vol.-% werden zweckmäßig nach dem Verfahren ASTM No. D 86-67 oder No. D 1160 bestimmt, wobei das erstere für solche Flüssigkeiten bevorzugt ist, bei denen die 95-Vol.-%-Destillationstemperatur unterhalb 315°C liegt, während das letztere für solche über 315°C bevorzugt ist. Die Methoden zur Bestimmung dieser Temperaturen sind dem Fachmann wohl bekannt.

Die angegebenen Temperaturen werden auf Atmosphärendruck korrigiert.

Als Beispiele für derartige Flüssigkeiten seien die folgenden erwähnt: Kerosin oder Kerosin-Fraktionen aus paraffinischen oder gemischten Rohölen; Mitteldestillate, Leichtgasöle und Gasölfraktionen aus paraffinischen oder gemischten Rohölen; Alkylbenzole mit Seitenketten, die zehn oder mehr Kohlenstoffatome enthalten; Paraffinkohlenwasserstoffe mit mehr als zwölf Kohlenstoffatomen; Weißöle oder Weißölfraktionen aus Rohölen; α-Olefine mit mehr als zwölf Kohlenstoffatomen; vollhydrierte Naphthaline und substituierte Naphthaline; Propylen-Oligomere (pentamer und höher); Tetrahydronaphthalin, schwere Naphtha-Fraktionen etc. Die bevorzugten Flüssigkeiten sind Kerosin-Fraktionen, Weißöle, vollhydrierte Naphthaline und substituierte Naphthaline sowie Tetrahydronaphthalin.

Die zur Verstärkung und Beschleunigung der Abtrennung von unlöslichen Materialien aus dem Kohleverflüssigungsprodukt benutzte Menge des flüssigen Promotors hängt davon ab, welche spezielle Flüssigkeit verwendet wird, ferner vom Kohleverflüssigungslösungsmittel und von der als Ausgangsmaterial eingesetzten Kohle, ferner von der Art, wie die Verflüssigung durchgeführt wird. Die Gesamtmenge des verwendeten flüssigen Promotors ist möglichst klein, um die Gesamtkosten des Verfahrens zu vermindern. Es wurde gefunden, daß man bei der Verwendung einer Flüssigkeit mit kontrollierten aromatischen Eigenschaften die gewünschte Abtrennung des unlöslichen Materials mit geringen Gesamtmengen des flüssigen Promotors bewirken kann. Im allgemeinen wird das Absetzen durch Schwerkraft in mindestens zwei Vorrichtungen mit einem Gewichtsverhältnis von Gesamtpromotorflüssigkeit zu Kohlelösung im Bereich von 0,3 : 1 bis 2,0 : 1; am meisten bevorzugt ist der Bereich von 0,3 : 1 bis etwa 1,5 : 1. Verwendet man die bevorzugte Promotorflüssigkeit der vorliegenden Erfindung, nämlich eine Kerosin-Fraktion mit einer 5-Vol.-%- und 95- Vol.-%-Destillationstemperatur von 210°C bzw. 260°C, so ist ein Gewichtsverhältnis von Gesamtpromotorflüssigkeit zu Kohlelösung in der Größenordnung von 0,4 : 1 bis 0,6 : 1 besonders erfolgreich. Gegebenenfalls werden auch größere Gesamtmengen der Promotorflüssigkeit verwendet, wenn man es wünscht, aber die Verwendung solch größerer Gesamtmengen ist unwirtschaftlich und führt gegebenenfalls zur Fällung oder Abscheidung von überschüssigen Mengen der gewünschten Kohleprodukte aus dem Kohleextrakt. Bei erhöhten Gesamtmengen des verwendeten flüssigen Promotors scheidet sich insbesondere eine größere Menge Asche aus der Kohlelösung ab; aber diese gesteigerte Abscheidung wird begleitet von einer gesteigerten Abscheidung der gewünschten Kohleprodukte aus der Kohlelösung. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Promotorflüssigkeit werden nicht nur die Mengen der verwendeten Lösungsmittel vermindert, sondern außerdem kann auch die Asche wirksam aus der Kohlelösung abgetrennt werden, z. B. in Mengen von mehr als 99%, ohne daß man einen übermäßigen Verlust der gewünschten Kohleprodukte hat.

Kohle (z. B. bituminöse Kohle) kann auf feuchtigkeits-aschefreier Basis (MAF) etwa 5 bis 10% unlösliches Material (z. B. Fusain) enthalten; dementsprechend geht mindestens etwa 5 bis 10% der MAF-Kohle im Verfahren verloren. Bei der Gewinnung der Kohleprodukte durch ein Verflüssigungsverfahren wird der potentielle Produktverlust durch die Menge des 455°C-±-Produkts gemessen, welches aus der Kohle nicht wiedergewonnen wird; es ist nämlich diese Fraktion, welche die unlöslichen Materialien (z. B. Fusain) enthält, die aus dem festen Rückstand der Kohleentaschung nicht mehr isoliert werden kann. Gemäß vorliegender Erfindung (auf Basis einer MAF-Kohlezufuhr) kann der Produktverlust der 455°C⁺-Komponenten (auf aschefreier Basis) auf einen Wert von nicht mehr als etwa 40 Gew.-% gehalten werden, vorzugsweise nicht mehr als 25 Gew.-%. Im allgemeinen ist der Verlust der 455°C⁺-Produkte (auf Basis von MAF-Kohle) etwa 10 bis 25 Gew.-%. Außerdem enthält das reine Kohleprodukt (das extrahierte kohlenstoffhaltige Material, ohne Promotorflüssigkeit, Verflüssigungsmittel und gasförmige Produkte, im Folgenden manchmal als "Kohleprodukt" bezeichnet) weniger als etwa 1 Gew.-% unlösliches Material, im allgemeinen weniger als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-%. Die spezielle Menge unlöslichen Materials, die in Kohleprodukten anwesend sein darf, hängt von den Produktstandards ab; die Ascheentfernung wird so reguliert, daß die erforderlichen Spezifikationen erreicht werden. Auf Basis eines Illinois- Typs entspricht die Produktion eines Kohleprodukts mit weniger als 0,05 Gew.-% unlöslichen Materials einer Ascheentfernung von mindestens 99%; dem Fachmann ist es klar, daß die prozentuale Ascheentfernung zur Gewinnung eines Kohleproduktes mit der geforderten minimalen Menge an unlöslichem Material von dem ursprünglichen Aschegehalt der Kohle abhängt. Erfindungsgemäß wird daher der flüssige Promotor der Kohlelösung in einer solchen Menge zugesetzt, daß man ein Kohleprodukt erhält, in welchem das unlösliche Material in einer Menge von weniger als etwa 1 Gew.-% (vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-%) vorhanden ist, wobei der Verlust des 455°C⁺-Produktes etwa 10 bis 40 Gew.-% (vorzugsweise etwa 10 bis 25 Gew.-%) auf Basis einer MAF-Kohlezufuhr beträgt, d. h. etwa 60 bis 90 Gew.-% der MAF- Kohlezufuhr wird entweder als Gasprodukt oder als flüssiges Brennstoffprodukt wiedergewonnen.

Man stellt den flüssigen Promotor her, indem man ein Material mit einem Charakterisierungsfaktor unter 9,75 mit einem Material mit einem Charakterisierungsfaktor über 9,75 vermischt, vorausgesetzt, daß die Mischung einen Charakterisierungsfaktor über 9,75 und die oben beschriebenen Siedeeigenschaften hat. Die Verwendung von gemischten Materialien ist eine bequeme Weise zur Regulierung des Charakterisierungsfaktors.

Die Abtrennung des unlöslichen Materials aus dem Kohleextrakt wird im allgemeinen in jeder Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft bei einer Temperatur von etwa 149°C bis 315°C, vorzugsweise 177°C bis 260°C, durchgeführt, und zwar bei einem Druck von etwa 0 bis 35 atü, vorzugsweise 0 bis 21 atü. Gegebenenfalls verwendet man höhere Drücke, jedoch sind niedere Drücke bevorzugt. In jeder Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft wird die Menge der unten entnommenen Produkte möglichst klein gehalten, um die Verluste der schwereren Produkte hier klein zu halten. Im allgemeinen beträgt in jeder solcher Vorrichtungen die erforderliche Menge der unten entnommenen Produkte zwischen 10 und 30 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 und etwa 25 Gew.-% der Gesamtzufuhr (Verflüssigungsprodukt und Promotorflüssigkeit), die in die Vorrichtung eingeführt wird. Die Verweildauer bei diesem Absetzen liegt im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 0,5 bis 6 Stunden, vorzugsweise in einer solchen von etwa 0,5 bis 3 Stunden.

Das Absetzen durch Schwerkraft wird vorzugsweise in zwei Vorrichtungen ausgeführt. Jedoch können gegebenenfalls drei, vier oder mehrere solcher Vorrichtungen zum Absetzen durch Schwerkraft verwendet werden.

Bei einer Verfahrensweise der vorliegenden Erfindung wird ein größerer Teil der frischen Gesamtpromotorflüssigkeit in die erste Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft geleitet, wobei der verbleibende Teil der frischen Gesamtpromotorflüssigkeit in die restlichen Vorrichtungen zum Absetzen durch Schwerkraft geleitet wird. Wenn man zwei solche Vorrichtungen verwendet, beträgt das Gewichtsverhältnis der frischen Promotorflüssigkeit, die in die erste Vorrichtung geleitet wird, zu dem Kohleverflüssigungsprodukt etwa 0,2 : 1 bis 0,7 : 0, und das Gewichtsverhältnis der frischen Promotorflüssigkeit, die in die zweite Vorrichtung geleitet wird, zu dem Kohleverflüssigungsprodukt beträgt etwa 0,1 : 1 bis 0,3 : 1, wobei der größere Teil der frischen Gesamtpromotorflüssigkeit in die erste Vorrichtung geleitet wird.

Bei einer anderen Verfahrensweise der vorliegenden Erfindung wird das Kohleverflüssigungsprodukt vor dem Vermischen mit der Promotorflüssigkeit behandelt, um mindestens diejenigen Komponenten abzutrennen, deren Destillationstemperatur unter der 95-Vol.-%-Destillationstemperatur der Promotorflüssigkeit liegt. Auf diese Weise ist das Kohleverflüssigungsprodukt frei von Komponenten, die innerhalb des Bereichs der in der Promotorflüssigkeit anwesenden Substanzen sieden, wodurch die anschließende Wiedergewinnung der Promotorflüssigkeit aus dem Kohleverflüssigungsprodukt erleichtert wird.

Die Erfindung wird nun näher anhand der Zeichnung erläutert werden.

Gemahlene oder pulverisierte Kohle (im allgemeinen bituminöse, subbituminöse Kohle oder Lignit, vorzugsweise bituminöse Kohle) wird durch die Leitung 10 in die Kohleauflösungs- und Aufschlämmungszone 11 geleitet, gleichzeitig mit dem Kohleverflüssigungslösungsmittel in Leitung 12. Als Kohleverflüssigungslösungsmittel kann man jedes für diesen Zweck bekannte Lösungsmittel verwenden einschließlich Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel, Nicht-Wasserstoff-Donor-Lösungsmittel und Mischungen derselben.

Man verwendet ein Kohleverflüssigungslösungsmittel vom Kp 315°C bis 482°C, welches aus dem Kohleverflüssigungsprodukt wiedergewonnen und vorher keiner Hydrierung unterworfen wurde. Man gibt das Lösungsmittel in einer für die gewünschte Verflüssigung ausreichenden Menge zur Kohle, im allgemeinen setzt man eine solche Menge zu, daß das Gewichtsverhältnis Lösungsmittel zu Kohle etwa 1 : 1 bis 20 : 1 beträgt, vorzugsweise etwa 1,5 : 1 bis 5 : 1.

Eine Kohlepaste wird aus der Zone 11 durch die Leitung 13 abgezogen und die Kohleverflüssigungszone 14 eingeführt, in der die Kohle in bekannter Weise in flüssige Produkte umgewandelt wird. Die Verflüssigungszone 14 wird bekannterweise betrieben, katalytisch oder nicht katalytisch, in Anwesenheit oder Abwesenheit von Wasserstoff. Die Hydrierung kann in einem festen oder flüssigen Katalysatorbett oder in einem expandierten bzw. aufschäumenden Bett durchgeführt werden. Wie bereits erwähnt, wird die Kohleverflüssigung in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt. Die Hydrierung steigert die Ausbeute der Kohleprodukte und vermindert den Schwefel- und Stickstoffgehalt des gewonnenen flüssigen Kohleprodukts. Die Verflüssigung wird vorzugsweise in einem nach oben aufgeschäumten Bett durchgeführt, wie es in der US-PS Nr. 29 87 465 (Johanson) beschrieben ist. Die Kohleverflüssigungszone enthält Vorrichtungen zur Gewinnung der verschiedenen gasförmigen Produkte.

Ein Kohleverflüssigungsprodukt, bestehend aus einem flüssigen Kohleextrakt von gelösten kohlenstoffhaltigen Materialien in dem Kohleverflüssigungslösungsmittel und unlöslichem Material (Asche und ungelöste Kohle), wird aus der Kohleverflüssigungszone 14 durch die Leitung 15 abgezogen und in eine Abtrennungszone 16 geleitet, um aus dem Kohleverflüssigungsprodukt mindestens diejenigen Materialien abzutrennen, deren Siedetemperatur unter der 95-Vol.-%-Destillationstemperatur der Flüssigkeit liegt, die zur Beschleunigung und Verstärkung der Abtrennung der unlöslichen Materialien verwendet wird. Die Abtrennungszone 16 kann eine Verdampfungskammer oder einen Verdampfungsturm (Atmosphärendruck oder Vakuum) enthalten; im speziellen Fall dient die Abtrennungszone 16 zur Abtrennung von Komponenten mit einem Siedepunkt bis zu etwa 315°C.

Das Kohleverflüssigungsprodukt, welches frei von Komponenten mit einem Siedepunkt bis zu etwa 315°C ist, wird durch die Leitung 17 aus der Abtrennzone 16 abgezogen und mit einem ersten Teil der Gesamtmenge der Promotorflüssigkeit in Leitung 18 vermischt. Die Promotorflüssigkeit hat kontrollierte aromatische Eigenschaften, d. h. der Charakterisierungsfaktor hat einen Wert, der im allgemeinen mindestens 0,25 Einheiten größer ist als der Charakterisierungsfaktor des Kohleverflüssigungslösungsmittels. Im speziellen Fall besteht die Promotorflüssigkeit aus einer Kerosinfraktion, bei der die 5- Vol.-%- und die 95-Vol.-%-Destillationstemperaturen in den Bereich von etwa 210°C bis 260°C fallen und die sich von einem naphthenischen oder parafinischen Destillat ableitet.

Der kombinierte Strom des Kohleverflüssigungsprodukts und der Promotorflüssigkeit in Leitung 22 wird in die Abtrennzone 23 geleitet, die aus den zwei Vorrichtungen zum Absetzen durch Schwerkraft 24 und 25 besteht. Selbstverständlich kann die Abtrennzone 23 aus mehr als zwei Vorrichtungen zum Absetzen durch Schwerkraft bestehen.

Der kombinierte Strom in Leitung 22 wird in die Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft 24 geleitet, in welcher der kombinierte Strom in einen feststoffarmen Überlauf, der durch Leitung 26 abgezogen wird, und in einen feststoffreichen unten entnommenen Strom geteilt wird, der durch Leitung 27 abgezogen wird.

Der Überlauf in Leitung 26 wird gründlich mit dem verbleibenden Teil der Gesamtmenge der Promotorflüssigkeit in Leitung 28 gemischt und der kombinierte Strom wird in die Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft 25 geleitet, in welcher der Strom in einen im wesentlichen feststofffreien Überlauf, der durch Leitung 31 abgezogen wird und in einen feststoffreichen durch Leitung 32 abgezogenen unteren Strom geteilt wird.

Der Überlauf in Leitung 31 wird in eine Wiedergewinnungszone 41 eingeleitet, um Promotorflüssigkeit und verschiedene Fraktionen des Kohleextraktes zu gewinnen. Die Wiedergewinnungszone 41 besteht aus einer oder mehreren Fraktionierkolonnen, um verschiedene Fraktionen aus dem Produkt zu destillieren. Im speziellen Fall wird die Wiedergewinnungszone so betrieben, daß man eine erste Fraktion erhält, welche 5-Vol.-%-Destillationstemperaturen von 210°C bis 260°C hat und als Promotorflüssigkeit zur Verstärkung und Beschleunigung der Abtrennung von festem Material aus dem Kohleverflüssigungsprodukt verwendet wird; von der zweiten Fraktion (315°C bis 482°C) kann ein Teil als Kohleverflüssigungslösungsmittel in Leitung 12 verwendet werden, während ein weiterer Teil als Produkt isoliert wird. Der Rest (+482°C) mit niedrigem Asche- und vermindertem Schwefelgehalt kann als Brennstoff verwendet oder einer weiteren Behandlung unterworfen werden. Die in der Wiedergewinnungszone gewonnene Promotorflüssigkeit wird in den Leitungen 18 und 22 verwendet, wobei gegebenenfalls durch Leitung 42 neue Flüssigkeit nachgefüllt wird.

Der unten entnommene Strom, welcher dispergiertes unlösliches Material enthält, wird aus den Vorrichtungen zum Absetzen durch Schwerkraft 24 und 25 entfernt, in Leitung 51 vermischt und in eine Abdampfzone 52 eingeleitet, in der Material, das unter etwa 482°C siedet, abgedampft und durch die Leitung 53 in die Wiedergewinnungszone 41 eingeführt wird. Der aschereiche Bodensatz aus der Abdampfzone wird in Leitung 54 sodann der Kalzinierung oder Verkokung zugeführt. Auch kann man einen Teil dieses Bodensatzes als Brennstoff für die Anlage einsetzen. Dem Fachmann sind diese Verwendungsarten und weitere geläufig. Nach der vorliegenden Erfindung enthält der Bodensatz aus der Abdampfzone in Leitung 54 etwa 10 bis 40 Gew.-% der MAF-Kohle. Außerdem enthält das Kohleprodukt (das aus den Zonen 16 und 41 gewonnene Produkt mit Ausnahme des Verflüssigungslösungsmittels und der Promotorflüssigkeit) weniger als 1 Gew.-% unlösliches Material, vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-%.

In den folgenden Beispielen ist die Erfindung näher erläutert:

Beispiel 1

11,4 l pro Stunde bei 93°C (12,6 kg/h) eines Kohleverflüssigungsproduktes, das 9,0 Gew.-% Asche enthält und bei Atmosphärendruck einen Anfangssiedepunkt von etwa 304°C hat, werden ununterbrochen aus einem 1895-l-Mischungstank in eine Zone gepumpt, die in erster Stufe innerhalb derselben mischt und bei 288°C ± betrieben wird. Ein 210°C bis 260°C Nominalkerosindestillat mit einem Charakterisierungsfaktor von 11,8±0,1 wird gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit von 8,7 l/h bei Raumtemperatur (7,3 kg/h) in die oben erwähnte Mischungszone geleitet. Die gründlich gemischte Mischung aus der Mischungszone wird ununterbrochen in eine 60,6 l erhitzte Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft geleitet, die bei 288°C und einem Druck von 9,1 atü betrieben wird.

Ein teilweise entaschter, oben entnommener Produktstrom und ein aschereicher unten entnommener Produktstrom wird ununterbrochen aus der erhitzten ersten Stufenvorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft abgezogen. Der unten entnommene Strom aus der ersten Stufenabsetzvorrichtung wird auf etwa 149°C abgekühlt und in einem Erststufenskalentank gesammelt. Im Durchschnitt werden etwa 12,7 kg des unten entnommenen ersten Stufenprodukts pro 45,4 kg der Gesamtzufuhr der ersten Stufenvorrichtung abgezogen. Der Aschegehalt einer zusammengesetzten Probe des oben entnommenen ersten Stufenproduktes und des unten entnommenen ersten Stufenproduktes beträgt etwa 1,0 Gew.-% bzw. 17,7 Gew.-%.

Das oben entnommene Produkt (1,0 Gew.-% Asche) aus der ersten Stufenvorrichtung zum Absetzen wird ununterbrochen in eine Zone geleitet, die in zweiter Stufe mischt und bei 288±12°C betrieben und in der es ununterbrochen mit zusätzlich 2,3 l/h (1,8 kg/h) eines Kerosindestillates gemischt wird. Das verwendete Kerosindestillat ist in der Zusammensetzung identisch mit dem Kerosindestillat, das in der ersten Stufenmischungszone zugefügt wird. Das Gemisch aus der zweiten Stufenmischungszone wird in einer 60,6 l erhitzten zweiten Stufenvorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft gemischt, die bei 288±12°C und einem Druck von 9,1 atü betrieben wird.

Ein im wesentlichen aschefreies oben entnommenes Produkt und ein aschereiches unten entnommenes Produkt werden gleichzeitig und ununterbrochen aus der zweiten Stufenvorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft abgezogen. Der unten entnommene zweite Stufenstrom wird auf 149°C abgekühlt und in einem zweiten Stufenskalentank gesammelt. Im Durchschnitt wird etwa 3,5 kg pro Stunde des unten entnommenen zweiten Stufenproduktes in einem solchen zweiten Stufenskalentank gesammelt. Das oben entnommene zweite Stufenprodukt wird auf etwa 93°C gekühlt und in einem 1895 l gerührten Speichertank gelagert. Der Aschegehalt der zusammengesetzten Probe des oben entnommenen zweiten Stufenproduktes, das aus dem gerührten 1895-l-Speichertank abgezogen wird, beträgt 0,01 Gew.-%. Der in diesem Beispiel beschriebene Entaschungsversuch endete nach etwa 72 Betriebsstunden.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

11,4 l pro Stunde bei 93°C (12,6 kg/h) des Kohleverflüssigungsproduktes in Beispiel 1 werden ununterbrochen aus einem 1895-l-Mischungstank in eine Zone gepumpt, in der gemischt wird und die bei 288±12°C betrieben wird. Ein 210°C- bis 260°C-Nominalkerosindestillat mit einem Charakterisierungsfaktor von 11,8±0,1 wird gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit von 11 l/h bei Raumtemperatur (9,1 kg/h) in die oben genannte Mischungszone geleitet. Die gründlich gemischte Mischung aus der Mischungszone wird ununterbrochen in eine 60,6 l erhitzte Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft geleitet, die bei 260±12°C und einem Druck von 9,1 atü betrieben wird.

Ein im wesentlichen aschefreies oben entnommenes Produkt und ein aschereicher unten entnommener Produktstrom werden ununterbrochen aus der erhitzten Vorrichtung zum Absetzen durch Schwerkraft abgezogen. Jeder Abflußstrom aus der Absetzvorrichtung wird auf etwa 93°C gekühlt und in getrennten Skalentankvorrichtungen gesammelt. Im Durchschnitt werden etwa 20,4 kg des unten entnommenen Produktes pro 45,4 kg der gesamten Zufuhr der Absetzvorrichtung abgezogen. Der oben beschriebene Entaschungsversuch endete, nachdem etwa 181,4 kg des aschereichen zusammengesetzten unten entnommenen Stromes in dem Skalentank für diesen unten entnommenen Strom gesammelt war. Repräsentative zusammengesetzte 7,6-l-Proben des oben entnommenen Stromes werden aus dem Skalentank für den Überlauf abgezogen und der Aschegehalt analysiert. Der Aschegehalt des zusammengesetzten oben entnommenen Stromes und des unten entnommenen Produktes, die während dem Entaschungsversuch gesammelt werden, beträgt 0,04 Gew.-% bzw. 12,5 Gew.-%. Die Qualität des oben entnommenen Produktes (Aschegehalt) ist in diesem Beispiel reiner als bei der ersten Stufe des Zweistufenentaschungsverfahrens, das in Beispiel 1 beschrieben wurde.

Jedoch wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren insgesamt ein reineres Produkt erzielt, wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 ersichtlich. Es zeigt sich überraschenderweise, daß bei Zugabe der gleichen Menge an Promotorflüssigkeit in zwei Stufen eine bessere Abtrennung erreicht wird als bei Einsatz der gleichen Menge an Promotorflüssigkeit in einer Stufe.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines Überlaufproduktes, das einen niedrigen Aschegehalt hat; z. B. weniger als 0,04 Gew.-%.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung von unlöslichem Material aus einem aus unlöslichem Material und in einem Kohleverflüssigungs- Lösungsmittel gelösten kohlenstoffhaltigen Materialien bestehenden Kohleverflüssigungsprodukt in einer Schwerkraftabsetzzone, bei dem man das Kohleverflüssigungsprodukt und einen flüssigen Promotor in die Schwerkraftabsetzzone einleitet, der flüssige Promotor eine 5 Vol.-%-Destillationstemperatur von mindestens 121°C und eine 95 Vol.-%-Destillationstemperatur von mindestens 177°C und nicht mehr als 400°C, ferner einen Charakterisierungsfaktor K von mindestens 9,75 hat, wobei T _B= der durchschnittliche molare Siedepunkt (°Rankine)G= das spezifische Gewicht (15,6°C/15,6°C) ist, und dieser Charakterisierungsfaktor größer als derjenige des Kohleverflüssigungs-Lösungsmittels ist und das Gewichtsverhältnis von flüssigem Promotor zu Kohleverflüssigungsprodukt 0,3 : 1 bis 2,0 : 1 beträgt, und die Schwerkraftabsetzung bei einer Temperatur von 149 bis 315°C und einem Überdruck von 0-35 bar durchgeführt wird, nach Patent 23 55 606, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohleverflüssigungsprodukt in eine Abtennzone eingeleitet wird, die mindestens zwei Schwerkraftabsetzvorrichtungen enthält,
daß das Kohleverflüssigungsprodukt in die erste Schwerkraftabsetzvorrichtung eingeleitet wird und der Überlauf aus dieser Schwerkraftabsetzvorrichtung in die nächste Schwerkraftabsetzvorrichtung geleitet wird und
daß in einer ausreichenden Menge frische Promotorflüssigkeit in jede Schwerkraftabsetzvorrichtung eingeleitet wird, um aus der letzten Schwerkraftabsetzvorrichtung einen reinen Überlauf zu gewinnen, der frei von unlöslichem Material ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Schwerkraftabsetzvorrichtung eine solche Menge einer Promotorflüssigkeit eingeleitet wird,
daß das Gewichtsverhältnis von Gesamtpromotorflüssigkeit zu Kohlelösung zwischen 0,1 : 1 und 1,5 : 1 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schwerkraftabsetzvorrichtung ein Promotor eingeleitet wird, dessen 5 Vol.-Prozentdestillationstemperatur mindestens 154°C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schwerkraftabsetzvorrichtung eine Promotorflüssigkeit eingeleitet wird, die eine 5 Vol.-Prozentdestillationstemperatur von 210°C und eine 95 Vol.- Prozentdestillationstemperatur von nicht mehr als 260°C aufweist.