JPH0456873B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶媒精製石炭の製法に関する。そこで
は、石炭を高温・高圧下でかつ水素リツチガスの
存在下で水素供与溶媒（以下溶媒という）に供す
ることにより、石炭を液化し固体と液体の生成物
が生産される。この方法は「SRC」の頭文字を
もつ溶媒精製石炭を指すSRC−１と称される。

米合衆国政府が米国エネルギー省により決めら
れた契約第DE−AC05−780R03054に従つて本発
明につき権利を有する。

この方法においては、溶媒和に次いで、生成物
がガス状物質、留出画分および真空蒸留ボトムに
分離される。この真空蒸留ボトムは持ち越した鉱
物質と未転化石炭マセラルとを含有しており、脱
灰工程で分離される。固体除去工程から石炭生成
物流が回収される。この石炭生成物流は灰物質お
よび未転化石炭を含有しておらず、かつ硫黄含量
が本質的に少ない。それゆえ、この物質は環境の
面で受け入れられ得る状態で燃焼用として用いる
のに理想的である。

アラバマ州のウイルソンビレおよびワシントン
州のフオートレウイスのSRC−１パイロツト
プラントは予熱器を設けた石炭液化反応器（溶解
器としても知られている）を用いてすでに運転さ
れている。これら両容器内で石炭液化反応がある
程度起きる。水素加圧下での再循環溶媒中の石炭
スラリーはこの予熱器を通る。そこでは、その温
度が室温から750〓を越える温度にまで上げられ
る。加熱されたスラリーは反応器へ送られ、そこ
で水素ガス、石炭および溶媒の反応が780〓を越
える温度および1000psiaを越える圧力下で起き
る。この液化反応は脱硫、溶媒生成、再水素化な
どを包含する。

水素ガスが存在する限り、溶融石炭からアスフ
アルテンおよびオイルを生成する反応の進行速度
は、低分子生成物からコークスを生成する逆行の
再重合反応よりも大きい。しかし、反応器出口で
は、水素を含有するガス相を、可溶石炭生成物と
固体残さとを含有するスラリー相から分離するこ
とが必要である。この分離は、反応生成物分離に
おける第１工程として行われる。水素ガスが存在
しないときには、コークス生成が起こりえそして
プレアスフアルテンが再重合化により生成される
ことが知られている。これら好ましくない反応が
温度が高くかつ滞留時間が長くなると起きやすく
なる。

反応器からの流出物を分離する分離器でのコー
クス生成の問題は、反応器温度もしくはそれに近
い温度で運転するとき、ウイルソンビレのパイロ
ツトプラントで見られる。ウイルソンビレでは、
分離器出口のコークス生成が800〓で運転すると
見られ、780〓以下の温度での運転ではこの問題
に出くわさない。

逆行反応を阻止するためにすでに用いられてい
る一つの方法は、熱交換もしくは冷却（クエンチ
ング）により、石炭反応器流出物全体を直接冷や
すことである。これらの操作はウイルソンビレと
フオートレウイスとのパイロツトプラントの運転
において採用されている。より詳細には、石炭液
化反応は800〜880〓の範囲にある温度で起こり、
そして三相流出物は、相分離の前のコークス生成
を阻止するのに十分に低温の、一般に780〓以下
の温度に冷却される。SKC−１の実証用プラン
トの設計においては、この流出物の冷却は再循環
溶媒を用いることにより行われる。それゆえ、従
来法は反応器から流出する全反応生成物流を冷す
ることを包含しており、これは本質的に非能率的
である。

本発明の一般的目的は、石炭液化工程の熱効率
低下を最小限にしつつコークス生成を阻止する石
炭液化冷却法を提供することにある。簡単に言え
ば、本発明の改良法は、関連の蒸気流を冷却する
ことなく石炭液化反応の液体・固体生成物を急速
に冷却しそのことによりコークス生成および逆行
反応を防ぐことを包含する。この急冷は液体・固
体混合物の幾分冷された一部を相分離器の下方領
域へ再循環させることによりなされる。この相分
離器は石炭反応器を出る液体・固体生成物から蒸
気を分離する。この再循環流は、分離器内のガス
と液体との境界面以下の所へ導入される。この冷
却は非揮発性の液化石炭再循環冷却流との直接混
合により達成されるので、冷却流を熱蒸気に変え
る原因となる蒸発や発泡という現象が生じない。
それゆえ、蒸気を冷却するというような不都合を
回避することができる。

本発明方法によれば、熱は工程溶媒などの反応
生成物の蒸気相から分離回収される。この工程溶
媒は反応温度近くまで再加熱されそして反応系へ
直接再循環されうる。それゆえ、（従来技術の場
合のように）熱交換器での三相混合物の冷却とい
う本質的な無理を伴うことなく、可能な限りの最
高温度での熱回収がなされうる。また、この熱回
収は、従来のような反応生成物全体を冷却する場
合の熱効率よりもより高率でなされる。

原料石炭、代表的には微粉砕れきせい炭、がス
ラリー混合タンク１０内の循環溶媒と１：1.2〜
１：３の比率で混合される。タンク１０からのス
ラリーはポンプユニツト１２へ通される。このポ
ンプユニツトはこのスラリーを1000〜3000psiaの
範囲の圧力にまで押し上げる。加圧されたスラリ
ーは熱交換器１４により400〜500〓の範囲の中間
温度に加熱される。この熱交換器においては、加
熱された再循環溶媒がこのスラリーとの間で熱交
換を行いつつ通過する。加熱スラリーは、ライン
１５からの第１水素ガス流分と混合される。この
三相のガス・スラリー流は、次いで、外面加熱式
の管状反応器１６を備えた予熱系へ導かれる。こ
の三相混合物はこの予熱器において反応温度にま
で加熱される。第２水素ガス流分がライン１７を
介してこの予熱スラリーに加えられ、そしてこの
混合物は石炭液化段階へ通される。そこでは、ス
ラリーが石炭反応器１８へ運ばれる。この反応器
１８は、実質的外部熱を付加することなく、断熱
様式で作動する一基もしくはそれ以上の管状容器
を備えている。この反応器１８において、石炭液
化反応が800〜880〓の範囲の温度で起こる。反応
器内の温度分布は、150〜250〓の温度範囲にわた
る冷却された再循環水素ガスを反応器下方部にお
いてライン７０を介して中間注入することにより
制御される。

本発明方法によれば、反応器１８からの流出物
は、冷却されることなくガス・スラリー相分離器
２０へライン１９を介して直接送り込まれる。こ
のガス相は分離器２０からライン２２を介して取
り出され、そして熱交換器２９からライン１５お
よび１７へ進む水素ガスを加熱する。そして図に
示すように工程を再循環する。

分離器２０は円筒状容器でありその下方に円錐
部２１を有する。この系は、分離器２０への入口
がスラリーレベル（２３として表示）より上にあ
るように設計される。

本発明方法によれば、約800〜880〓の範囲にわ
たる温度で分離器２０に入る熱スラリーは、再循
環スラリー流によりコークス生成をおさえるのに
十分低い温度（約780〓以下）の約540〜700〓の
温度範囲にわたつて、好ましくは約600〓に冷却
される。また、水素の存在しないときの高温下の
スラリーの滞留時間は、石炭再循環スラリー流と
ただちに混合することにより極少とされる。この
終りに、分離器２０のうちの区分２１の底端から
出る流出スラリーは二つの流れに分割される。一
つはループ３０を介してポンプ３２を通る。この
ポンプはこの流れを熱交換器３４へ送り込む。こ
の熱交換器においてこの流れは図示するようにラ
イン３６を流れる冷却再循環溶媒と熱交換して冷
却される。本発明の目的上、「冷却再循環溶媒」
という表現は、加熱されていないが約350〜450〓
の範囲にわたる温度もしくはその付近の温度にあ
る再循環溶媒流を意味する。この溶媒流は、蒸留
後にこの温度にて分離系を去る。スラリーは熱交
換器３４において再循環工程溶媒により冷却さ
れ、熱交換器３４から分離器２０の区分２１へも
どる。再循環工程溶媒は、これに対応して熱交換
器３４において700〜750〓の温度に加熱され、反
応器へ供給されるスラリーの予熱用として用いら
れうる。再循環スラリー流の温度と流れは、分離
器２０での熱スラリーとの効果的な混合を起こさ
せるにたる流れが得られるよう選択される。スラ
リーの冷却再循環に適した好ましい運転条件は、
流れが分離器２０からの標準的なスラリー流の25
〜75％であり、かつスラリーの冷却流がこれに対
応して540〜700〓にまで冷却される状態である。

分離器２０からの流出スラリーのうちの第二の
部分は、ライン４０を介して熱交換器４８へ送ら
れる。ここで、この流れは、ライン４４を流れる
再循環工程溶媒との熱交換により代表的には約
750〓の温度にまで冷却される。この温度は、そ
の後の蒸気分離および蒸留系での圧低下を再加熱
を要することなく行わせるのに適した温度であ
り、この冷却されたスラリーはライン４６を介し
てそのような系へ供給される。

熱交換器３４と４８を通る加熱再循環溶媒流は
合流しライン５０を介してライン５２へ進む。ラ
イン５２によりその溶媒は熱交換器１４へ運ば
れ、そこからライン５３を介してタンク１０へ供
給される。熱交換器２９から流出するガス相もま
た熱交換器６０を通り、ライン５６からライン５
２へ進む冷却再循環工程溶媒の温度を上昇させ
る。

上で述べたように、代表的な従来方法によれ
ば、反応器からの流出物は熱交換器へ直接通さ
れ、三相分離器へ行く前に冷却される。本発明の
方法はこの従来方法に対し数種の重要な利点を有
することが明らかである。本発明方法の第１の利
点は、水素の存在しないときの高温下での滞留時
間を極少とすることによりコークス生成を回避す
ることである。本発明方法の第２の重要な利点
は、コークス生成を伴うことなく反応器流出物か
ら熱が回収されうる温度を最高にすることであ
る。第３の利点は、反応器を出るタイプの三相流
出流を冷却する際の付随する種々の困難を回避す
ることである。

上記説明は本法の概要でありかつその本質的操
作を述べたものであること、および当業者であれ
ば必要なバルブ、ポンプ、加圧設備および他の該
系において要求される標準的な技術手段をどこへ
配置するかそしてそれらをどのように使うかを知
つていることはいうまでもない。

本発明を一実施例にもとづいて以下に述べる
が、この実施例は単なる説明であつて限定するこ
とを意図するものでないことはいうまでもない。

実施例 本発明方法を図を参照して述べる。

SRC−Ｉプロセスにより溶媒精製石炭（SKC）
を製造するために、5600T／Ｄ（トン／日）のれ
きせい炭が200メツシユ以下の粒子寸法にまで粉
砕される。この物質は9000T／Ｄの再循環芳香族
工程溶媒と混合してスラリー化される。この溶媒
は大気圧下での沸点が400〜900〓の範囲にある。
このスラリーは大気圧よりわずかに高い圧力と
400〓の温度のもとで一基もしくはそれ以上の撹
拌容器にて調製される。

このスラリーは、６本の平行流に分割されそし
て遠心機と往復ポンプとの組合せにより2900psig
の圧力にまでポンプ揚げされる。その後、このス
ラリーは一連の熱交換器において500〓の温度に
まで加熱される。

800〓の温度にある熱再循環水素ガスが135T／
Ｄの割合でスラリーと混合され、予熱炉に入る前
に石炭・オイル・ガスの三相混合物を生じる。こ
の予熱炉ではこの混合物が760〓の温度に加熱さ
れる。予熱炉では、石炭の溶解およびSRCと芳
香族オイルと残さ物質を生成する種々の反応が始
まる。

予熱された三相混合物は、二基の石炭液化反応
器のうちの最初の反応器に入る前に、さらに
135T／Ｄの熱再循環水素ガスと混合される。こ
れら反応器における石炭液化工程は840〓の温度
でかつ2600psigの圧力にて完了し、SRC、芳香族
オイル、残留灰分、未溶解石炭、およびガス状反
応生成物を生成する。これら反応器内の温度分布
は、さらに135T／Ｄの冷却再循環水素ガスを反
応器下方部へ中間注入することにより制御され
る。

これら反応器からの流出三相流は840〓の温度
にて分離器へ直接通される。そこでは、ガス相が
スラリー相から分離される。840〓でかつ
12000T／Ｄの流量のスラリー相が、分離器のガ
ス・液体境界面以下の所で、600〓の温度にある
再循環スラリー流6000T／Ｄと混合されて混合ス
ラリー流となる。このスラリー流は780〓を少し
下まわる温度でかつ約2550psigの圧力下で分離器
を出てゆく。分離されたガス流は840〓に近い温
度でこの分離器から上方へ流出する。

分離器を出たスラリー流は生成流と再循環流と
に分割される。この各流れはそれぞれ12000T／
Ｄおよび6000T／Ｄである。この再循環流はポン
プにより熱交換器へ送られそこで冷却再循環工程
溶媒（つまり400〓）により780〓から600〓に冷
却される。それからこの冷却された再循環スラリ
ーは分離器の液体境界面以下の所へ直接もどされ
る。

分離器からの生成スラリー流は、相分離および
蒸留によりさらに処理されてSRCおよび芳香族
オイル生成物、再循環溶媒および残留固形分を回
収する前に、冷却再循環工程溶媒の別の区分との
間の熱交換により750〓にまで冷却される。

上部の水素、ガス状の反応生成物および揮発オ
イル流は、全流量が3600T／Ｄの状態で二つの熱
交換系を順次通過する。この熱交換系ではガスが
冷却され軽質オイルと水性成分混合物を凝縮させ
る。冷却は再循環水素ガスにより熱交換器におい
て行われる。この水素ガスは反応器に先んじて石
炭スラリー内へ再注入される前に800〓に予熱さ
れる。ガスの冷却はさらに別の熱交換器にても冷
却再循環工程溶媒により行われる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の好ましい実施態様の概要フローダ
イヤグラムである。 １０…スラリー混合タンク、１２，３２…ポン
プ、１４，２９，３４，４８，６０…熱交換器、
１６…反応器、１８…石炭反応器、２０…分離
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工程溶媒における微粉砕石灰のスラリーが予
   熱器を介して水素リツチガスの存在下で高温高圧
   の石炭液化反応器へ送られる溶媒精製石炭の製造
   方法において、該反応器からの流出物をガス・ス
   ラリー相分離器へ直接送ること、および該分離器
   からのスラリーを冷却熱交換器を介して該分離器
   のスラリー相へ再循環させ該スラリーを冷却しコ
   ークス生成をおさえることを包含する石炭液化冷
   却方法。 ２ 工程溶媒における微粉砕石灰のスラリーが予
   熱器を介して水素リツチガスの存在下で高温高圧
   の石炭液化反応器へ送られる溶媒精製石炭の製造
   方法において、該反応器からの流出物をガス・ス
   ラリー相分離器へ直接送ること、該分離器からの
   スラリーを冷却熱交換器を介して該分離器のスラ
   リー相へ再循環させ該スラリーを冷却しコークス
   生成をおさえること、該分離器からガス相を取り
   出すこと、および該ガス相を熱交換器へ通して工
   程流を加熱することを包含する石炭液化冷却方
   法。 ３ 前記工程流が水素ガスでありこれが該反応器
   へ供給される工程溶媒へ送られる特許請求の範囲
   第２項の方法。 ４ 前記ガス相が第１熱交換器から第２熱交換器
   へ送られそこを冷却工程溶媒と熱交換しつつ通る
   特許請求の範囲第３項の方法。 ５ 前記流出物が該反応器から該分離器へ冷却さ
   れることなく送られる特許請求の範囲第１項の方
   法。 ６ 前記分離器のスラリー相が約780〓以下の温
   度にまで冷却される特許請求の範囲第１項の方
   法。 ７ 前記再循環スラリーは該分離器の底部から取
   り出されそして熱交換器へポンプ揚げされ、そこ
   を冷却再循環溶媒が該スラリーと熱交換しつつ通
   り該スラリーを冷却し約540〜750〓の温度にて該
   分離器へ返送する特許請求の範囲第１項の方法。 ８ 前記分離器のスラリー相が約780〓以下の温
   度にまで冷却される特許請求の範囲第７項の方
   法。 ９ 前記分離器の底部から取り出される再循環ス
   ラリーの一部が熱交換器へ通されそこを冷却工程
   溶媒との熱交換を行いつつ通過する特許請求の範
   囲第７項の方法。