DD266109A1 - Verfahren zur druckhydrierung von kohle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckhydrierung von Kohle in der Sumpfphase, nach dem getrocknete, feingemahlene Kohle, Katalysator und Anmaischoel zu einer Maische vermischt und in Gegenwart von Wasserstoff unter Druck bei erhoehten Temperaturen behandelt werden. Als Katalysator wird eine Kombination von entwaesserten schwermetallhaltigen Dickschlaemmen und thermisch unbelasteten Verbindungen des Magnesiums und/oder Aluminiums in Form eines pulvrigen Materials verwendet, das aus Teilchen besteht, deren Bestandteile sich durch Schwerkraftwirkung nicht entmischen und frei von kohlenstoffhaltigen Materialien sind. Die schwermetallhaltigen Dickschlaemme sind Abprodukte der Galvanikindustrie, der lederverarbeitenden Industrie, der Pigementfarbenindustrie usw.; als Leichtmetallverbindungen werden Magnesium und/oder Aluminiumoxide, -hydroxide, -phosphate und/oder -sulfate eingesetzt. Der Katalysator wird in einer Menge von 0,1 bis 3 Ma.-% verwendet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckhydrierung von Kohle in der Sumpfphase, nach dem getrocknete, feingemahlene Kohle, Katalysator und Anmaischöl zu einer Maische vermischt we· den und diese in Gegenwart von Wasserstoff unter Druck bei erhöhten Te-iperaturen behandelt wird.
in die Kohle-Öl-Maische suspendiert werden.
von den gewonnenen Flüssigprodukten abgetrennt und verbleibt im Hydrierrückstand. Eine Rückgewinnung des Katalysatorsaus diesem Rückstand gestaltet sich technisch sehr schwierig und aufwendig und ist folglich aus ökonomischer Sicht nicht 'sinnvoll.
maximalen Feststoffgehalt von etwa 49 bis 50Ma.-% nicht übersteigen darf, reduziert sich bei erforderlichen hohen
kommt es zu einer hohen Belastung der Verfahrensstufen, in denen die Flüssigkeit-Feststoff-Trennung erfolgt und dazu, daß mitdem erhöhten Anfall an Rückständen auch größere Mengen an wertvollen Destillatölen mit ausgetragen werden und damit
erhöhte ölvi. Huste entstehen.
relativ hohe Schüttdichte von größer als 1 kg/l, meist mehr als 1,3kg/l, auf, so daß die Gefahr zur Bildung von Inhomogenitätenbezüglich der Verteilung des Katalysators in der Kohlemaische besteht, was zur Verminderung der katalytischen Aktivität, zu
Angew.Chem.44,1931,953).
tisenkfltalysatoren ersetzt.
geeignet sind (vgl. B. Halavica, Brennstoff-Chemie 9,1928,229).
(1928), S.190; A.KIInn, Proc.II, Int.Conf.Bit.Coal Il |1928|, S.523).
Weiterhin wurde gefunden, daß Zusätze von Magnesiumoxid keinen positiven Einfluß auf den Kohleabbau und damit auf die ölbildung ausüben (vgl. Lissner —Tau, Die Chemie der Braunkohle, Band I, S. 146, VEB Wilhelm-Knapp-Verlag Halle, 1956). Obwohl die relativ gute Wirksamkeit der genannten Schwermetallverbindungen bekannt war, wurden diese bisher nicht großtechni jch für die Kohlehydrierung genutzt. Die Gründe liegen vorwiegend in der nicht ausreichenden Verfügbarkeit und im zu hohen Preis der Schwermetallverbindungen.
Es hat sich gezeigt, daß mit Gemischen aus Eisenoxid und anderen Metallkomponenten im nilgemeinen bessere UmsStzj erreicht wurden als mit Einzelverbindungen. Jedoch ist in der Praxis von Nachteil, daß diese Gemische sich in der Kohle-Öl-Maische wegen ihrer unterschiedlichen Dichten und damit Sinkgeschwindigkeiten der einzelnen Bestandteile schnell entmischen. In diesem Zusammenhang ist der Einsatz von Mineralien und Erzen zu s*hen (z.B. Nickallaterit, Manganknollun u.a.), die neben Fe und Mn noch Co, Ni und Cu enthalten. Nachteilig wirkt sich buirn Einsatz von Mineralien und Erzen aus, daß sie nach der Kohlehydrierung für metallurgische Zwecke nicht mehr zur Verfügung stehen, eine hohe Pulverschüttdichte aufweisen und aus relativ viel katalytisch inertem Material bestehen. Das führt zu erhöhten Rückstandsmengen und Ölverlusten und zu einer ungenügenden Ausnutzung des Hochdruckreaktionsraumes.
Um diese Nachteile zu überwinden, wurde vorgeschlagen, Trägerkatalysatoren, die in der Erdölverarbeitung eingesetzt werden, für die Kohlehydrierung zu verwenden. Diese werden gewöhnlich durch Trinken eines Trägers wie AI2Oj mit Übergangsmetallsalzlösunoen, wiez. B. des Mo, Co, Ni und/oder W und anschließendes Calcinieren hergestellt (DE-OS 2613122, J 6717440).
Neben der aufwendigen Herstellungetechnologie und dem hohen Preis besteht das größte Problem beim Einsatz von Trägerkatalysatoren für die Kohlehydrierung In ihrer relativ schnellen Desaktivierung, die dui <-.h Koksablagerungen, Verstopfung von reaktiven Poren durch Metallablagerungen (mineralische Kohlebestandteile) und durch Sintorungrerscheinungen des Tragers hervorgerufen wird (vgl. Deupak, S.Thakur et al., Catalyst Deactivation duriung Dire-t Coal Liquefaction, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 23,1984,349).
Ziel der Erfindung ist ein verbesserte« Verfahren zur Druckhydrierung von Kohle in der Sumpfphase, das mit einem leicht suspendlerbaren, kostengünstigen u nd hoch aktiven Katalysator arbeitet und mit dem eine hohe A usbeute an Flüssigprodukten realisiert wird.
entwickeln, wonach in großen Mencjen verfügbare Hydriermetallkomponenten in einer katalytisch besonders wirksamen Formals suspendierte Katalysatoren eingesetzt werden.
als Katalysator eine Kombination von entwässerten schwermetallhsltlgen Dlckschlämmen und thermisch unbelasteten
außerdem die Umwelt in hohem Maße.
von mehreren Schwermetallverbindungen enthalten, wobei die einzelnen Metallverbindungen als Bestandteile in der Maischesich auf Grund Ihrer unterschiedlichen Dichte nicht entmischen. Katalysatoren mit diesen neuen Eigenschaften werden erhalten,wenn schwermetallhaltige Dickschlämme und thermisch unbelastete) Verbindungen des Magnesiums und/oder Aluminiums.
z.B. nach dem Prinzip der Zerstäubungstrocknung, der Sprudelschichttrocknung oder der Rotationsdünnschichtvc dampfungverarbeitet werden.
aufweisen, damit sie ohne größeren technischen Aufwand in die Kohle-Öl-Maische suspendiert werden können und keine
entsprechende Magnesium- und/oiier Aluminiumkomponenten, hauptsächlich in Form ihrer Oxide, Hydroxide, Phosphateund/oder Sulfate zugesetzt, um elm» Schüttdichte des Katalysators von ä 0,8kg/l zu realisieren.
beträgt die Katalysatorkonzentration etwa 0,1 bis 3Ma.-%, bezogen auf die wasser- und aschefreie Kohle.
und bei Temperaturen von 673 bis 773 K sowie bei einem Druck von 10 bis 30 MPa in Gegenwart eines wasserstoff haltigen Gases
hydrierend durch eine Sumpfphasekammer geleitet wird. Das den letzten Reaktor verlassende Reaktionsprodukt wird anschließend zur Stofftrennung über ein Abscheidersystem geleitet und in bekannter Weise in feste, flüssige und gasförmig Komponenten getrennt.
Die hochsiedenden flüssigen Komponenten werden bei Bedarf als Anmaischöl zurückgeführt, während die Leicht- und Mittnlöle zu den Zielprodukten, wie Kraftstoffkomponenten und chemischen Zwischenprodukten, aufgearbeitet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz des genannten hochaktiven Katalysatorss gestaltet sich das Kohlehydrierverfahren wesentlich effektiver, ökonomisch attraktiver und bezüglich der Verkokungserscheinungen weniger störanfällig. Es wurde festgestellt, daß unter Verwendung des neuen Katalysators in den Anlagenteilen der Versuchsanlage keine Vorkokungserscheinungen auftra'in, die bei gleichen Bedingungen unter Einsatz von Fe-Katalysatoren, wie z. B. Lautamasse oder Kiesabbrand, regelmäßig auftraten.
Der mit dem erfindungsgemüßen Verfahren bis zu 90%geringere Katalysatoreinsatz im Vergleich zu bisher bekannten technisch verwendeten Katalysatoren führt zur Verringerung der Hydrierrückstandsmengen und Destillatölverluste.
Für den praktischen Betrieb einer Kohtehydrierung orgeben sicn damit folgende Vorteile:
— die Ausbeute an Flüssigprodukten (Destillatölen) steigt
— die Rückstandsaufarbeitung vereinfacht sich
— dia Hochdruckraumausnutzung erhöht sich bezüglich des Einsätze von Kohle be! konstanter Maischemenge
— das Niveau bezüglich des umweltschutzgerechteren Betreibens der Hydrieranlage erhöht sich
— der Aufwand für die Herstellung, den Ti ansport und die Lagerung des Katalysators wird erheblich verringert
— es treten weniger Verkokungserscheinungen in den Prozeßstufen auf.
Die hohe Aktivität des Katalysators ist ausreichend, um auch Kohlen mit höheren Inkohlungsgraden, die allgemein schwerer als die Weichbraunkohle zu hydrieren sind, mit Erfolg zu verarbeiten.
Ausfuhrungsbeispiel·
Die Erfindung soll anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert werden.
D i Prüfung der Katalysatoren erfolgte in einem 2-l-Schüttelautoklav unter folgendem Stendardbedingungan:
| Hj-Anfangskaltdruck | 9MPa |
| Reaktionsdruck | 21,6 bis 26,8MPa |
| Aufheizrate | 5grd/min |
| Versuchetemperatur | 703 K |
| Haltezeit bei 703 K | 15mln |
| Einsatzproduktmenge | etwa 700 g |
| (Kohle-Öl-Katalysator-Maische) |
For alle Versuche wurde eine Kohle-Öl-Maische aus Braunkohle (EGR-Staub) und einem kohlestämmigen Anmaischöl mit einem Anmalschverhähnis von 1:2 eingesetzt. Die Zusammensetzung und Eigenschaften der Einsutzprodukte sind in Tabelle 1 Zusammengefaßt.
Die Kohle-Öl-Maische wurde In einer Kugelmühle hergestellt.
Die Katalysatoren wurden mit Hilfe von elektrisch betriebenen Rührern in die stabile Maische einsuspendiert. Die Katalysatorkonzentration betrug bei allen Versuchen außer beim Einsatz von Lautamasse (5 Ma.-%) 1 Ma.-%, bezogen auf wasserfreie Kohle. Die Zusammensetzung der eingesetzten Katalysatoren ist in Tabelle 2 angegeben.
700g der so hergestellten Kohle-Öl-Katalysator-Maische wurden in den Autoklav gefüllt und bei den o. g. Stendardbedingungen erfolgten die Hydrierversuche. Nach dem Abkühlen des Autoklaven wurden die Reaktionsprodukte Gas, Wasser und Verflüuigungsprodukt mengenmäßig erfaßt. Das Verflüssigungsprodukt diente zur Bestimmung der Qesamtflüsslgkeitsproduktmenge, die sich aus abzentrifugiertem Flüssigprodukt und extrahiertem Flüssigprodukt des ölhaltigen Rückstände» zusammensetzt.
Als Bewertungekriterium für die Hydrieraktivität der Katalysatoren wurda die Gesamtflüssigproduktmenge, der sogenannte
ölgewinn, herangezogen. Des weiteren sind bilanzmäßig die gesamten Feststoffe, Reaktionswasser, Gas und Verluste in dar Tabelle 3 angegeben.
Au« der Tabelle 3 geht hervor, daß die auf Basis von schwermetallhaltigen Abschlämmen hergestellten Katalysatoren wesentlich aktiver sind als die Lautamasse.
Des weiteren zeigt sich, daß die erfindungsgemäßen Katalysatoren, bei deren Herstellung vor der Trocknun j Alumlnium-
und/oder Magnesiumoxid zugemischt wurde, eindeutig höhere Aktivitäten bezüglich der ölbildung aufweisen als der bekannte
Katalysator A. Die höchste Wirksamkeit zur ölbildung zeigten die Katalysatoren, dio Aluminium- und Magnesiumoxid enthalten, wobei sich überraschenderweise insbesondere ein größerer Magnesiumoxidgohalt als günstig erwiesen hat (s. Katalysator G).
Es wurden die Katalysatoren A, E, G und Lautar lasse in verschiedenen Konzentrationen eingesetzt.
Die Versuchbedingungen entsprachen denen ι us Beispiel 1.
In Tabelle 4 sind die Verauchsergebnisse dargestellt. Daraus geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Katalysatoren schon in relativ geringen Konzentrationen gegenüber bekannten Katalysatoren hohe Aktivitäten bezüglich der Bildung von Flüssigprodukten aus Kohle aufweisen.
| Tabelle 1 | (%) | 12.53 |
| (%) | 8,70 | |
| Analytische Kenndaten der Einsatzprodukte | ||
| EGR-Staub | (%) | 56,80 |
| Aschegahalt | (%) | 6,62 |
| Wassergehalt | (%) | 0,30 |
| Elementaranalyse | (%) | 1,74 |
| C | ||
| H | (g/ml) | 1,0068 |
| N | (K) | 305,5 |
| S | (K) | 411 |
| Anmaischöl | (%) | Spuren |
| Dichte b. 393 K | (%) | 8,1 |
| Stockpunkt | (%) | 4,5 |
| Flammpunkt | (%) | 0,24 |
| Wassergehalt | (mPas) | |
| Conrndson | 83,1 | |
| Aiphaltgehalt | 45,9 | |
| Toluenunlösl. | ||
| Viskosität | (%) | 84,65 |
| bei 60'C | (%) | 10,22 |
| bei 60 0C | (%) | 0,21 |
| Elementaranalyse | (%) | 1.13 |
| C | ||
| H | (K) | 662 |
| N | (K) | 583 |
| S | (K) | 596 |
| VSK | (K) | 815 |
| SB | (K) | 835 |
| 6Vol.-% | (K) | 660 |
| 10Vol.-% | (K) | 684 |
| 20Vol.-% | (K) | 709 |
| 30Vol.-% | (K) | 740 |
| 40Vol.-% | (K) | 781 |
| 50Vol.-% | (K/Vol -%) | 788/81 |
| 60Vol.-% | ||
| 70Vol.-% | ||
| 80Vol.-% | ||
| SE | ||
Zusammensetzung der eingesetzten Katalysatoren (in Ma.-%)
Katalysatoren
| Λ | B | C | D | E | F | 1,8 | G | H | Lautamasse | |
| ZnO | 36,0 | 23,0 | 22,0 | 32,4 | 17,6 | 0,54 | 18,0 | 18,0 | _ | |
| NiO | 10,8 | 6,9 | 6,6 | 9,7 | 5,3 | 0,38 | 5,4 | 5,4 | — | |
| CuO | 7,6 | 4,9 | 4,6 | 6,8 | 3,7 | 0,48 | 3,8 | 3,8 | — | |
| Cr1O, | 9.5 | 6,1 | 5,8 | 8,6 | 4,7 | 0,35 | 4,7 | 4,7 | — | |
| Fe1O, | 7,1 | 4,5 | 4,3 | 6,4 | 3,5 | 0,23 | 3,6 | 3,6 | 28,8 | |
| Na1O | 4.6 | 2,9 | 2,7 | 4,0 | 2,2 | 0,17 | 2,2 | 2,2 | 8,9 | |
| CaO | 3,5 | 2,2 | 2,1 | 3,1 | 1,7 | 0,04 | 1,8 | 1.8 | 2,5 | |
| SiO1 | 0,8 | 0,5 | 0,5 | 0,7 | 0,4 | 0,50 | 0,4 | 0,4 | 14,8 | |
| SO4'" | 10,0 | 6,4 | 6,1 | 9,0 | 4,9 | 5,0 | 5,0 | — |
PO4'' 9,0 5,9 5,6 8,3 4,5 0,46 4,6 4,6 0,3
Cl" 0.5 0,3 0,3 0.6 0,2 0,03 0,2 0,2 —
AI1O, — 36,0 — «.0 27,0 44,0 17 35 35,3
MgO — — 39,0 5,0 24,0 41,0 33 15 0,8
Der Katalysator A wurde durch Sprühtrocknung einer feststoffhaltigen Slurry hergestellt. Diese feststoffhaltige Slurry enthielt folgende Abprodukte in Form von Dickschlamm:
— Abprodukt aus der Lithoponeherstellung
— Rückstand aus der Zink-Phosphatierung
— Cu-, Ni-, Cr- und Zn haltiger Galvanikschlamm.
Die Katalysatoren B bis H enthalten gegenüber dem Katalysator A noch zusätzlich AI1Oj und/oder MgO, das bzw. die vor der Sprühtrocknung in die Slurry einsuspendiert wurden.
Bei der Lautamasse handelt es sich um ein Abprodukt, das bei der Herstellung von Tonerde in großen Mengen anfällt. Alle Katalysatoren wiesen eine Korngröße von £ 150pm auf.
Tabelle 3 Hydrierergebnisse
| Katalysator | Katalysator | gesamte | gesamte | Wasser | Gas + |
| konzentration | Flüssigprodukt | Feststoffe | Verluste | ||
| (M..*) | ausbeute | ||||
| A | 1 | 65,4 | 17,9 | 3,5 | 13,2 |
| B | 1 | 66,8 | 17,2 | 3,4 | 12,6 |
| C | 1 | 67,0 | 17,0 | 3,6 | 12,4 |
| D | 1 | 68,5 | 16,1 | 3,2 | 12,2 |
| E | 1 | 71,0 | 13,2 | 3,7 | 12.1 |
| F | 1 | 67,2 | 16,9 | 3,2 | 12,7 |
| Q | 1 | 71,1 | 13,0 | 3,6 | 12,3 |
| H | 1 | 70,8 | 13,2 | 3,5 | 12,5 |
| Lautamasse | 5 | 63,0 | 20,8 | 3,6 | 12,6 |
TabetliM
Katalysatorkonzentration
gesamte Flüssigproduktausbeute
gesamte Feststoffe
Wasser
Gas + Verluste
| 0,5 | 62,1 | 20,1 | 3,4 | 14,4 | |
| A | 1 | 65,4 | 17,9 | 3,5 | 13,2 |
| 2,5 | 68,5 | 16,1 | 3,8 | 13,2 | |
| 0,5 | 69,3 | 15,1 | 3,4 | 12,2 | |
| B | 1 | 71,0 | 13,2 | 3,7 | 12,1 |
| 2,5 | 73,6 | 12,0 | 3,9 | 10,5 | |
| 0,5 | 70,0 | 14,1 | 3,5 | 12,4 | |
| G | 1 | 71,1 | 13,0 | 3,6 | 12,3 |
| 2,6 | 73,9 | 11,9 | 3,8 | 10,4 | |
| Lautamasse | 5 | 63,0 | 20,8 | 3,6 | 12,6 |
Claims (4)
1. Verfahren zur Druckhydritrung von Kohle in der Sumpfphase unter Zugabe eines Katalysators, gekennzeichnet dadurch, daß als Katalysator eine Kombination von entwässerten schwermetallhaltigen Dickschlämmen und thermisch unbelasteten Verbindungen des Magnesiums und/oder Aluminiums in Form eines pulvrigen Materials, das aus Teilchen besteht, deren Bestandteile sich durch Schwerkraftwirkung nicht entmischen und frei von kohlenstoffhaltigen Materiellen sind, verwendet wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Katalysator Zink und/oder Nickel und/ oder Chrom und/oder Kupfer und/ode; Zink und/oder Eisen enthaltende Abprodukte der Galvanikindustrie, der lederverarbeitenden Industrie, der Pigmentfarbenindustrie, der metallverarbeitenden Industrie, der Lithioponenherstellung, der Aluminiumoxidproduktion und/ odePaus Phosphatierungsprozessen enthält.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der verwendete Katalysator Magnesium- und/oder Aluminiumverbindungen in Form ihrer Oxide, Hy droxide, Phosphate und/ oder Sulfate enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Katalysator in einer Menge von 0,1 bis 3 Ma.-%, bezogen auf die wasser- und aschefreie Kohle, eingesetzt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD30633787A DD266109A1 (de) | 1987-08-25 | 1987-08-25 | Verfahren zur druckhydrierung von kohle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD30633787A DD266109A1 (de) | 1987-08-25 | 1987-08-25 | Verfahren zur druckhydrierung von kohle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD266109A1 true DD266109A1 (de) | 1989-03-22 |
Family
ID=5591805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD30633787A DD266109A1 (de) | 1987-08-25 | 1987-08-25 | Verfahren zur druckhydrierung von kohle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD266109A1 (de) |
-
1987
- 1987-08-25 DD DD30633787A patent/DD266109A1/de not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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