DE3028648A1 - METHOD FOR CONVERTING COAL TO GASEOUS HYDROCARBONS AND VOLATILE DISTILLATES - Google Patents
METHOD FOR CONVERTING COAL TO GASEOUS HYDROCARBONS AND VOLATILE DISTILLATESInfo
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Description
Dr. Dieter Weber Klaus SeiffertDr. Dieter Weber Klaus Seiffert
30286413028641
Paten tan walteGodfather
I)Ip)-I 'ham. Dr. Dieter Weber · nipI.-Phyn. Klaue SelXfert ΡοβΙΓημΙι ΙΙΙ4Π · U2ÜO Wiesbaden I) Ip) -I 'ham. Dr. Dieter Weber · nipI.-Phyn. Claw SelXfert ΡοβΙΓημΙι ΙΙΙ4Π U2ÜO Wiesbaden
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28. Juli 1980 36266/36241July 28, 1980 36266/36241
Chemroll Enterprises, Inc., 100 Wall Street,Chemroll Enterprises, Inc., 100 Wall Street,
New York, New York 10005/USANew York, New York 10005 / USA
Verfahren zum Umwandeln von Kohle in gasförmige Kohlenwasserstoffe und flüchtige DestillateProcess for converting coal into gaseous hydrocarbons and volatile distillates
Priorität: USA - Ser. Nr. 063 824 vom 6. August 1979 USA - Ser. Nr. 114 207 vom 22. Januar 1980Priority: USA - Ser. No. 063 824 of Aug. 6, 1979 U.S. - Ser. No. 114 207 of January 22, 1980
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen verschiedener brauchbarer Stoffe, hauptsächlich gasförmiger Stoffe aus Kohle oder Torf und zum Umwandeln djeser gasförmigen Stoffe in verschiedene Destillate. Insbesondere be= zieht sich die Erfindung auf die Umwandlung von Kohle oder Οίο rf in erwünschte Umwandlungsprodukte wie flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe durch Umsetzen von Kohle oder Torf mat einem speziellen Reagens in Anwesenheit von Wasser, Wasserdampf und/ /oder Wasserstoff bei niedriger bis mäßig erh öhter l'emperatur und bei Atmosphärendruck.The present invention relates to a method of making various useful fabrics, principally gaseous substances from coal or peat and for converting djeser gaseous substances in different distillates. In particular be = The invention draws on the conversion of coal or Οίο rf into desired conversion products such as liquid or gaseous hydrocarbons by converting coal or peat mat one special reagent in the presence of water, steam and / or hydrogen at low to moderately elevated temperatures and at atmospheric pressure.
Weiters bezieht sich die Erfindung auf die Umwandlung von Kohle mittels eines speziellen Reagens in verschiedene vorgewählte Fraktionen, im wesentlichen gasförmigen Bestandteilen, wobei die Kohle in Anwesenheit dieses Reagens, von Wasser, Wasserdampf und/oder Wasserstoff in brauchbare Abbauprodukte übergeführt wird. Diese Abbauprodukte sind hauptsächlich gasförmige Kohlenwasserstoffe, welche zwecks Herstellung flüssiger Destillate zurückgeführt werden können. Letztlich wird bei den hohen Temperaturen aus der Kohle in Anwesenheit des Reagens und von Wasserdampf auch etwas Wasserstoff erzeugt. Der anfallende Rücket and enthält Asche aus der Kohle und Reagens und kann zum Rückgewinnen des Reagens verwendet werden, das dann erneut eingesetzt werden kann.The invention further relates to the conversion of Using a special reagent, coal is divided into various pre-selected fractions, essentially gaseous components, the carbon being converted into useful degradation products in the presence of this reagent, by water, water vapor and / or hydrogen will. These breakdown products are mainly gaseous hydrocarbons, which are used for the production of liquid distillates can be traced back. Ultimately, at the high temperatures, the carbon in the presence of the reagent and of Water vapor also creates some hydrogen. The resulting residue contains ash from the coal and reagent and can be recovered of the reagent, which can then be reused.
Es wurde immer augenscheinlicher, daß die Lagerstätten von flüssigen lind gasförmigen Kohlenwasserstoffen wie Erdöllagerstätten und Erdgaslagerstätten derart rasch erschöpft werden, daß starke Anstrengungen unternommen werden müssen um den in der Zukunft zu erwartenden Bedarf an Energie und Ausgangsstoffen für die chemische Industrie decken zu können und einen entsprechenden Ersatz zu schaffen. Eine der am leichtesten zugänglichen Quellen für Kohlenwasserstoffe ist Kohle, jedoch besiänden..bisher keine Möglichkeiten aus Kohle ohne beträchtliche Kapitalinvestitionen Kohlenwasserstoffe in einer wirtschaftlich vertretbaren V/eise herzustellen. Es sind zwar verschiedene Verfahren zum UmwandelnIt became more and more evident that the deposits of liquid and gaseous hydrocarbons such as oil deposits and natural gas reservoirs are being depleted so rapidly that strong efforts must be made to reduce the To be able to meet the expected future demand for energy and raw materials for the chemical industry and a corresponding one To create a replacement. One of the most readily available sources of hydrocarbons is coal, but there have not been any Opportunities from coal without substantial capital investment. Hydrocarbons in an economically feasible manner to manufacture. While there are different methods of converting
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von Kohle bei hoher Temperatur von beispielsweise oberhalb 600 0C und hohen Druck von beispielsweise mehr als 25 bar, wie Kohlevergasiuigsverfahren bekannt, jedoch steht derzeit kein. Verfahren zum Umwandeln von Kohle in Kohlenwasserstoffe zur Verfügung, welches bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck durchgeführt werden kann.of coal at a high temperature of, for example, above 600 ° C. and high pressure of, for example, more than 25 bar, known as coal gasification process, but currently there is no. Process for converting coal to hydrocarbons is available, which can be carried out at low temperature and low pressure.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind der Anmelderin die US-PSen 3 926 775, 3 933 475, 3 944 480, 3 960 513, 3 957 503, 4 018 572, 4 030 893, 4 057 422 und 4 078 917 bekannt.In connection with the present invention, the applicant has US Patents 3,926,775, 3,933,475, 3,944,480, 3,960,513, 3 957 503, 4 018 572, 4 030 893, 4 057 422 and 4 078 917 are known.
Es wurde gefunden, daß Kohle beim Behandeln mit einem speziellen Reagens in Anwesenheit von Wasserdampf in verschiedene Kohlenwasserstoffraktionen, hauptsächlich gasförmige Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 C-Atomen wie Methan, Äthan, Athen usw. übergeführt werden kann.It has been found that charcoal when treated with a special reagent in the presence of water vapor into various hydrocarbon fractions, mainly gaseous Hydrocarbons with 1 to 5 carbon atoms such as methane, ethane, Athens, etc. can be converted.
Es wurde weiters gefunden, ctaß beim Durchführen dieser Umwandlung bei verschiedenen Temperaturen, also durch Verwendung von Wasserdampf und Kohle in festgelegten Verfahrensschritten, das Mengenverhältnis der verschiedenen, aus der Kohle erhaltenen Kohlenwasserstoffe verändert wird, wobei bei niedrigen Temperaturen flüchtige flüssige Kohlenwasserstoffe und bei hohen Temperaturen hauptsächlich gasförmige Kohlenwasserstoffe entstehen.It was further found that this conversion was carried out at different temperatures, i.e. by using steam and coal in defined process steps, the quantitative ratio of the various hydrocarbons obtained from the coal is changed, and at low temperatures volatile liquid hydrocarbons and, at high temperatures, mainly gaseous hydrocarbons are formed.
Es wurde weiters gefunden, daß verschiedene Kohlen, u.zw. Lignite verschiedener Zusammensetzung und sub-bituminöse Kohle (schwarzer Lignit), Produkte verschiedenartigen Destillationsbeginns liefern, obzwar stets eowohl flüssige als auch gasförmige Kohlenwasserstoffe entstehen. Höherwertige Kohlen liefern mehr flüssige Kohlenwasserstoffe als minderwertigere Kohlen unter gegebenen Heaktionsbedingungen, jedoch ist es möglich durch Verändern der Arbeitsbedingungen oder des Reagens die Menge an flüssigen Kohlenwasserstoffen zu erhöhen. Es wird angenommen, daß bei Zugabe einer alkoholischen Lösung von KHS oder einer solchen zusätzlich Schwefel enthaltenden Lösung zu Kohle eine Umsetzung nach der GleichungIt was also found that various coals, u.zw. Lignites of various compositions and sub-bituminous coal (black lignite), produce products of various types at the start of distillation, although always both liquid and gaseous Hydrocarbons are formed. Higher quality coals produce more liquid hydrocarbons than lower quality coals Coals under given reaction conditions, but it is possible by changing the working conditions or the reagent to increase the amount of liquid hydrocarbons. It is believed that when an alcoholic solution of KHS or such an additional sulfur-containing solution to form coal, a conversion according to the equation
KHS + S2 > 1/2 H2S + 1/ K2S5 KHS + S 2 > 1/2 H 2 S + 1 / K 2 S 5
abläuft. Daraus folgt, daß KHS ohne Zusatz von Schwefel verwendet werden kann, jedoch wird KHS durch Schwefel in Form eines in geringerem'Maße hydrolysierten Polysulfide stabili-expires. It follows that KHS can be used without the addition of sulfur, but KHS is given shape by sulfur a polysulfide stabilized to a lesser extent hydrolyzed
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siert. In Anwesenheit von Wasser wird KHS teilweise in K^S übergeführt, weshalb für die Umsetzung sowohl KHS als auch K2S vorliegen sollen. Palis Schwefel zugesetzt wird, entsteht in geringerem Maße hj^drolysierendes und deshalb wasserbeständigeres Polysulfid.sated. In the presence of water, KHS is partially converted into K ^ S, which is why both KHS and K 2 S should be available for the conversion. If sulfur is added to Palis, the result is to a lesser extent hydrolysing and therefore more water-resistant polysulphide.
Die oben für KHS angegebene Reaktionsgleichung gilt auch für KaHS, welches scheinbar ohne Zusatz elementaren Schwefels ein besseres Arbeiten ermöglicht.The reaction equation given above for KHS also applies to KaHS, which apparently does not contain elemental sulfur allows you to work better.
Es ist auch möglich KHS oder NaHS in trockener Form, also ohne einen Zusatz an Alkohol einzusetzen. NaHS wird industriell hergestellt und in der Kegel in Form von Schuppen mit einem Wassergehalt von etwa 30 Gew.-# geliefert.It is also possible KHS or NaHS in dry form, that is without adding any alcohol. NaHS is manufactured industrially and in the cone in the form of scales with a Water content of about 30 wt .- # supplied.
Wenn K^S und verschiedene Kaliumpolysulfide mit Kohle umgesetzt werden, werden vorzugsweise der in der Kohle gebundene Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff angegriffen und der Kohle entzogen. Wenn der Kohle in Anwesenheit von Wasserdampf oder Wasser Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel in Form verschiedener Verbindungen entzogen werden, ergibt sich die Möglichkeit in die Kohle dort wo Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel abgespalten wurden, Wasserstoff einzuführen und damit hydroaromatische, aromatische und kürzerkettige aliphatische Verbindungen zu bilden.When K ^ S and various potassium polysulphides reacted with charcoal the oxygen, sulfur and nitrogen bound in the coal and the coal are preferably attacked withdrawn. When the coal is in the presence of water vapor or water oxygen, nitrogen and sulfur in various forms Compounds are removed, there is the possibility in the coal where oxygen, nitrogen and sulfur are split off introduced hydrogen and thus hydroaromatic, aromatic and shorter-chain aliphatic compounds to build.
Es hat sich gezeigt, daß in der Kohle Sauerstoff vorliegen muß. Aus diesem Grunde sind minderwertige Kohlen wie Lignite äußerst gut geeignet. Mit zunehmender Qualität der Kohle nimmt, wie beispielsweise mit sub-bituminöser Kohle (schwarzer Lignit), der Sauerstoffgehalt der Kohle ab, weshalb dann eine geringere Menge an gasförmigen lfmsetzprodukten und eine größere Menge an flüssigen TJmsatzprodukten erhalten wird. Es hat sich gezeigt, daß selbst Sub-Lignite und Torf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu schiedensten Kohlenwasserstoffen verarbeitet werden können.It has been shown that there must be oxygen in the coal. Because of this, inferior coals are like lignite extremely suitable. As the quality of the coal increases, for example with sub-bituminous coal (black lignite), the oxygen content of the coal decreases, which is why a smaller amount of gaseous flow products and a larger amount of liquid sales products is obtained. It has shown, that even sub-lignites and peat are processed into various hydrocarbons by the process according to the invention can.
Zwecks Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung hingewiesen, deren Figur schematisch '.eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und zum Abtrennen der Verfahrensprodukte zeigt.For the purpose of explaining the invention, reference is made to the drawing, the figure of which is a schematic diagram of a system for performing it of the process according to the invention and for separating off the products of the process.
In der in der Figure gezeigten Anlage ist das Reaktionsgefäß 11 eine Retorte od.dgl. Einrichtung, welcher feinvermahlene Kohle zugeführt wird. Bei Lignit beträgt die Teilchengröße bis zu 6,55 mm» jedoch kann die Teilchengröße auch größer sein, da die Umsetzung von der Korngröße der Kohle unabhängig ist. Bei sub-bituminöser Kohle kann die Teilchengröße bis 6,35 mm betragen, jedoch beträgt die Teilchengröße vorzugsweise etwa 0,79 mm Nachdem das System zunächst durch Hindurchleiten eines Inertgases wie Wasserstoff oder Stickstoff u.dgl. sauerstoffrei gespült worden ist, wird als Reagens K„S oder KHS (oder ein Äquivalent hievon) in einem Alkanol zugeführt, worauf das System geschlossen und die Temperatur auf 65 0C erhöht wird, bei welcher Temperatur vom Reagens das Alkanol abdestilliert. Da durch das zugeführte Inertgas, z.B. Stickstoff oder Wasserstoff, das Reaktionsgemisch gerührt wird, wird zusammen mit dem Alkanol auch Wasser abgegeben. In der Regel wird als Alkanol Methanol oder Äthanol eingesetzt, jedoch können auch höhere Alkohole die Alkanole mit bis zu vier C-Atomen eingesetzt werden.In the system shown in the figure, the reaction vessel 11 is a retort or the like. Device to which finely ground coal is fed. In the case of lignite, the particle size is up to 6.55 mm, but the particle size can also be larger, since the conversion is independent of the grain size of the coal. In the case of sub-bituminous coal, the particle size can be up to 6.35 mm, but the particle size is preferably about 0.79 mm "S or KHS (or equivalent thereof) in an alkanol supplied closed and the system and the temperature is raised to 65 0 C, at which temperature the reagent is distilled off the alkanol. Since the reaction mixture is stirred by the inert gas supplied, for example nitrogen or hydrogen, water is also given off together with the alkanol. As a rule, methanol or ethanol is used as the alkanol, but higher alcohols, the alkanols with up to four carbon atoms, can also be used.
Sobald die gewünschte Arbeitstemperatur erreicht worden ist (nach dem Abdestillieren des gegebenenfalls eingesetzten Alkanols), wird dem System bei einer geeigneten Temperatur Wasserdampf zugeführt, so daß das zunächst zum Entfernen des Sauerstoffs aus dem System verwendete Inertgas wie Stickstoff nicht unbedingt mehr durch das System hindurchgeleitet werden muß. Der Dampfkessel 12 ist mit einer Einrichtung zum Erhitzen des darin befindlichen Wassers ausgestattet, jedoch kann auch eine Hilfsheizung, beispielsweise zum Erhitzen der vom Dampfkessel Vl zum Reaktionsgefäß 11 führenden Leitung vorgesehen sein.As soon as the desired working temperature has been reached (after the alkanol used has been distilled off), steam is fed to the system at a suitable temperature so that the inert gas such as nitrogen that is initially used to remove the oxygen from the system is no longer necessarily passed through the system got to. The steam boiler 12 is equipped with a device for heating the water contained therein, but auxiliary heating, for example for heating the line leading from the steam boiler VI to the reaction vessel 11, can also be provided.
Geeignete Einrichtungen zum Überwachen und Regeln der im Reaktionsgefäß ablaufenden Reaktion, beispielsweise Heizschlangen, Kühlschlangen, Temperaturfühler, Wärmeregler, Rührvorrichtungen usw., können vorgesehen werden. Das Reaktionsgefäß kann gewünschtenfalls auch von außen beheizt werden.Suitable devices for monitoring and regulating the reaction taking place in the reaction vessel, e.g. heating coils, Cooling coils, temperature sensors, heat regulators, stirring devices etc. can be provided. The reaction vessel can if desired, they can also be heated from the outside.
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Die vom Reaktionsgefäß abströmenden Reaktionsprodukte
gelangen in einen Kühler 13, welcher nach Art eines
Rückflußkühlers ausgebildet sein kann, in welchen die Einlaßtemperatur und die Auslaßtemperatur des Kühlwassers so eingestellt
wird, daß die schwere Fraktion aus den von der Kohle
kommenden Fraktionsprodukten zuerst kondensieren. Die schwere
Fraktion kann an den Wänden des Kondensatoreinsatzee 13a kondensieren
und dann nach unten "bis in den !Sammelbehälter 14
fließen und von dort abgezogen, aufgearbeitet und gelegentlich auch analysiert werden.The reaction products flowing out of the reaction vessel pass into a cooler 13, which is in the manner of a
Reflux condenser can be formed, in which the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling water is adjusted so that the heavy fraction from the coal
Condense coming fraction products first. The heavy fraction can condense on the walls of the condenser insert 13a and then down "into the collecting container 14
flow and are withdrawn from there, processed and occasionally also analyzed.
Die aus dem Sammelbehälter 14 gasförmig abströmenden Produkte werden einem zweiten Kondensator 15 zugeführt, dort gekühlt
und schließlich durch eine Reihe von Wäschern geleitet, welchen geeignete Waschflüssigkeiten zugeführt werden um zu
erreichen, daß in jede der Waschflüssigkeiten die gewünschte
Fraktion an Reaktionsprodukten angereichert wird. Beim Arbeiten im industriellen Maßstäbe mag ein Fraktionieren in einer
Destillationskolonne günstiger sein.The products flowing out of the collecting container 14 in gaseous form are fed to a second condenser 15, where they are cooled and finally passed through a series of washers to which suitable washing liquids are fed
achieve that in each of the washing liquids the desired
Fraction is enriched in reaction products. When working on an industrial scale, one might like fractionation in one
Distillation column be cheaper.
Die nicht in Lösung gegangenen und gewaschenen gasförmigen Reaktionsprodukte werden in den nächsten Wäscher geleitet, in
welchem in später noch zu erläuternder Weise weitere Reaktionsprodukte abgetrennt werden. In der Zeichnung sind zwar sieben
Wäscher gezeigt, jedoch hängt die Anzahl der Wäscher von der
Anzahl der abzutrennenden gasförmigen Fraktionen ab. Dementsprechend kann eine größere oder kleinere Anzahl von Wäschern
vorgesehen werden. Die Menge der schließlich noch verbleibenden gasförmigen Fraktion wird im Gasmesser 17 gemessen und kann
aufgefangen und weiterverarbeitet, beispielsweise nochmals gewaschen und, z.B. durch Destillieren, gereinigt oder direkt
weiterverwendet werden.The gaseous reaction products which have not gone into solution and which have not been washed are passed into the next washer, in which further reaction products are separated off in a manner to be explained later. Although seven washers are shown in the drawing, the number of washers depends on the
Number of gaseous fractions to be separated off. Accordingly, a larger or smaller number of washers can be provided. The amount of the finally remaining gaseous fraction is measured in the gas meter 17 and can be collected and further processed, for example washed again and purified, for example by distillation, or directly
can be reused.
Da die bei der erfindungsgemäßen Vergasung von Kohlen erhaltene.,
gasförmige Fraktion eine zum größten 'i'eil aus Kohlenwasserstoffen
mit 1 bis 6 C-Atomen bestehende enge Fraktion
ist, kann diese Fraktion auch durch Fraktionieren in die einzelnen Bestandteile, von welchen einige dem flüssigen Aggregatszustand
nahe sind, getrennt werden. Geeignete Fraktionierein-Since the gaseous fraction obtained in the gasification of coals according to the invention is a narrow fraction consisting largely of hydrocarbons with 1 to 6 carbon atoms
this fraction can also be separated by fractionation into the individual components, some of which are close to the liquid state of aggregation. Suitable fractionation
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richtungen sind beispielsweise Destillationskolonnen und Molekularsiebe. Solche fraktioniereinrichtungen, beispielsweise Destillationseinrichtungen, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und müssen nicht näher erläutert werden.directions are, for example, distillation columns and Molecular sieves. Such fractionation devices, for example Distillation devices are sufficiently known to the person skilled in the art and do not need to be explained in more detail.
Für den vorliegenden Zweck wird jedoch eine Möglichkeit beschrieben, welche es gestattet verschiedene Fraktionen auf Grund der unterschiedlichen löslichkeit von Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 6 C-Atomen in ihre Bestandteile zu trennen.For the present purpose, however, there is a possibility described, which allows different fractions due to the different solubility of hydrocarbons with 1 to 6 carbon atoms to separate into their components.
Dieses Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden. Das Abtrennen der einzelnen Reaktionsteilnehmer (beispielsweise des einen Alkohol enthaltenden Reagens) kann beispielsweise so vorgenommen werden, daß das System kontinuierlich unter laufendem Zuführen des Reagens, der Kohle und von Wasserdampf und unter laufendem Abziehen der Reaktionsprodukte betrieben wird. Unter diesen Voraussetzungen kann unter Umständen auf das Durchspülen mit Inertgas verzichtet werden. Aus jedem der Wäscher 16 kann der gelöste Bestandteil abgetrennt werden, wobei die darin verwendete Waschflüssigkeit ebenfalls abgetrennt wird.This process can be carried out continuously. The separation of the individual reactants (for example the reagent containing an alcohol) can, for example can be made so that the system is continuously supplied with the reagent, charcoal and steam and is operated with continuous removal of the reaction products. Under these conditions, under certain circumstances flushing with inert gas can be dispensed with. The dissolved constituent can be separated from each of the washers 16 the washing liquid used therein is also separated off.
Die im folgenden angegebenen Löslichkeiten der in Betracht kommenden Gase sind für eine Temperatur von 22,22 0C, also für Raumtemperatur angegeben, da die verschiedenen Wäscher bei Raumtemperatur und nahe bei Atmosphärendruck betrieben werden können und dementsprechend die Löslichkeiten bei dieser Temperatur interessant sind. Es ist zu bemerken, daß auch höhere Drücke, beispielsweise in einer Destillationsanlage, aufrechterhalten werden können um ein Arbeiten bei übermäßig tiefen Temperaturen zu vermeiden. Palis die Druckbedingungen geändert werden kann das Ausbringen bei veränderten Drücken vom Fachmann auf dem Gebiete der Destillationstechnik abgeschätzt bzw. berechnet werden.The given below solubility of the suitable gases are given for a temperature of 22.22 0 C, so for room temperature, because the different scrubber at room temperature and can be operated near atmospheric pressure and, accordingly, the solubilities are interesting at this temperature. It should be noted that higher pressures, for example in a distillation plant, can also be maintained in order to avoid working at excessively low temperatures. If the pressure conditions are changed, the output can be estimated or calculated by a person skilled in the art of distillation technology when the pressures are changed.
Die Handbüchern entnehmbaren bekannten Löslichkeiten von dem System entzogenen Kohlenwasserstoffen, u.zw. die Löslichkeiten von Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 6 C-Atomen sind folgende: Known solubilities of hydrocarbons withdrawn from the system, u.zw. the solubilities of hydrocarbons with 1 to 6 carbon atoms are the following:
Athen ist löslich in Äther, etwas löslich in Alkohol,Athens is soluble in ether, somewhat soluble in alcohol,
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Aceton und Benzol und unlöslich in Wasser. Äthan ist löslich in Benzol, etwas löslich in Alkohol und Aceton und unlöslich in Wasser. Propan ist löslich in Wasser und Alkohol, sehr gut löslich in Äther und Benzol und schwach löslich in Aceton aber auch sehr leicht löslich in Chloroform. Propen ist sehr gut löslich in Wasser, Alkohol und Essigsäure. Butan ist sehr gut löslich in Alkohol, Äther und Chloroform tind löslich in Wasser. But-1-en und But-2-en sind sehr gut löslich in Alkohol und Äther, löslich in Benzol und unlöslich in Wasser. Pent-1-en, Pent-2-en und trans-Penten sind mit Alkohol und Äther miechbar, sehr leicht löslich in verdünnter bchwefeisäure, löslich in Benzol und unlöslich in Wasser. Pentan ist mit Alkohol, Äther, Aceton, Benzol, Chloroform und Heptan mischbar und schwach löslich in Wasser. Hexan ist löslich in Äther und Chloroform, sehr gut löslich in Alkohol und unlöslich in Wasser. Hex-1-en, Hex-2-en, Hex-3-en und trans-Hexen sind löslich in Alkohol, Äther, Benzol, Chloroform, Petroläthern, jedoch unlöslich in Wasser. Methan ist löslich in Wasser, Alkohol, Äther, Benzol, Methanol und Toliiol und etwas löslich in Aceton.Acetone and benzene and insoluble in water. Ethane is soluble in benzene, somewhat soluble in alcohol and acetone, and insoluble in water. Propane is soluble in water and alcohol, very well soluble in ether and benzene and slightly soluble in acetone but also very easily soluble in chloroform. Propene is very good soluble in water, alcohol and acetic acid. Butane is very soluble in alcohol, ether and chloroform and is soluble in water. 1-butene and 2-butene are very soluble in alcohol and ether, soluble in benzene and insoluble in water. 1-pentene, Pent-2-en and trans-pentene can be mixed with alcohol and ether, very easily soluble in dilute sulfuric acid, soluble in Benzene and insoluble in water. Pentane is miscible and slightly soluble with alcohol, ether, acetone, benzene, chloroform and heptane in water. Hexane is soluble in ether and chloroform, very soluble in alcohol and insoluble in water. Hex-1-en, Hex-2-en, hex-3-en and trans-hexene are soluble in alcohol, Ether, benzene, chloroform, petroleum ether, but insoluble in water. Methane is soluble in water, alcohol, ether, benzene, Methanol and Toliiol and somewhat soluble in acetone.
Das Reagens, beispielsweise Kaliumhydrosulfid oder Na.-triumhydrοsulfid oder ein Polysulfid dieser Alkalimetalle,wird in einem der Reaktionsgefäße rückgebildet, wenn dort als Waschflüssigkeit in einem Alkenol gelöstes KOH oder NaOH verwendet wird und dieses mit einer entsprechenden Menge an ^S umgesetzt wird. TJnxer diesen Bedingungen wird das Reagens in Form eines weißen Niederschlages, beispielsweise in l'orm von K2S (Hydrat) oder NaAS (Hydrat), ausgefällt. In Äthanol oder höheren Alkanolen ist das Alkalimetallsulfid nur schwach löslich, weshalb das ausgefällte Alkalimetallsulfid einfach durch Abziehen des Niederschlages aus dem Wäscher aus dem System entfernt werden kann.The reagent, for example potassium hydrosulphide or sodium triumhydrοsulphide or a polysulphide of these alkali metals, is regenerated in one of the reaction vessels if KOH or NaOH dissolved in an alkenol is used there as washing liquid and this is reacted with a corresponding amount of ^ S. Under these conditions, the reagent is precipitated in the form of a white precipitate, for example in the form of K 2 S (hydrate) or NaAS (hydrate). The alkali metal sulfide is only slightly soluble in ethanol or higher alkanols, which is why the precipitated alkali metal sulfide can be removed from the system simply by removing the precipitate from the scrubber.
Die im Reaktionsgefäß 11 verbleibende Asche wird aus dem Reaktionsgefäß in geeigneter Weise entfernt und aufgearbeitet, wobei beispielsweise die in der Asche enthaltenen löslichen Stoffe gelöst werden und beispielsweise Kalium auf G-rund der unterschiedlichen Löslichkeiten von Calciumhydroxid und Kalium-The ash remaining in the reaction vessel 11 is removed from the Reaction vessel removed in a suitable manner and worked up, for example the soluble ones contained in the ash Substances are dissolved and, for example, potassium on the basis of different solubilities of calcium hydroxide and potassium
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hydroxid extrahiert wird, d.h. daß beim Extrahieren von Kalium mit Calciumhydroxid Calciumsulfat ausgefällt wird und Kaliumhydroxid abgetrennt werden kann. Natriumhydroxid ist in der Asche enthalten und kann daraus, wie an sich "bekannt, in der gleichen Weise oder auf andere Weise entfernt werden. Da Natrium in Kohlen in wesentlich geringeren Mengen als Kalium enthalten ist, kann es erforderlich werden bei kontinuierlicher Verfahrensführung Natrium zu ergänzen, falls ein Keagens auf Basis ven Natrium verwendet wird. In der Kohle liegt Kalium in ausreichender Menge vor. Wie sich aus obigem ergibt, wird bei niedrigen Temperaturen bei der Umsetzung eines Lignite der beispielsweise im folgenden Beispiel angegebenen Art eine Kohlenwasserstoffiraktion erhalten, welche Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 6 C-Atomen enthält und im Durchschnitt hauptsächlich Kohlenwasserstoffe mit 4 C-Atomen enthält. Diese Fraktion wird in der Regel bei Temperaturen bis etwa 120 C aufgearbeitet. Bei 220 0C entsteht eine Methan bis Butan enthaltende und auch entsprechende ungesättigte Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion. Bei 360 bis 450 0C entsteht im wesentlichen Athen und möglicherweise etwas Wasserstoff. Um sicherzugehen, daß kein Schwefelwasserstoff verlorengeht .werden die abströmenden Produkte mit einer gesättigten alkanolischen Lösung eines Alkalimetallhydroxide, beispielsweise Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, gewaschen, wobei der Schwefelwasserstoff mit dem Alkalimetallhydroxid zum entsprechenden Alkalimetallsulfid, im gewählten Beispiel zu K-S und Na^S reagiert, welche in Anwesenheit von Wasser auch KHS und NaHS rückbilden. Im so gewaschenen Gasstrom ist Schwefelwasserstoff nur mehr in sehr geringer Menge beispielsweise in einer Menge von weniger als 0,01 YoI.-# enthalten. hydroxide is extracted, that is, when extracting potassium with calcium hydroxide, calcium sulfate is precipitated and potassium hydroxide can be separated off. Sodium hydroxide is contained in the ash and, as is known per se, can be removed therefrom in the same way or in a different way. Since sodium is contained in coals in much smaller amounts than potassium, it may be necessary to supplement sodium when the process is carried out continuously If a keagent based on sodium is used. Potassium is present in sufficient quantity in the coal. As can be seen from the above, a hydrocarbon reaction is obtained at low temperatures in the reaction of a lignite of the type given, for example, in the following example, which hydrocarbons with Contains 3 to 6 C atoms and on average mainly contains hydrocarbons with 4 C atoms. This fraction is generally worked up at temperatures up to about 120 C. At 220 ° C., a fraction containing methane to butane and also corresponding unsaturated hydrocarbons is formed At 360 to 450 ° C. essentially A is produced then and possibly some hydrogen. In order to ensure that no hydrogen sulfide is lost, the outflowing products are washed with a saturated alkanolic solution of an alkali metal hydroxide, for example potassium hydroxide or sodium hydroxide, the hydrogen sulfide reacting with the alkali metal hydroxide to form the corresponding alkali metal sulfide, in the selected example to form KS and Na ^ S, which reacts in The presence of water also regresses KHS and NaHS. The gas stream washed in this way only contains hydrogen sulfide in a very small amount, for example in an amount of less than 0.01%.
Das oben erläuterte Verfahren wird im folgenden durch den Erfindungsgegenstand nicht einschränkende Beispiele naher erläutert. The method explained above is explained in more detail below by examples that do not restrict the subject matter of the invention.
Beispiel 1: 50 ml einer methanolischen Lösung von Kaliumhydrosulfid, welche 0,37 g Kaliumhydrosulfid pro ml enthält, wurden als ursprüngliches Keagens eingesetzt. Es wurden 71 gExample 1: 50 ml of a methanolic solution of potassium hydrosulfide, which contains 0.37 g potassium hydrosulphide per ml, were used as the original keagent. There were 71 g
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eines Lignite verarbeitet, welcher auf aschefreie Trockensubstanz bezogen 66 CJ> C, 3,97 # H, 18,2 # O und 0,9 ^ N und weiters eine geringe Menge an flüchtigen Stoffen enthielt. Der rohe Lignit enthielt 33 Gew.-$ Wasser und 9 Gew.-$ Asche. Der Aschegehalt des feucht angelieferten Lignits betrug 6 Gew.-^. Der Lignit enthielt 0,69 Gew.-"/> organisch gebundenen Schwefel, jedoch war der Gehalt des Lignits an Pyritschwefel unbekannt.processed a lignite which, based on ashless dry matter, contained 66 C J> C, 3.97 # H, 18.2 # O and 0.9 ^ N and also a small amount of volatile substances. The raw lignite contained 33 wt% water and 9 wt% ash. The ash content of the lignite delivered moist was 6% by weight. The lignite contained 0.69 wt -. "/> Organically bound sulfur, however, the content of the lignite of pyrite sulfur was unknown.
Die Versucte wurden mit 2 Stunden bei 135 0C getrocknetem Lignit und mit nicht getrocknetem Lignit durchgeführt. Der grundsätzliche Unxerschied zwischen dem trockenen Lignit und dem feuchten Lignit bestand darin, daß aus dem feuchten Lignit bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes des Wassere bei ansteigender Reaktionstemperatur sehr leichte Kohlenwasserstoffe entstanden. Das im Lignit enthaltene Wasser lieferte den Wasserstoff für die solcherart entstandenen Kohlenwasserstoffe. In sonstiger Hinsicht verläuft die Umsetzung in der gleichen Weise.The Versucte were carried out with 2 hours at 135 0 C dried lignite and lignite not dried. The fundamental difference between dry lignite and moist lignite was that the moist lignite produced very light hydrocarbons at temperatures below the boiling point of water as the reaction temperature increased. The water contained in the lignite provided the hydrogen for the resulting hydrocarbons. In other respects the implementation proceeds in the same way.
Dem Lignit wurde elementarer Schwefel zugesetzt, jedoch kann der Schwefel auch der alkoholischen Lösung von KHS zugesetzt werden. Die Gesamtmenge an Schwefel betrug 8,25 g einschließlich des im Lignit organisch gebundenen Schwefels.Elemental sulfur has been added to the lignite, but the sulfur can also be added to the alcoholic solution from KHS will. The total amount of sulfur was 8.25 g including the organically bound sulfur in the lignite.
Das Gerat bestand entsprechend der i'igur der Zeichnung aus einem Behälter und einer Zufuhrleitung für inertes Spülgas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff. Diese inerten Gase können in das Reaktionsgefäß 11 direkt oder über einen Dampferzeuger und eine Dampfleitung in das Reaktionsgefäß 11 eingeführt werden. Die Dampfleitung wurde auf HO 0C erhitzt und mündete in das Reaktionsgefäß, welches auf die gleiche Temperatur erhitzt wurde, nahe dem Boden desselben.According to the figure in the drawing, the device consisted of a container and a supply line for inert flushing gas, for example hydrogen or nitrogen. These inert gases can be introduced into the reaction vessel 11 directly or into the reaction vessel 11 via a steam generator and a steam line. The steam line was heated to HO 0 C and opened into the reaction vessel, which was heated to the same temperature, near the bottom thereof.
Es waren auch Temperaturme^einrichtungen vorgesehen. In der Regel mündet die Dampfleitung durch die Zentralöffnung eines als Reaktionsgefäß dienenden Kolbens. Anfänglich wurde das Reaktionsgemisch durch den Stickstoff bzw. den Wasserstoff gerührt, wobei das Methanol der Reagenslösung abdestillierte. Das Durchmischen des Reaktionsgemisches kann auch in anderer Weise, beispielsweise durch Rühren erfolgen. Das im rohenTemperature measuring devices were also provided. In As a rule, the steam line opens through the central opening of a piston serving as a reaction vessel. Initially it was the reaction mixture was stirred by the nitrogen or the hydrogen, the methanol distilling off the reagent solution. The reaction mixture can also be mixed in another way, for example by stirring. That in the raw
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Lignit vorhandene Wasser erzeugt während des !Destillierens einen in Methanol bzw. Äthanol löslichen gasförmigen Kohlenwasserstoff. Water present in lignite is created during! Distillation a gaseous hydrocarbon soluble in methanol or ethanol.
Bei Verwendung von trockenem Lignit wird das Entstehen eines solchen flüssigen Kohlenwasserstoffes auf ein Mindestmaß zurückgedrängt. Das Reaktionsgefäß 11 kann irgendeine geeignete Form besitzen, jedoch wurde in diesem Versuch ein an seiner Oberseite mit geeigneten Zufuhrstutzen ausgestatteter Rundkolben verwendet.When using dry lignite, the formation of such a liquid hydrocarbon is minimized pushed back. The reaction vessel 11 can be any have a suitable shape, but in this experiment one was equipped with a suitable feed nozzle on its top Round bottom flask used.
Ein weiterer Zufuhrstutzen dient zum Zuführen von Lignit und auch als Austragöffnung. Das Reagens wird über eine während des Versuchs verschlossene Öffnung zugeführt.Another feed nozzle is used to feed in lignite and also as a discharge opening. The reagent is over a during of the experiment closed opening supplied.
Ein weiterer Stutzen führt zu einem vertikal angeordneten und mit Wasser als Kühlmittel beschickten Kondensator, aus welchem das Kondensat in einen als Auffangbehälter dienenden Rundkolben 14- fließt, welcher mit einer Auslaßöffnung und am Boden mit einer Öffnung zum Abziehen des Kondensats ausgestattet ist.Another connection leads to a vertically arranged condenser charged with water as a coolant which the condensate flows into a round-bottom flask 14 serving as a collecting container, which has an outlet opening and is equipped with an opening at the bottom for draining the condensate.
Aus dem Auffangbehälter (Rundkolben) 14 strömen restliche Gase in einen weiteren mit Wasser als Kühlmittel beschickten Kondensator 15, welcher zweckmäßig oberhalb des Auffangbehälters H angeordnet ist.Remaining gases flow from the collecting container (round bottom flask) 14 into another one filled with water as a coolant Condenser 15, which is expediently arranged above the collecting container H.
Die vom Kondensator abströmenden Restgase werden sodann durch in Reihe geschaltete Wäscher geleitet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist (a) ein mit Wasser als Waschflüssigkeit betriebener Wäscher, (b) ein mit Äthanol oder mit Methanol als Waschflüssigkeit betriebener Wäscher, (c) ein mit einer Lösung von 1 Mol KOH in 135 ml Methanol als Waschflüssigkeit betriebener Wäscher, (d) ein mit Benzol als Waschflüssigkeit betriebener Wäscher, (e) ein mit einer Lösung von 1 Mol KOH in 2 Mol Wasser als Waschflüssigkeit betriebener Wäscher und (f) ein mit einer etwa 24#igen Lösung 98?£iger HgSO* als Waschflüssigkeit betriebener Wäscher vorgesehen. Als Rückschlagsicherung kann ein leerer Wäscher nachgeschaltet sein.The residual gases flowing out of the condenser are then passed through washers connected in series. In the embodiment shown is (a) a washer operated with water as washing liquid, (b) one with ethanol or with methanol washer operated as washing liquid, (c) a washer with a solution of 1 mol of KOH in 135 ml of methanol as washing liquid operated washer, (d) a washer operated with benzene as washing liquid, (e) one with a solution of 1 mol of KOH washer operated in 2 mol of water as washing liquid and (f) a washer with an approximately 24% solution of 98? iger HgSO * as washing liquid operated washer provided. An empty scrubber can be connected downstream to prevent kickback.
Die nun noch verbliebenen Gase werden über eine Leitung abgeleitet und zweckmäßig in einer in geeigneter Weise ausge-The remaining gases are discharged via a line and expediently discharged in a suitable manner.
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bildeten Auffangvorrichtung aufgefangen. Vor einem zwischen den Wäschern und der Auffangvorrichtung in die Leitung eingeschalteten Gasdurchflußmesser 17 kann ein Chromatographier-. rohr angeschlossen sein um Gasproben analysieren zu können. Ein Chromatographierrohr kann auch an sonstigen erwünschten Stellen in die Aufarbeitungsstrecke eingeschaltet sein um Gase bzw. Destillate analysieren zu können.formed catching device. Before one switched into the line between the scrubbers and the collecting device Gas flow meter 17 can be a chromatography. pipe to be able to analyze gas samples. A chromatography tube can also be switched on at other desired points in the work-up section To be able to analyze gases or distillates.
Ein in diese Leitung eingeschalteter und in Bruchteilen eines Kubikmeters geeichter Gasdurchflußmesser zeigt die Summe an erzeugtem Kohlenwasserstoffgas an.A gas flow meter connected to this line and calibrated in fractions of a cubic meter shows the Sum of generated hydrocarbon gas.
Bei Durchführung des Verfahrens wird der schwefelhaltige Lignit in das Reaktionsgemäß eingebracht und auf eine Temperatur von 35 bis 50 0C erwärmt. Nachdem das System mit Wasserstoff oder Stickstoff durchgespült und damit aus dem System Luftsauerstoff entfernt worden war, wurden 50 ml Reagens eingebracht. Das System wurde sodann geschlossen und dann auf 65 0G erwärmt, bei welcher Temperatur das aus dem Reagens stammende Methanol abdestillierte. Wie bereits erwähnt, kann durch den zugeführten Stickstoff das Gemisch aus Reagens und Lignit ausreichend in Bewegung gehalten werden. Das reagens enthält weiters auch Wasser, welches als in den zum Herstellen des Reagens verwendeten Ausgangsstoffen enthaltene Verunreinigung vorliegt und welches zum Teil auch beim Herstellen des Reagens entsteht. Das mit dem Reagens eingebrachte V/asser und das mit der Kohle eingebrachte Wasser destilliert bei Temperaturen bis zu 135 0C ab.In carrying out the process of the sulfur-containing lignite is introduced into the reaction According and heated to a temperature of 35 to 50 0 C. After the system had been purged with hydrogen or nitrogen and thus removed atmospheric oxygen from the system, 50 ml of reagent was introduced. The system was then closed and then heated to 65 0 G, at which temperature the methanol originating from the reagent distilled off. As already mentioned, the mixture of reagent and lignite can be kept sufficiently in motion by the nitrogen supplied. The reagent also contains water, which is present as an impurity contained in the starting materials used to produce the reagent and which is also partly formed during the production of the reagent. The water introduced with the reagent V / ater and introduced with the coal water is distilled off at temperatures up to 135 0 C.
Das während des Abdestillierens des Methanols bzw. des Äthanols erhaltene Destillat enthält auch in Methanol bzw. in Äthanol lösliche Kohlenwasserstoffe, darunter auch gasförmige Kohlenwasserstoffe. Das Wasser destilliert aus dem Reaktionsgemisch erst ab nachdem der größte Teil des Methanols bzw. dee Äthanols abdestilliert worden ist. Dieses Wasser kann eine geringe Menge an bernsteinfarbenen flüssigen Kohlenwasserstoffen enthalten, deren Menge mit zunehmender Qualität der Kohle zunimmt. In der Regel geht aus dem Reaktionsgemisch eine geringe Menge flüssiger Kohlenwasserstoffe bei einer TemperaturThe distillate obtained during the distilling off of the methanol or the ethanol also contains in methanol or in Ethanol soluble hydrocarbons, including gaseous ones Hydrocarbons. The water distills from the reaction mixture only after most of the methanol or the ethanol has been distilled off. This water can contain a small amount of amber-colored liquid hydrocarbons contain, the amount of which increases as the quality of the coal increases. As a rule, a small amount goes out of the reaction mixture Amount of liquid hydrocarbons at a temperature
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von 135 bis 190 0C ab, wobei auch die Menge dieser flüssigen Kohlenwasserstoffe mit zunehmender Qualität der Kohle ansteigt. Diese flüssigen Kohlenwasserstoffe kondensieren im wassergekühlten Kondensator 13 an dessen Wänden 13a in Form eines festen oder halbfesten Produktes.from 135 to 190 ° C., the amount of these liquid hydrocarbons also increasing as the quality of the coal increases. These liquid hydrocarbons condense in the water-cooled condenser 13 on its walls 13a in the form of a solid or semi-solid product.
Nachdem vom Heaktionsgemisch das Gemisch aus Wasser und Methanol abdestilliert worden ist, kann gewünsentenfalle die Zufuhr von Wasserstoff bzw. Stickstoff geändert werden. Zu diesem Zeitpunkt, also beim Erreichen einer Temperatur von etwa 170 bis 190 0C, kann zum Durchmischen des Reaktionsgemisches ausschließlich Dampf oder auch ein geeigneter Rührer verwendet werden. Dampf wird deshalb nicht vor dem Abdestillieren des Gemisches aus Methanol und Wasser in das Reaktionsgefäß eingeführt, weil das Gemisch aus Methanol und V/asser während des Abdestillierens von Methanol und Wasser die Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches hält.After the mixture of water and methanol has been distilled off from the reaction mixture, the supply of hydrogen or nitrogen can be changed if necessary. At this point in time, that is to say when a temperature of about 170 to 190 ° C. is reached, steam or a suitable stirrer can be used exclusively to mix the reaction mixture. Steam is therefore not introduced into the reaction vessel before the mixture of methanol and water is distilled off, because the mixture of methanol and water / water maintains the temperature within a certain temperature range during the distillation of methanol and water.
Im Anschluß an das Zuführen von Wasserdampf oder von Wasserdampf unter fortgesetzter Zufuhr von Wasserstoff ergeben verschiedene Lignite sub-bituminöse Kohlen je nach ihrer Zusammensetzung und ihrem inneren Aufbau verschiedene Mengen an erfaßbaren gasförmigen Kohlenwasserstoffen und verschiedene Destillationsbereiche.Following the supply of steam or of Water vapor with continued supply of hydrogen gives different lignites of sub-bituminous coals depending on their composition and their internal structure, various amounts of detectable gaseous hydrocarbons and various Distillation areas.
Es ist zweckmäßig beim Einführen von Wasserdampf in das Reaktionsgefäß'die Zufuhr von Wasserstoff zu beenden, da im Falle des Zuführens von Wasserstoff in die Vorrichtung eine genaue Ablesung der Volumsmessung des aus der Vorrichtung austretenden Gases erschwert wird, jedoch kann bei Verwendung eines weiteren Gasdurchflußmessers am Wasserstoffbehälter die Menge an den System zugeführten Wasserstoffs erfaßt werden und diese Menge vom durch den am Ausgang der Vorrichtung angeordneten Durchflußmesser 17 angezeigten Wert subtrahiert werden. Es ist jedoch zu erwähnen, daß durch einen Teil des Wasserstoffs die eingesetzte Kohle hydriert wird und deshalb die Wasserstoffmenge durch die erwähnte Anordnung nicht exakt erfaßt werden kann.When introducing steam into the reaction vessel, it is advisable to terminate the supply of hydrogen, since in the In the case of supplying hydrogen into the device, an accurate reading of the volume measurement of the exiting the device Gas is made more difficult, but when using a further gas flow meter on the hydrogen container, the Amount of hydrogen supplied to the system can be detected and this amount is determined by the arranged at the outlet of the device Flow meter 17 displayed value can be subtracted. It should be mentioned, however, that some of the hydrogen the coal used is hydrogenated and therefore the amount of hydrogen is not precisely determined by the arrangement mentioned can be.
In der Kegel beginnt beim Verarbeiten von minderwertigenIn the cone begins with the processing of inferior ones
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Kohlen beim Siedepunkt des Methanols bzw. Äthanols allmählich die Entwicklung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wobei die Menge an entstehenden gasförmigen Kohlenwasserstoffen in dem Maße zunimmt wie die Reaktionsmasse auf etwa 280 0C erwärmt wird. Bei hochwertigeren Kohlen entstehen bei diesen niedrigen Temperaturen, also bei Temperaturen bis etwa 280 0C, nur wenig Gase oder gar keine Gase. Diese Gase werden größtenteils in den Wäschern zurückgehalten, so daß am Gasdurchflußmesser 17 nur eine sehr geringe Gasdurchfluldmenge angezeigt wird.Coals at the boiling point of methanol or ethanol gradually develop gaseous hydrocarbons, the amount of gaseous hydrocarbons formed increasing as the reaction mass is heated to about 280 ° C. In the case of higher quality coals, at these low temperatures, that is to say at temperatures of up to about 280 ° C., only a few gases or no gases at all are produced. Most of these gases are retained in the washers, so that only a very small amount of gas throughflow is displayed on the gas flow meter 17.
Die Gasmenge kann jedoch gemessen werden, wenn das System von in Reihe geschalteten Wäschern entfernt oder umgangen wird und der bei der Reaktion des alkanolischen Reagens mit dem elementaren und organischen Schwefel entstehende Schwefelwasserstoff getrennt abgeblasen oder gemessen oder mit einem geeigneten wässerigen Reagens atisgewaschen wird (der organische Schwefel ist in der Kohle chemisch gebunden).However, the amount of gas can be measured when the system is removed or bypassed by series-connected scrubbers and the reaction of the alkanolic reagent with the elemental and organic sulfur generated hydrogen sulfide separately blown off or measured or with a suitable aqueous reagent (the organic sulfur is chemically bound in the coal).
Wie bereits erwähnt, ist die anfangs entstehende Menge an Gas nur gering und beträgt beispielsweise für Lignit bei Temperaturen unter 280 0C etwa 0,00067b bis 0,0015b nr/bO g feuchten Lignits, jedoch schwankt diese Menge je nach Art der eingesetzten Kohle.As already mentioned, the initially resulting quantity of gas is low and is, for example, lignite at temperatures below 280 0 C for about 0,0015b 0,00067b to nr / g bO wet lignite, but this amount will vary depending on the type of coal used.
Methan wird als erstes abgegeben und besitzt im Vergleich zu den anderen entstehenden Kohlenwasserstoffen die größte Löslichkeit in allen in den Wäschern verwendeten Waschflüssigkeiten. Pentan, Hexan, Hexen und Penten sind atißer in Wasser ebenfalls in den im System verwendeten Waschflüssigkeiten beträchtlich löslich. Hexene und Hexane kondensieren im wassergekühlten Kondensator und werden nur insofern mitgeführt, als sie als Dampf in die über die Flüssigkeit streichenden leichteren Gase partialdruckabhängig eingehen. Einer der den Gasdurchflußmesser 17 passierenden Gasbestandteile ist Athen. Athen ist in Petroleumkohlenwasserstoffen, in Wasser und in Alkohol, welche in den verschiedenen Wäschern 16 eingesetzt werden können, nur wenig löslich. Athen besitzt den für ungesättigte Kohlenwasserstoffe charakteristischen Geruch, wogegenMethane is emitted first and is the largest in comparison to the other hydrocarbons that are formed Solubility in all washing liquids used in the washers. Pentane, hexane, hexene, and pentene are more effective in water also considerably soluble in the washing liquids used in the system. Hexenes and hexanes condense in the water-cooled Capacitor and are only carried to the extent that they enter as vapor in the lighter gases sweeping over the liquid, depending on the partial pressure. One of the gas flow meters 17 passing gas components is Athens. Athens is into petroleum hydrocarbons, water and Alcohol, which can be used in the various washers 16, is only sparingly soluble. Athens has the one for unsaturated Hydrocarbons characteristic odor, whereas
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gesättigte Kohlenwasserstoffe geruchlos sind. Die Löslichkeit von ungesättigten gasförmigen Kohlenwasserstoffen in Schwefelsäure
kann dazu ausgenützt werden ungesättigte Kohlenwasserstoffe von gesättigten Kohlenwasserstoffen zu trennen.ι
saturated hydrocarbons are odorless. The solubility of unsaturated gaseous hydrocarbons in sulfuric acid can be used to separate unsaturated hydrocarbons from saturated hydrocarbons.
Sobald eine Temperatur von 535 °C erreicht worden ist, entstehen aus den ursprünglich eingesetzten 100 g Kohle (feuchter Lignit oder sub-bituminöse Kohle) 1 bis 5 C-Atome aufweisende Gase (gasförmige Kohlenwasserstoffe) mit größerer Geschwindigkeit. Sobald eine Temperatur von 360 0C erreicht worden ist, nimmt die Gasproduktion beträchtlich zu. Wenn schließlich eine Temperatur zwischen 380 und 450 0C erreicht worden ist, entstehen gasförmige Kohlenwasserstoffe mit sehr großer Geschwindigkeit, wobei auch etwas Wasserstoff entsteht. Bei einer Temperatur von 360 bis 380 0C entsteht auch Kohlenoxysulfid, welches bei sub-bituminöser Kohle beispielsweise in einer Menge von 4f7 Gew.-^ der Gesamtmenge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen anfallen kann.As soon as a temperature of 535 ° C has been reached, the originally used 100 g of coal (moist lignite or sub-bituminous coal) produce 1 to 5 carbon atoms (gaseous hydrocarbons) at a faster rate. As soon as a temperature of 360 ° C. has been reached, the gas production increases considerably. When a temperature between 380 and 450 ° C. has finally been reached, gaseous hydrocarbons are produced at a very high rate, with some hydrogen also being produced. At a temperature of 360-380 0 C and carbonyl sulfide, which can apply the total amount of gaseous hydrocarbons at sub-bituminous coal, for example in an amount of 4 wt .- ^ f 7 is formed.
Bei diesen höheren Temperaturen entstehende Gase gelangen durch die Wäscher und werden vom Gasdurchflußmesser erfaßt. Beispielsweise entstehen aus 100 g feuchter sub-bituminöser Kohle nach Abzug von Schwefelwasserstoff in der Kegel bis zu 0,0378 nr (1,4 Kubikfuß) Gas wenn diese Kohle, bezogen auf Trockensubstanz, 47 g Kohlenstoff enthält.The gases produced at these higher temperatures pass through the scrubber and are recorded by the gas flow meter. For example, from 100 g of moist sub-bituminous coal, after deduction of hydrogen sulfide, in the cone up to 0.0378 nr (1.4 cubic feet) of gas when this coal contains 47 grams of carbon on a dry matter basis.
Unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen weisen etwa 3,7 Mol an 47 g Kohlenstoff enthaltendem Gas auf einen durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von ii,25 für ein Produkt hin. Es muß auch üarauf hingewiesen wercien, daß die bei verschiedenen Temperaturen erhaltenen Produkte aus verschiedenen Abbauprodukten bestehen.Under normal temperature and pressure conditions, approximately 3.7 moles of 47 grams of carbon-containing gas will contain one average carbon content of ii, 25 for a product. It must also be pointed out that the various Products obtained at temperatures consist of various breakdown products.
Im Zuge des Beispiels 1 durchgeführte gasChromatograph!sch« Analysen sprechen stark dafür, daß in den Gasen auf jedes Kohlenstoffatom zwei Wasserstoffatome kommen. Der eingesetzte Lignit enthielt ein Wasserstoffatom je 1,38 Kohlenstoffatomen oder, umgerechnet, 0,7^5 Wasserstoffatome je Kohlenstoffatom. Die gasChromatographieehe Analyse lieferte auch keine für einen nennenswerten Sauerstoffgehalt der Gase sprechendenUrgebnisseIn the course of example 1 carried out gasChromatograph! Sch « Analyzes strongly suggest that there are two hydrogen atoms for every carbon atom in gases. The deployed Lignite contained one hydrogen atom per 1.38 carbon atoms or, converted, 0.7 ^ 5 hydrogen atoms per carbon atom. The gas chromatography analysis did not provide any for one either significant oxygen content of the gases
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und sprach dafür, daß die aufgefangenen Gase nahezu zur Gänze aus Kohlenwasserstoffen bestehen. Die 1 bis 6 C-Atome enthaltenden Kohlenwasserstoffe dieser Fraktion sind entweder Gase oder leichtflüchtige flüssigkeiten.and spoke in favor of the fact that the captured gases consist almost entirely of hydrocarbons. Containing 1 to 6 carbon atoms Hydrocarbons in this fraction are either gases or highly volatile liquids.
In den Wäschern wird das Kohlendioxid mittels der äthanolischen oder methanolischen Kalilauge als Kaliumcarbonat gefällt. In der Regel wird eine Lösung von 1 Mol KOH in 2 Mol Wasser eingesetzt, wobei dieser wässerigen Lösung eines Alkalimetallhydroxide gewüneentenfalls ein Alkanol zugeführt werden kann.In the scrubbers, the carbon dioxide is converted into potassium carbonate by means of ethanolic or methanolic potassium hydroxide solution pleases. As a rule, a solution of 1 mole of KOH in 2 moles of water is used, this aqueous solution of an alkali metal hydroxide If necessary, an alkanol can be added can.
Beispiel 2: 25 g technisch reiner Natriumhydrosulfidflocken wurden mit 100 g sub-bituminöser Kohle (Maverick sub- -Jbxtuminous coal) vermischt. Technisch reines NaHS von Schuppenform zeigt häufig verschiedene Analysenwerte. Das hier eingesetzte Natriumhydrosulfid enthielt etwa 30 Gew.-Jo Wasser. Die Natriumhydrosulfidschuppen wurden im Reaktionsgefäß auf die zuvor in das Reaktionsgefäß eingebrachte Kohle aufgeschichtet. Die eingesetzte Kohle enthielt 3,3 &ew.-?b Wasser, 12,9 Gew.-?i Asche, 0,69 Gew.-?i S, 70,2 Gew.-$ C, 4,4 Gew.-# H, 1,13 Gew.-?i N und 6,16 Gew.-?£ 0. Der Heizwert der Kohle betrug 2,95.1O7 J/kg (12 656 BTü/lb).Example 2: 25 g of technically pure sodium hydrosulfide flakes were mixed with 100 g of sub-bituminous coal (Maverick sub-Bxtuminous coal). Technically pure, flaky NaHS often shows different analytical values. The sodium hydrosulfide used here contained about 30 wt. -Jo water. The sodium hydrosulfide flakes were piled up in the reaction vessel on the charcoal previously introduced into the reaction vessel. The coal used contained 3.3% by weight of water, 12.9% by weight of ash, 0.69% by weight of S, 70.2% by weight of C, 4.4% by weight of H, 1.13% by weight of N and 6.16% by weight of £ 0. The calorific value of the coal was 2.95.10 7 J / kg (12 656 BTü / lb).
Das Geraisch wurde im Reaktionsgefäß auf 280 0C erwärmt. Dem Reaktionsgefäß wurde vom Boden her auf 140 C erhitzter Wasserdampf eingeblasen um das Reaktionsgemisch in Bewegung zu halten und für die Kohlehydrierung erforderlichen Wasserstoff zuzuführen. Der Dampf wurde eingeblasen, nachdem eine Temperatur von 17b 0C erreicht' worden war. Es besteht Grund zu der Annahme, daß während des Erhitzens des Reaktionsgemisches wegen des Wassergehalts des Reagens und der Kohle das eingesetzte Hydrosulfid zumindest zum Teil in das Sulfid übergeführt wurde.The equipment was heated to 280 ° C. in the reaction vessel. Steam heated to 140 ° C. was blown into the reaction vessel from the bottom in order to keep the reaction mixture in motion and to supply the hydrogen required for the carbohydrate hydrogenation. The steam was injected after a temperature was reached by 17b 0 C '. There is reason to believe that the hydrosulfide used was at least partially converted into the sulfide during the heating of the reaction mixture because of the water content of the reagent and the carbon.
Unterhalb 175 0C destillierten zusammen mit dem ursprünglich ausgetriebenen Wasser einige klare Tropfen Kohlenwasserstoffe ab. Bei einer Temperatur bis zu 175 °C stieg das Reagens, wahrscheinlich wegen des Entstehens eines niedrigeren Hydrats des Kaxriumsulfids und wegen des anschließenden Ab-Below 175 ° C., a few clear drops of hydrocarbons distilled off together with the originally expelled water. At a temperature up to 175 ° C the reagent rose, probably because of the formation of a lower hydrate of kaxrium sulfide and because of the subsequent decline.
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spaltens von Wasser, hoch.splitting water, high.
Bei 280 0C wurden gasförmige Kohlenwasserstoffe laufend produziert, so daß am Ende des Systems in einem Glasrohr eine i'Iamme aufrechterhalten werden konnte. Die Gase wurden vor dem Abfackeln mit Wasser gewaschen. Bei 5bO 0C wurde der Versuch abgebrochen, nachdem die Kohle etwa zur Hälfte umgesetzt worden war.At 280 0 C, gaseous hydrocarbons were produced continuously, so that at the end of the system a i'Iamme could be maintained in a glass tube. The gases were washed with water before flaring. In 5bO 0 C the experiment was discontinued after the coal was about halfway implemented.
In einem wassergekühlten Kondensator wurden 15 ml eines flüssigen Destillats aufgefangen, welches 9,8 Gew.-^ Wasserstoff, 87 Gew.-^ Kohlenstoff, 0,67 Gew.-$ Schwefel und 0,07 Gew.-0Jo Stickstoff enthielt. Gaschromatographisch bestanden die Gase ausschließlich aus Athen. Es entstanden etwa 0,0216 m5 (0,8 Kubikfuß) an Gas.In a water cooled condenser 15 of a liquid distillate was collected ml, which is 9.8 wt .- ^ is hydrogen, 87 wt .- ^ carbon, 0.67 wt .- $ sulfur and 0.07 weight - containing 0 Jo nitrogen.. According to gas chromatography, the gases consisted exclusively of Athens. About 0.8 cubic feet (0.0216 m 5 ) of gas was produced.
Ohne sich auf eine spezielle l'heorie zu beschränken, wird angenommen, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der Kohle Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff im Zuge einer Anzahl von komplexen Reaktionen abgespalten werden, die, wie später noch erläutert werden wird, durch Schwefelverbindungen des Kaliums oder in äquivalenter Weise durch Schwefelverbindungen anderer Alkalimetalle ermöglicht werden. Die in Anwesenheit von Wasser und Schwefelwasserstoff ablaufenden Reaktionen liefern Wasserstoff, welcher mit Kohle unter Abspalten von Sauerstoff, Schwefel und/oder Stickstoff reagiert, i'ür die praktische Durchführung der Erfindung scheint es erforderlich zu sein, daß die Kohle Sauerstoff enthält, jedoch kann der gewünschte Effekt auch wegen des in der Kohle organisch gebunden enthaltenen Schwefels oder Stickstoffs erzielt werden. Hochwertigere Kohlen, beispielsweise bituminöse Kohlen (Steinkohlen) sind nicht ganz so einfach in gasförmige Kohlenwasserstoffe überführbar, jedoch können in später noch zu erläuternder Weise aus Steinkohlen Kohlenwasserstoffe erhalten werden, wenn die Reaktionsbedingungen entsprechend abgeändert werden.Without being limited to any particular theory, will assumed that in the process of the invention from the coal oxygen, sulfur and nitrogen in the course of a number are split off from complex reactions, which, as will be explained later, by sulfur compounds of potassium or, in an equivalent manner, by sulfur compounds of other alkali metals. Those in attendance Reactions of water and hydrogen sulfide yield hydrogen, which with coal is split off of oxygen, sulfur and / or nitrogen reacts, it seems necessary for the practical implementation of the invention to be that the coal contains oxygen, however, the desired effect may also be organic because of that in the coal bound sulfur or nitrogen can be achieved. Higher quality coals, such as bituminous coals (Bituminous coals) cannot be converted into gaseous hydrocarbons that easily, but can be explained in more detail later Way hydrocarbons can be obtained from hard coal if the reaction conditions are modified accordingly will.
Es zeigte sich, daß Kohlen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als etwa 70 Gew.-5b nahezu zur Gänze vergast werden können und nur b Gew.-$ eines festen Rückstandes und/oder einesIt was found that coals with a carbon content of less than about 70 % by weight can be gasified almost entirely and only b % by weight of a solid residue and / or one
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flüssigen Destillats anfallen, tine etwa 75 Gew.-> C enthaltende Kohle lieferte etwa 10 Gew.-$ eines flüssigen Destillats und als Rest Gase. Eine 82,5 Gew.-$ C enthaltende Kohle lieferte 33 Gew.-"/> eines flüssigen Destillats und als Rest Gase. Ein 92 Gew.-?6 C enthaltender Anthrazit lieferte nur wenig Gase und nur etwa 2 Gew.-^ eines flüssigen bis festen Destillats. Falls an Stelle des Reagens auf Basis von Kalium ein Reagens auf Basis von Natrium verwendet wurde, wurde etwa die gleiche Menge an flüssigen Destillaten, jedoch eine geringere Menge an Gasen erhalten.liquid distillate incurred, tine about 75 wt .-> C containing coal provided about 10 wt .- $ of a liquid distillate and the remainder gases. A 82.5 wt .- $ C containing coal supplied 33 percent -. "/> A liquid distillate and the residual gases A 92 wt .- 6 C containing anthracite gave little gas and only about 2 percent .- ^ one.? Liquid to Solid Distillate If a sodium-based reagent was used in place of the potassium-based reagent, approximately the same amount of liquid distillate but a lesser amount of gases was obtained.
Aus den genannten Gründen werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise Lignite und sub-bituminöse Kohlen vergast. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Sub-Lignite und sogar auf Torf anwendbar, jedoch ist das Vergasen von Sub-Ligniten und Torf im Hinblick auf ihren niedrigeren Kohlenstoffgehalt weniger wirtschaftlich.For the reasons mentioned, within the scope of the invention Process preferably gasified lignite and sub-bituminous coals. In addition, the inventive method also applicable to sub-lignites and even peat, however gasification of sub-lignites and peat is in view less economical due to their lower carbon content.
Sulfide des Rubidiums sind zwar gleichfalls: wirksam, jedoch wird aus praktischen Gründen dem Kaliumhydrosulfid der Vorzug gegeben. Natriumhydrosulfid und auch Natriumpolysulfide ermöglichen ebenfalls die erforderlichen Umsetzungen. Hydrosulfide und Polysulfide des Cäsiums, Rubidiums und Kaliums sind im Rahmen der Erfindung allgemein einsetzbar, jedoch sind Hydrosulfide und Polysulfide des Cäsiums und Rubidiums aus Kostengründen nicht von Vorteil. Hydrosulfide und Polysulfide des Lithiums sind ebenfalls brauchbar, jedoch weniger wirksam als jene des Natriums. Auch die Sulfide der genannten Metalle sind verwendbar. Ein Gemisch von Sulfiden (Hydrosulfide, Sulfide und Polysulfide) des Rubidiums, Kaliiuns und Natriums ergibt einen größeren Wirkungsgrad als irgendein einzelnes der genannten Hydrosxilfide, Sulfide und Polysulfide. Das bevorzugte Mischungsverhältnis von Hydrosulfiden, Sulfiden und/oder PoIysulfiden beträgt, ausgedrückt als Gewichtsverhältnis der Elemente, 14- Gew.-$> Rubidium, 26 Gew.-?4 Kalium und 60 Gew.-# Natrium. Dieses Gewichtsverhältnis beträgt allgemein 1: (1,5 bis 2,5) : (3,5 bis 4,5) Rb : K : Na.Rubidium sulphides are also effective, but for practical reasons potassium hydrosulphide is preferred. Sodium hydrosulfide and also sodium polysulfide also enable the necessary conversions. Hydrosulfides and polysulfides of cesium, rubidium and potassium can generally be used in the context of the invention, but hydrosulfides and polysulfides of cesium and rubidium are not advantageous for reasons of cost. Hydrosulfides and polysulfides of lithium are also useful, but less effective than those of sodium. The sulfides of the metals mentioned can also be used. A mixture of sulphides (hydrosulphides, sulphides and polysulphides) of rubidium, potassium and sodium gives a greater degree of effectiveness than any one of the hydrosulphides, sulphides and polysulphides mentioned. The preferred mixing ratio of hydrosulfides, sulfides and / or PoIysulfiden is expressed as the weight ratio of the elements, 14 wt -. $> Rubidium, 26 wt .- 4 potassium and 60 wt .- # sodium?. This weight ratio is generally 1: (1.5 to 2.5): (3.5 to 4.5) Rb: K: Na.
Kaliumhydrosulfid wird normalerweise in einer Menge vonPotassium hydrosulfide is usually used in an amount of
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5 bis 30 g je 100 g Kohle, vorzugsweise etwa 10 bis 25 g je 100 g Kohle, insbesondere 18 g je 100 g Kohle eingesetzt. Dieses Reagens wird in später noch zu erläuternder Weise zurückgewonnen. Falls in der Asche der Kohle enthaltenes Kalium zu Kaliumhydrosulfid umgewandelt wird, tritt kein Verlust an Kaliumhydrosulfid auf, womit sich sowohl beim chargenweisen als auch beim kontinuierlichen Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr günstige Reagensbilanz ergibt.5 to 30 g per 100 g of coal, preferably about 10 to 25 g each 100 g charcoal, in particular 18 g per 100 g charcoal, are used. This reagent is recovered in a manner to be explained later. If the potassium contained in the ashes of the coal is converted to potassium hydrosulfide, there is no loss Potassium hydrosulfide, with which both the batch and continuous work according to the invention Method gives a very favorable reagent balance.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß Schwefel, Sulfide, Hydrosulfide und/oder Polysulfide in solchen Mengen vorliegen sollen, daß sie den von der Kohle während des Abspaltens von Sauerstoff aus der Kohle abgespaltenen Schwefel aufnehmen können und damit ein Dehydrieren der Kohle durch den abgespaltenen Schwefel bei einer Temperatur oberhalb 17b 0C verhindern, Es muß auch für eine Beständigkeit der verschiedenartigen Reagentien bei Temperaturen oberhalb 325 0C gesorgt werden, da bei Temperaturen oberhalb 325 0C die Kohle durch schmelzflüssiges Alkalimetallhydroxid dehydriert werden würde. Ua nun aber Schwefel zum Entstehen von hydrolysebeständigeren Polysulfiden Anlaß gibt, kann eine Zersetzung eines allfälligen Hydrolyseproduktes, u.zw. des Hydrosulfids, durch Wasserdampf oder Wasser vermieden werden. Die erforderliche Menge an Reagens kann somit für jede Art von Kohle auf Grund der oben angegebenen Bereiche von Menge und Zusammensetzimg der Reagentien und auf Grund des Schwefelgehalts der Kohle festgelegt werden.It must be pointed out that sulfur, sulfides, hydrosulfides and / or polysulfides should be present in such amounts that they can absorb the sulfur split off from the coal during the splitting off of oxygen and thus dehydration of the coal by the split off sulfur at a temperature above 17b 0 C, it must also be ensured that the various reagents are stable at temperatures above 325 0 C, since at temperatures above 325 0 C the carbon would be dehydrated by molten alkali metal hydroxide. But among other things, sulfur gives rise to the formation of more hydrolysis-resistant polysulfides, a decomposition of a possible hydrolysis product, u.zw. of the hydrosulfide, can be avoided by steam or water. The required amount of reagent can thus be determined for each type of coal on the basis of the above stated ranges of amount and composition of the reagents and on the basis of the sulfur content of the coal.
Bei der Berechnung des in der Kohle enthaltenen Schwefels wird nur der organisch gebundene Schwefel, also der an Kohlenstoff gebundene Schwefel berücksichtigt. In der Kohle vorhandener Stickstoff wird in Ammoniak übergeführt, der beim Arbeiten im industriellen Maßstab als wertvolles Nebenprodukt gewonnen werden kann.When calculating the sulfur contained in coal only the organically bound sulfur, i.e. the sulfur bound to carbon, is taken into account. More present in the coal Nitrogen is converted into ammonia, which is used when working can be recovered as a valuable by-product on an industrial scale.
Wie oben gezeigt, wird Dampf mit einer Temperatur eingesetzt, bei welcher die Reaktion durchgeführt werden soll. Lie Temperatur des Dampfes wird also in Abhängigkeit von der Art der eingesetzten Kohle, dem zu erzielenden Abbaugrad der Kohle und der gewünschten Produkte gewählt. Wasserdampf liefert auchAs indicated above, steam is used at a temperature at which the reaction is to be carried out. Lie The temperature of the steam is therefore dependent on the type of coal used and the degree of degradation of the coal to be achieved and the desired products selected. Water vapor also delivers
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Wasserstoff, der offensichtlich von H+ und nicht von OH~" stammt. Wasserdampf der gewünschten temperatur kann im in der Figur gezeigten Dampfgenerator 1ü erzeugt werden. Wasserdampf wird in der Kegel in einer Menge eingesetzt, die ausreichend ist so viel Wasserstoff zu liefern, daß aus üer Kohle durch Hydrieren Kohlenwasserstoffe entstehen, die im Durchschnitt 1 bis 2 Kohlenstoffatome enthalten. Palis das Hydrieren der Kohle weniger weit getrieben werden soll, wird weniger Wasserdampf eingesetzt.Hydrogen, which obviously originates from H + and not from OH ~ ". Water vapor of the desired temperature can be generated in the steam generator 10 shown in the figure Hydrocarbons with an average of 1 to 2 carbon atoms are formed from coal through hydrogenation.
In dem Maße wie der Schwefelgeha^t des Reagens durch den aus Kohle stammenden Schwefel und zugesetztem elementaren Schwefel ansteigt, wird die Heaktionstemperatur verringert. Eine Reaktionstemperatur von 380 0C kann beispielsweise auf 310 0C erniedrigt werden, wenn sich auf - Grund der Schwefelbilanz theoretisch eine Verbindung der Formel K^S* errechnen läßt. Der Grund für diese Maßnahme ist, daß höhermolekulare Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Pentane wie Isopentan und n-Pentan entstehen.As the sulfur content of the reagent increases due to the sulfur derived from coal and added elemental sulfur, the reaction temperature is reduced. A reaction temperature of 380 0 C can be lowered to 310 0 C, for example, when on - the basis of the sulfur balance can theoretically a compound of formula K ^ S * calculated. The reason for this measure is that higher molecular weight hydrocarbons, for example pentanes such as isopentane and n-pentane, are formed.
Darüber hinaus wird die Zusammensetzung des erhaltenen Destillats von der Qualität der Kohle insofern beeinflußt als unter sonst gleichen Arbeitsbedingungen, beispielsweise bei Verwendung der theoretischen Verbindung KpSv und Einhalten der gleichen Temperaturbedingungen, mit zunehmender Qualität der Kohle auch die Menge an anfallendem flüssigen Destillat größer wird.In addition, the composition of the distillate obtained is influenced by the quality of the coal under otherwise identical working conditions, for example when using the theoretical connection KpSv and adhering to the the same temperature conditions, the higher the quality of the coal, the greater the amount of liquid distillate will.
Wie bereits oben erwähnt, wird durch eine Veränderung der Temperatur auch die Zusammensetzung des Verfahrensproduktes verändert. Auch bei einer Veränderung der Menge an Schwefel ergibt sich, wie oben erwähnt, eine Veränderung der Zusammensetzung des Verfahrensproduktes.As already mentioned above, a change in temperature also changes the composition of the process product changes. As mentioned above, a change in the composition also results when the amount of sulfur changes of the process product.
Gestützt auf die obigen Angaben kann man somit die Arbeitstemperatur und den Schwefelgehalt verändern, eine Kohle bestimmter Qualität auswählen und zusätzlich in später noch zu erläuternder Weise ein Gemisch aus einem Alkohol und einem Destillat zurückführen um ein Verfahrensprodukt der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten. TJm die Zusammensetzung des Ver-Based on the above information, one can thus determine the working temperature and change the sulfur content, select a coal of a certain quality and add it later illustrative way recycle a mixture of an alcohol and a distillate to a process product of the desired Composition. TJm the composition of the
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fahrensproduktes zu ändern, kann auch an ein Rückführen verschiedener anderer in der Anlage gemäß Fig. 1 anfallender Destillate und/oder in den Wäschern anfallender Produkte gedacht werden.Changing the driving product can also lead to a return of various other distillates occurring in the system according to FIG. 1 and / or products occurring in the washers are intended will.
Pur die oben angegebenen Veränderungen der Arbeitsbedingungen stehen unter anderem folgende Möglichkeiten zur Verfügung: die Arbeitstemperatur wird bis auf 425 0C erhöht, jedoch wird die Destillation bei 40 bis 50 0C begonnen. Der Schwefelgehalt; im Reagens wird am Beispiel eines Reagens auf der Basis von Kalium verändert, wobei der Schwefelgehalt von der Zusammensetzung K„S bis zur Zusammensetzung K2Sc erhöht werden kann. Als Kohle wird zweckmäßig eine Kohle im von Ligniten bis zu bituminöser Kohle (Steinkohle) reichenden Qualitätsbereich ausgewählt. Bei Verwendung von Anthracit sind die Ergebnisse weniger vorteilhaft obzwar auch hier bei Verwendung eines (schwefelreichen) Reagens wie KgS. ^ei einer Arbeitstemperatur von 380 0C ein Destillat· erhalten werden kann.For the changes in the working conditions specified above, the following options are available, among others: the working temperature is increased to 425 ° C., but the distillation is started at 40 to 50 ° C. The sulfur content; The example of a reagent based on potassium is changed in the reagent, it being possible for the sulfur content to be increased from the composition K "S to the composition K 2 Sc. A coal in the quality range ranging from lignites to bituminous coal (hard coal) is expediently selected as coal. When using anthracite, the results are less favorable, although here, too, when using a (high-sulfur) reagent such as KgS. ^ ei e i can be obtained ner operating temperature of 380 0 C, a distillate ·.
Brauchbare Reagentien auf Basis von Natrium ergeben sich bei der Verwendung von NaHS imd Natriumsulfiden der Zusammensetzung Na^S bis Na^S^. NaHS ist gegenüber aue der Kohle oder aus dem Dampf stammenden Wasser stabiler als KHS und liefert ein Destillat bei entsprechend niedrigeren Temperaturen als KHS, wobei die Temperaturen um etwa 10 bis 20 C niedriger liegen als bei KHS aber auch eine etwas geringere Menge anUsable reagents based on sodium result from the use of NaHS and sodium sulfides in the composition Na ^ S to Na ^ S ^. NaHS is opposite to coal or Water from the steam is more stable than KHS and delivers a distillate at correspondingly lower temperatures than KHS, whereby the temperatures are around 10 to 20 C lower than at KHS, but also a slightly smaller amount
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Destillat anfällt als bei KHS. Das Kostengründen nicht vorteilhafte Rubidium liefert zumindest ebenso gute und häufig bessere Ergebnisse als Kalium.Distillate is obtained than at KHS. That is not advantageous in terms of cost Rubidium gives at least as good and often better results than potassium.
Falls das gegebenenfalls Kohlenwasserstoffe enthaltende und im Auffangbehälter 14 der Figur aufgefangene alkoholische Destillat in das Reaktionsgefäß 11 zurückgeführt wird, wird die Zusammensetzung des Verfahrensproduktes ebenfal3.s verändert. Hiebei kann auch die Menge an rückgeführtem alkoholischem Destillat verschieden gewählt werden. Bei einer Arbeitstemperatur bis zu etwa 280 0C kann die Zusammensetzung des Verfahrensproduktes in Richtung zu einem flüssigen Destillat mit einem Siedepunkt unter etwa 180 0C verschoben werden. BeiIf the alcoholic distillate, which may contain hydrocarbons and is collected in the collecting vessel 14 of the figure, is returned to the reaction vessel 11, the composition of the process product is also changed. The amount of recycled alcoholic distillate can also be selected differently. At a working temperature of up to about 280 ° C., the composition of the process product can be shifted in the direction of a liquid distillate with a boiling point below about 180 ° C. at
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einer Arbeitstemperatur bis zu etwa 310 0C werden beim Rückführen des alkoholischen Destillats in das Reaktionsgefäß Paraffindesxillate erhalten. Beim Rückführen des alkoholischen Destillats in das Reaktionsgefäß muß so wie vorher Wasser in Form von Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 135 0C vorliegen, damit die Reaktion ablaufen kann.an operating temperature of up to about 310 ° C., when the alcoholic distillate is returned to the reaction vessel, paraffin desxillates are obtained. When returning the alcoholic distillate to the reaction vessel, as before, water must be present in the form of steam at a temperature of about 135 ° C. so that the reaction can take place.
Falls ein alkoholisches Destillat rückgeführt wird, wird vorzugsweise Methanol als Alkanol eingesetzt. Durch Rückführen des ursprüngliche Reaktionsprodukte gelöst enthaltenden Alkohols in das Reaktionsgefäß kann somit erreicht werden, daß eine größere Menge an flüssigen Destillaten erhalten wird.If an alcoholic distillate is recycled, methanol is preferably used as the alkanol. By repatriation of the alcohol containing the original reaction products dissolved in the reaction vessel can thus be achieved that a larger amount of liquid distillates is obtained.
Wenn das Verfahren aiisgehend von Raumbedingungen durch Erhöhen der Temperatur inganggesetzt wird, wird der Kohle oder dem Reagens so viel elementarer Schwefel zugesetzt, daß sich der gewählte Schwefelgehalt des Reagens ergibt. Der bei Reaktion des Schwefels mit dem Reagens im System entstandene Schwefelwasserstoff wird axis dem Grasstrom ausgewaschen und aus dem Ablauf des Wäschers zum Herstellen von Reagens wiecterverwendet. Bei der anfänglichen Temperaturerhöhung wird Dampf nicht verwendet, so daß das Hydrieren der Kohle durch das in der Kohle oder im Reagens enthaltene Wasser bewirkt v/erden muß. Bei einer Temperatur von etwa 135 0C kann Wasserdampf zugeführt werden, falls leichte Destillate erwünscht sind. Wasserdampf wird jedenfalls aber bei einer Temperatur zugeführt, bei welcher ein Hydrat des Reagens beginnt sich in ein niedrigeres Hydrat umzuwandeln. Bei Verwendung sines! SieagEJis auf Basis von Kalium wird Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa 170 0C zugeführt.If the process is started by increasing the temperature outside of room conditions, sufficient elemental sulfur is added to the carbon or reagent to provide the chosen sulfur content of the reagent. The hydrogen sulphide produced when the sulfur reacts with the reagent in the system is washed out of the grass stream and reused from the scrubber outlet to produce reagent. Steam is not used in the initial temperature increase so that the hydrogenation of the coal must be effected by the water contained in the coal or in the reagent. Steam can be fed in at a temperature of about 135 ° C. if light distillates are desired. In any case, water vapor is supplied at a temperature at which a hydrate of the reagent begins to convert into a lower hydrate. When using sines! SieagEJis on the basis of potassium is fed steam at a temperature of about 170 0 C.
Wenn Hydrate in niedrigere Hydrate übergehen und Hydratwasser abgeben, entstehen beträchtliche Mengen an Dampf. Dies ist das Signal dafür, daß Wasserdampf gefahrlos zugeführt werden kann, soferne das Hydratwasser das Reaktionsgefäß verlassen hat.When hydrates change to lower hydrates and give off water of hydration, considerable amounts of steam are created. this is the signal that water vapor can be safely supplied as long as the water of hydration leaves the reaction vessel Has.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch kontinuierlich durchgeführt v/erden. Hiebei wird in der Regel eine bestimmte Arbeitstemperatur gewählt und Kohle und Reagens in eineThe process according to the invention can also be carried out continuously. As a rule, a specific one is used here Working temperature selected and carbon and reagent in one
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Reaktionszone eingeführt, wobei Asche abgezogen und Reagens und aus den Reagens entstandene Alkalimetallverbindungen wiedergewonnen werden und das Reagens, beispielsweise mittels Schwefelwasserstoff, aufgestärkt wird. !Flüssige und gasförmige Fraktionen werden in eier Regel in einer Destillationskolonne oder in geeigneten Wäschern abgetrennt, wobei auch Schwefelwasserstoff abgetrennt wird. In einem solchen vollständig kontinuierlichen Verfahren, bei welchem auch dae Reagens wiedergewonnen wird, kann auch in der bereits beschriebenen Weise eine Stoffrückführung (alkoholisches Destillat zur Reaktionsζone) vorgesehen werden um ein Verfahrensprodukt der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten. Auch die Arbeitstemperatur und sonstige Arbeitsbedingungen können entsprechend den obigen Angaben variiert werden.Reaction zone introduced with ash removed and reagent and alkali metal compounds formed from the reagent are recovered and the reagent, for example by means of Hydrogen sulfide, is fortified. ! Liquid and gaseous Fractions are usually in a distillation column or separated off in suitable washers, hydrogen sulfide also being separated off. In such a completely continuous process, in which also the reagent is recovered, a material recycling (alcoholic distillate for Reaction zones) are provided to a process product of the to obtain the desired composition. The working temperature and other working conditions can also be adjusted accordingly the above information can be varied.
Wenn Angaben über mutmaßliche komplexe Reaktionsmechanismen gemacht werden, muß in Betracht gezogen werden, daß diese Angaben nur auf Schlußfolgerungen beruhen und zahlreiche Reaktionen gleichzeitig ablaufen, weshalb die folgenden Erklärungen keinesfalls den Anspruch auf Richtigkeit erheben können und eine zur Erläuterung der Erfindung dienende l'heorie darstellen, auf welche die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt ist.If information on suspected complex reaction mechanisms it must be borne in mind that this information is based only on conclusions and numerous responses run at the same time, which is why the following declarations can in no way claim to be correct and represent a theory serving to explain the invention, to which the present invention is not limited.
Falls es zutreffen sollte, daß K-Sc in einem geschlossenen und Lxift sauerstoff nicht enthaltenden System bei erhöhter Temperatur mit dem Sauerstoff der Kohle unter Austausch aller koordinierter Schwefelatome des Pentasulfids durch Sauerstoff direkt zu K^SCK oxydiert wird, dann würde die Reaktion zum Stillstand kommen, wenn das K-Sc in ^SO* umgewandelt worden ist.If so, that K-Sc in a closed and Lxift oxygen-free system at elevated temperature with the oxygen of the coal and all coordinated sulfur atoms of the pentasulfide are replaced by oxygen is oxidized directly to K ^ SCK, then the reaction would lead to Come to a standstill when the K-Sc has been converted to ^ SO * is.
KpSO. würde nun im System einen Inertstofl darstellen, soferne er nicht durch Reduktion durch den Kohlenstoff der Kohle zu Kohlenmonoxid und K-S umgesetzt werden würde. Falls dieser Vorgang tatsächlich ablaufen sollte, würde die Gefahr der Reaktion der Kaliumsulfide mit dem Kohlenmonoxid zu Ealiumcarbonyl, einer äußerst explosiven Verbindung, bestehen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren entsteht, wie sich aus der AnalyseKpSO. would now represent an inert substance in the system, unless it would be converted to carbon monoxide and K-S by reduction by the carbon of the coal. If Should this process actually take place, there would be a risk of the potassium sulfide reacting with the carbon monoxide to form potassium carbonyl, an extremely explosive connection. In the method according to the invention, as can be seen from the analysis
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der Gase in den Chromatographierleitungen ergibt, keine nennenswerte Menge an Kohlenmonoxid oaer Kohlendioxid.of the gases in the chromatography lines does not yield any significant amount of carbon monoxide or carbon dioxide.
Es ist bekannt, daß elementarer Schwefel bei 'i'emperaturen oberhalb 175 0C Kohle dehydriert ^"Mazumdar et al., Fuel, Bd. 41, S. 121 ff., (1962}^. Weiters entsteht beim Oxydieren von Kaliuinpentasulfid mit Luft elementarer Schwefel, Kaliumthiosulfat (K2S2O5) und Kaliumtetrathionat (K2S4O5) /Letoffe et al., Journal Chimie Physique, Bd. 71, S. 427-430 (1974]7· Kaliumpentasulfid wird bei 300 0C langsam zu Kaliumtetrasulfid und Schwefel zersetzt, jedoch steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmend über 300 0C ansteigender Temperatur.It is known that elemental sulfur at 'i'emperaturen above 175 0 C dehydrated coal ^ "Mazumdar et al., Ff Fuel, Vol. 41, p.121., (1962} ^. Furthermore generated when oxidizing with air of Kaliuinpentasulfid elemental sulfur, potassium thiosulfate (K 2 S 2 O 5 ) and potassium tetrathionate (K 2 S 4 O 5 ) / Letoffe et al., Journal Chimie Physique, Vol. 71, pp. 427-430 (1974) 7 · Potassium pentasulfide is at 300 0 C slowly decomposed to potassium tetrasulfide and sulfur, but the reaction rate increases with increasing temperature above 300 0 C.
Kaliumsulfid hält bei Temperaturen bis 150 0C 5 Moleküle Kristallwasser fest und wandelt sich bei 150 0C in das Dihydrat um, das bei 270 C zu einem festen niedrigeren Hydrat zersetzt wird, das seinerseits bei Temperaturen zwischen 779 bis 840 0C noch weitgehender entwässert wird, wobei innerhalb dieses Temperaturbereichs das Kaliumsulfid bereits zum Kaliumdisulfid und elementaren Kalium zersetzt wird, das seinerseits im festen Sulfid löslich ist. Kaliumthiοsulfat (K2SpO,) wird bei Temperaturen oberhalb 200 0C zu Kaliumsulfat und Kaliumpentasulfid zersetzt, welch letzteres bei 300 0C und höheren Temperaturen zu Kaliumtetrasulfid und Schwefel zersetzt wird.Potassium sulfide retains 5 molecules of water of crystallization at temperatures up to 150 ° C. and converts to the dihydrate at 150 ° C., which is decomposed at 270 ° C. to a solid lower hydrate, which in turn is dehydrated to a greater extent at temperatures between 779 to 840 ° C. , with the potassium sulfide already being decomposed to potassium disulfide and elemental potassium within this temperature range, which in turn is soluble in the solid sulfide. Kaliumthiοsulfat (K 2 SpO) is decomposed at temperatures above 200 0 C to potassium sulphate and potassium pentasulfide, the latter what at 300 0 C and higher temperatures potassium tetrasulfide and sulfur is decomposed.
Falls als Reagens Kaliumhyarosulfid (in einem Alkanol) verwendet wird, wird das Kaliumhydrosulfid durch das in der Kohle und das in der Lösung des Kaliumhydrosulfids enthaltene Wasser zu Schwefelwasserstoff und Kaliumhyüroxid hydrolysiert. Das entstandene Kaiiumhydroxid reagiert mit nicht zersetztem Kaliumhydrosulfid unter Bildung von hydratisiertem Kaliumsulfid und Wasser. Das.durch Reaktion des in der Kohle organisch gebundenen Schwefels und des zugesetzten elementaren Schwefels entstandene Kaliumpentasulfid bildet Kaliumhydrosulfid entsprechend der GleichungIf the reagent is potassium hyarosulfide (in an alkanol) is used, the potassium hydrosulfide is replaced by the in the Coal and that contained in the solution of potassium hydrosulphide Water hydrolyzed to hydrogen sulfide and potassium hydroxide. The resulting potassium hydroxide reacts with undecomposed Potassium hydrosulfide to form hydrated potassium sulfide and water. Das.by reaction of the organically bound in the coal Sulfur and the added elemental sulfur, the potassium pentasulphide formed correspondingly forms potassium hydrosulphide the equation
KHS + 2S = 1/2K2S5, + 1/2 H2S Pur Natrium gilt die ReaktionsgleichungKHS + 2S = 1 / 2K 2 S 5 , + 1/2 H 2 S pure sodium, the reaction equation applies
NaHS + 1 1/2 S = 1/2 Na3S4 + 1/2 H2SNaHS + 1 1/2 S = 1/2 Na 3 S 4 + 1/2 H 2 S
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Hiebei entstehen keine Polysulfide mittleren Schwefelgehalts (Sulfide mit 2 bis 5 Schwefelatomen), weshalb bei unzureichender Menge an Schwefel ein Teil des KHS nicht umgesetzt wird. Diese Umsetzung läuft nur in alkoholischen Lösungen ab. Bei Natriumverbindungen entsteht nur das Tetrasulfid.No polysulphides with a medium sulfur content are formed (Sulfides with 2 to 5 sulfur atoms), which is why inadequate Amount of sulfur a part of the KHS is not converted. This conversion only takes place in alcoholic solutions. at Only the tetrasulphide is formed from sodium compounds.
Einen geringeren Schwefelgehalt als das Kaliunpentasulfid aufweisende Kaliumsulfide werden durch Sauerstoff zu Kalium zersetzt.A lower sulfur content than the potassium pentasulphide Potassium sulfides containing potassium are converted to potassium by oxygen decomposed.
Zusammenfassend ergibt sich somit, daß, in dem Maße als Stickstoff \uid organisch gebundener Schwefel und auch Sauerstoff abgespalten werden,das Wasser oder der aus Wasser und dem Reagens entstandene Schwefelwasserstoff an die von Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff befreite Kohle Wasserstoff abgibt. Der Stickstoff wird hiebei hauptsächlich in Form von Ammoniak abgespalten, wogegen der abgespaltene Schwefel ein Alkalimetallpolysulfid, beispielsweise ein Kaliumpolysulfid, und bei niedrigen Temperaturen mit dem als Lösungsmittel eingesetzten Alkanol ein Mercaptan bildet. Entstandene Mercaptane werden im Alkohol oder in der alkoholischen Lösung der kOH gelöst.In summary, it follows that, to the extent that nitrogen is organically bound sulfur and also oxygen be split off, the water or the hydrogen sulfide formed from water and the reagent to that of oxygen, Sulfur and nitrogen-free coal gives off hydrogen. The nitrogen is mainly split off in the form of ammonia, whereas the split off sulfur is an alkali metal polysulphide, for example a potassium polysulfide, and at low Temperatures with the alkanol used as solvent forms a mercaptan. The resulting mercaptans are in the alcohol or dissolved in the alcoholic solution of the kOH.
Das in einem der Wäscher in Form einer Lösung in Methanol eingesetzte KOH liefert das in Alkanolen unlösliche Thiosulfat. Diese Reaktion ist auf eine Reduktion des Schwefelwasserstoffes zu Schwefel und Wasser und auf die anschließende Keaktion des Schwefels mit dem KOH zu Kaliumthiosulfat und Kaliumsulfid zurückzuführen. Das Kaliumsulfid kann weiteren Schwefel aus Schwefelwasserstoff aufnehmen und damit ein Kaliumpolysulfid bilden und bildet zusammen mit dem Kaliumpolysulfid das bei der Umsetzung eingesetzte Reagens.That in one of the scrubbers in the form of a solution in methanol KOH used provides the thiosulfate, which is insoluble in alkanols. This reaction is due to a reduction in hydrogen sulfide to sulfur and water and the subsequent reaction of the sulfur with the KOH to form potassium thiosulfate and potassium sulfide traced back. The potassium sulphide can absorb further sulfur from hydrogen sulphide and thus a potassium polysulphide form and together with the potassium polysulphide forms the reagent used in the reaction.
In der Regel besitzen die bei verschiedenen Arbeitstemperaturen entstehenden Abbauprodukte verschiedene Zusammensetzung. Die Arbeitstemperaturen können so gewählt werden, daß Endprodukte mit einem gewünschten Gehalt an für einen speziellen Verwendungszweck geeigneten flüchtigen Destillaten und Gasfraktionen erhalten werden. Beispielsweise ergab sich beim erfindungsgemäßen Verarbeiten einer sub-bituminösen Kohle ein 80,19 cß> Methan, 9,12 c/> Äthan, 1,41 °J> Athen, 2,67 fo Propan,As a rule, the breakdown products formed at different working temperatures have different compositions. The working temperatures can be chosen so that end products with a desired content of volatile distillates and gas fractions suitable for a specific application are obtained. For example, when processing a sub-bituminous coal according to the invention, the result was 80.19 c ß> methane, 9.12 c /> ethane, 1.41 ° J> Athens, 2.67 fo propane,
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1,41 > Propen, 0,16 9b Isobutan, 0,31 °f> n-Butan, 0,001 $> Schwefelwasserstoff und 4,72 fi Carbonylsulfid und als Rest nicht identifizierte gasförmige Bestandteile enthaltendes Gas» wenn bei 340 bis 365 0C gearbeitet wurde."If worked 1.41> propene, isobutane 9b 0.16, 0.31 ° f> n-butane, 0.001 $> hydrogen sulfide and carbonyl sulfide 4.72 fi and the balance unidentified gaseous components containing gas at 340-365 0 C. became.
Aus obigem ergibt sich, daß mit der Erfindung ein bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck unter Rückgewinnung des Reagens in einfacher Weise durchführbares Verfahren zum Herstellen von Kohlenwasserstoffen aus Kohle geschaffen wurde.From the above, it can be seen that with the invention, a low temperature and low pressure recovery of the reagent in a simple manner feasible process for producing hydrocarbons from coal was created.
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