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    公开号:WO1987004178A1
    申请号:PCT/DE1986/000528
    申请日:1986-12-23
    公开日:1987-07-16
    发明作者:Helmut WÜRFEL；Rudolf Beinhauer；Wolfgang Merseburger；Lothar Schanne；Günther WEDLICH
    申请人:Gfk Gesellschaft Für Kohleverflüssigung Mbh；
    IPC主号:C10G1-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zum kontinuierlichen Verkoken der in einer Kohle¬ verflüssigungsanlage anfallenden flüssigen Rückstands¬ fraktion
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Verkoken der in einer Kohleverflüssigungsanlage unter etwa dem Anlagendruck anfallenden flüssigen Rückstandsfraktion, die neben dem nicht destillierbaren Kohleextrakt (Asphalt) noch schwere Destillatöle sowie nicht umgesetzte Kohle, Asche und ggf. Katalysator enthält, wobei die Rückstands¬ fraktion auf den Druck der Verkokungseinrichtung entspannt, die dabei anfallenden Gase und Dämpfe abgetrennt und der verbleibende Rückstand der Verkokungseinrichtung zugeführt wird.
    [0003] Die bei der Verflüssigung von Kohle zur Erzeugung von De¬ stillatölen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur anfallende Produktfraktion besteht aus einer Gasphase, die im wesentlichen tiefsiedende Kohlenwasserstoffe, nicht ver¬ brauchten Wasserstoff sowie Destillatöle im Naphtha- und Mittelölbereich enthält, sowie aus einer flüssigen Rück¬ standsfraktion, die sich hauptsächlich aus nicht umgesetzter Kohle, Asche, Katalysator, Schweröl und insbesondere aus nicht destillierbarem Kohleextrakt (Asphalt) zusammensetzt. In der Regel werden beide Phasen in einem dem Verflüssi¬ gungsreaktor nachgeschalteten Heißabscheider abgetrennt, wobei die Gasphase am Kopf und die flüssige Phase im Sumpf des Heißabscheiders anfällt.
    [0004] Zur Weiterverarbeitung der flüssigen Rückstandsfraktion ist es aus der DE-OS 27 35 257 bereits bekannt geworden, diese in einem Entspannungsgefäß auf etwa atmosphärischen Druck zu entspannen, die dabei anfallenden Gase und Dämpfe aus dem Entspannungsgefäß abzuziehen und die verbleibende Rest¬ fraktion in einem Wirbelschichtreaktor zu verkoken, wobei als Trägermedium für die Wirbelschicht Wasserdampf ver¬ wendet wird. Die Aufheizung der zu verkokenden Restfraktion auf die erforderliche Verkokungstemperatur erfolgt durch Rückführung von heißen, außerhalb der Verkokun seinrichtung erwärmten Kokspartikeln in die Wirbelschicht.
    [0005] Bei einem derartigen Verkokungsverfahren müssen zur Er¬ haltung der Wärmebilanz bei der Verkokung erhebliche Mengen Koks im Kreislauf gefahren werden. Darüber hinaus gelangt zusätzlicher Wasserdampf in den Produktstrom. Dies kann, insbesondere wenn im Zuge der Produktaufbereitung das anfallende Wasser noch mit Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Phenolen, angereichert wird, zu zusätzlichen Abwasser¬ problemen führen. Hinzu kommt, daß ein Wirbelschichtkoker ein relativ träges Regelverhalten aufweist, was bei unter¬ schiedlichen Lastanforderungen zu Schwierigkeiten führen kann. Auch ist, da die Verkokung unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird, die Ausbeute an verwertbaren Destillatölen relativ gering, da die Produkte sehr hochsie¬ dend und zum Teil ungesättigt sind und zur Polymerisation neigen.
    [0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verkoken des flüssigen Rückstandes einer Kohleverflüssi¬ gungsanlage zu entwickeln, das sich durch ein gutes Regel¬ verhalten bei unterschiedlichen Lastanforderungen, durch eine hohe Wirtschaftlichkeit und durch Umweltfreundlichkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ein¬ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückstandsfraktion in Gegenwart von Wasserstoff durch Zufuhr von Fremdwärme auf etwa die Temperatur der Verkokung aufgeheizt und dann unmittelbar in die Verkokungseinrichtung entspannt wird, daß die bei der Entspannung entstehenden Gase und Dämpfe ohne weitere thermische Behandlung aus der Verkokungseinrichtung abgezogen werden, und daß die verblei¬ bende flüssige Restfraktion kontinuierlich durch die Verko¬ kungseinrichtung gefördert und dabei verkokt wird.
    [0007] Gemäß der Erfindung wird die in einer Kohleverflüssigungs¬ anlage z.B. im Sumpf des Heißabscheiders anfallende flüssige Rückstandsfraktion im wesentlichen unter etwa dem Druck des Heißabscheiders bzw. nach Entspannung auf ein noch oberhalb des Betriebsdruckes der Verkokungseinrichtung liegendes Druckniveau zunächst mit Wasserstoff versetzt und dann außerhalb der Verkokungseinrichtung in einem geeigneten Ofen, z.B. einem Röhrenofen, durch Zufuhr von Fremdwärme auf die Verkokungstemperatur, die in der Regel zwischen etwa 450°C und 520°C liegt, aufgeheizt. Aufgrund des hohen Wasserstoffpartialdruckes werden die sich während der Auf¬ heizung bildenden Spaltprodukte weitgehend mit Wasserstoff abgesättigt. Dabei wird nicht nur das in der zu verkokenden Rückstandsfraktion noch vorhandene Destillatöl in seinem Wasserstoffgehalt bewahrt und vor Zersetztung geschützt, sondern es wird gleichzeitig bereits ein Teil des zu ver¬ kokenden Kohleextraktes zu Destillatölen hydriert. Da die Hydrierreaktionen exotherm sind, erniedrigt sich je nach der Intensität der Hydrierung die für die Aufheizung be¬ nötigte Wärmemenge erheblich. Darüber hinaus reduziert sich die in der Verkokungseinrichtung zu behandelnde Extraktmenge entsprechend, so daß die Verkokungseinrich¬ tung selbst auch aufgrund der hohen Eintrittstemperatur kleiner ausgelegt und kostengünstiger betrieben werden kann. Nach der Aufheizung der zu behandelnden Rückstandsfraktion wird diese gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittel¬ bar in die Verkokungseinrichtung entspannt. Die bei der Entspannung entstehenden Destillatöldämpfe werden dann ohne weitere thermische Behandlung sofort aus der Verkokungsein¬ richtung abgezogen, so daß eine Zersetzung und Dehydrierung dieser Dämpfe in der Verkokungseinrichtung nicht stattfin¬ det. Im Grunde durchläuft somit nur noch der in der Rück¬ standsfraktion vorhandene Kohleextrakt (Asphalt) zusammen mit den Feststoffen die Verkokungseinrichtung, d.h. die Ver¬ kokungseinrichtung wird nur noch mit solchen Komponenten beaufschlagt, die sowieso eine längere Verweilzeit bei er¬ höhter Temperatur benötigen, um in Destillatöle und Koks aufgespalten zu werden.
    [0008] Durch die Zugabe von Wasserstoff in die Verkokungsein- richtung lassen sich die Ölausbeute und die Destillatöl- qualität, unter anderem durch den damit verbundenen Spül¬ gaseffekt, weiter steigern, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn der zweckmäßigerweise bereits auf Verkokungstem- peratur erhitzte Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthalten¬ des Gas im Gegenstrom zu dem die Verkokungseinrichtung durchlaufenden Einsatzgut geführt wird. Dadurch wird der Koks weitgehend entgast und somit in verstärktem Maße wert¬ volle flüchtige Kohlenwasserstoffe gewonnen.
    [0009] Der Druck der Verkokungseinrichtung liegt zweckmäßigerweise zwischen etwa 5 bar und maximal dem Verfahrensdruck der An¬ lage, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 100 bar.
    [0010] Die Verkokungseinrichtung selbst ist vorteilhafterweise ein feststehendes, waagerecht oder senkrecht oder auch schräg stehendes Gefäß mit einem Gassammelbereich im oberen Teil und einem sich daran anschließenden Verkokungsbereich. Die Entspannung der zu behandelnden Rückstandsfraktion erfolgt dabei in den Gassammelbereich, aus dem auch die bei der Ent¬ spannung freigesetzten bzw. bei der Verkokung entstehenden Destillatöldämpfe abgezogen werden. Innerhalb des Verko¬ kungsbereiches ist eine vorzugsweise mechanisch arbeitende Rühreinrichtung vorgesehen, die die Bewegung und ständige Vermischung des zu verkokenden Gutes bewirkt, so daß insbe¬ sondere beim Übergang von der flüssigen in die plastisch/ teigige Phase immer wieder neue Oberflächen gebildet werden, wodurch das Entweichen von Öldämpfen und auch die Einwirkung des Wasserstoffes beschleunigt und verstärkt werden. Der Verkokungsprozeß kann dadurch abgekürzt und die Ölbildung vergrößert werden.
    [0011] Um die Vorgänge des Vermischens und ständigen Zerteilens im flüssig bis plastischen Verkokungsbereich von dem Fördern des Verkokungsgutes durch die Verkokungseinrichtung ge¬ trennt, d.h. unabhängig voneinander beeinflussen zu können, kann es sich als zweckmäßig erweisen, die mechanische Rühr¬ einrichtung nicht gleichzeitig als Transporteinrichtung aus¬ zubilden. Der Transport kann bei entsprechender Neigung oder Senkrechtstellung der Verkokungseinrichtung auch durch Schwerkrafteinwirkung allein gewährleistet werden.
    [0012] Um zu verhindern, daß insbesondere im plastisch/teigigen Verkokungsbereich sich die Rühreinrichtung mit der klebrigen und hochviskosen Masse zersetzt und dadurch die Förderung zum Erliegen kommt, erweist es sich als zweckmäßig zumin¬ dest in diesem Bereich die Rühreinrichtung als ein selbst¬ reinigendes System auszubilden, z.B. durch die Anordnung von zwei miteinander im Eingriff befindlichen Schnecken oder auch Stachelwalzen oder durch die Kombination von fest¬ stehenden mit bewegten Teilen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung läßt sich der Ver¬ kokungsvorgang auch dadurch verbessern, daß ein Teil der ge¬ bildeten Kokspartikel an den Eingang der Verkokungseinrich¬ tung zurückgeführt und dort mit der. zu verkokenden Rück¬ standsfraktion benetzt wird. Auf diese Weise wird die zu verkokende Flüssigkeit besonders fein verteilt, d.h. mit sehr großer Oberfläche der Verkokung zugeführt. Die Verko¬ kung erfolgt dabei in einer dünnen Schicht, wodurch die ent¬ stehenden Dämpfe leicht entweichen können, was zu einer wei¬ teren Erhöhung der Ölausbeute führt. Auch kann der angebo¬ tene Wasserstoff das zu verkokende Gut besonders gut durch¬ dringen, da der dünne an den Kokspartikeln haftende Extrakt¬ film kurze Diffusionswege darstellt, und überdies durch die sich ständig bewegenden Kokspartikel der Extraktfilm dauernd aufgerissen wird, was den Stoff- und Wärmetausch weiter för¬ dert.
    [0013] Falls erforderlich, kann über die rückgeführten Kokspartikel auch zusätzliche Wärme in das System eingetragen werden. Da¬ bei erweist es sich als besonders vorteilhaft, zur Vermei¬ dung von Wärmeverlusten die Rückführung der Kokspartikel innerhalb der Verkokungseinri,chtung, z.B. durch eine geeig¬ nete Förderschnecke, vorzunehmen. Durch die erneute Rückfüh¬ rung von Kokspartikeln in die Verkokungseinrichtung ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die Selbstreinigung der Rühr¬ einrichtung weniger wirkungsvoll ausgebildet zu sein braucht, da die festen Kokspartikel selbst zur Reinigung von Wänden und Rühreinrichtung mit beitragen.
    [0014] Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verkokung von Rückständen aus der Kohleverflüssigung beschränkt. Mit dem gleichen Erfolg lassen sich auch Rückstände anderer Her¬ kunft, z.B. aus Erdöl- oder auch aus der Ölsand- bzw. Teer¬ schieferverarbeitung, verkoken. Weitere Erläuterungen sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
    [0015] Gemäß der Figur wird das heiße Reaktionsprodukt einer im einzelnen nicht dargestellten Kohleverflüssigungsanlage über eine Leitung 2 einem Heißabscheider 1 zugeführt und dort in seine Phasen zerlegt. Der Druck des Heißabscheiders liegt bei etwa 200 bar und die Temperatur bei etwa 420°C. Die im Kopf des Heißabscheiders anfallenden Gase und Dämpfe, im wesentlichen sind dies der Restwasserstoff, tiefsiedende Kohlenwasserstoffe sowie Destillatöle im Naphtha- und Mittelölbereich, werden über eine Leitung 3 aus der Anlage abgezogen.
    [0016] Im Sumpf des Heißabscheiders 1 fällt eine flüssige Rück¬ standsfraktion an, die sich im wesentlichen aus flüssigem Kohleextrakt (Asphalt), schweren Destillatölen sowie Fest¬ stoffen, wie nicht abgebaute Kohle, Asche und Katalysator, zusammensetzt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese Rückstandsfraktion in einem Entspannungsventil 4 auf einen Zwischendruck von etwa 50 bar entspannt und dann in ein Sammelgefäß 5 eingeleitet. Daraufhin wird der flüssige Rückstand mittels einer Pumpe 6 in einen fremdbeheizten Röhrenofen 7 gefördert, dabei mit über eine Leitung 21 zu¬ strömendem Wasserstoff versetzt und im Ofen auf eine Tempe¬ ratur von rd. 500°C erhitzt.
    [0017] Der Wärmebedarf des Ofens ist relativ gering, da aufgrund des hohen Wasserstoffpartialdruckes bei den vorherrschenden Temperaturen ein Teil des in der Rückstandsfraktion vor¬ liegenden Kohleextrakts unter Freisetzung von exothermer Wärme zu Destillaten hydriert wird. Die den Röhrenofen 7 verlassende Fraktion wird über ein Ventil 8 direkt in eine Verkokungseinrichtung 9 entspannt. Die dabei entstehenden Gase und Dämpfe werden unmittelbar, d.h. ohne weitere thermische Behandlung, über eine Leitung 16 zusammen mit den bei der Verkokung anfallenden De- stillatöldämpfen aus der Verkokungseinrichtung 9 abgezogen.
    [0018] Die in der Verkokungseinrichtung 9 verbleibende flüssige feststoffhaltige Fraktion wird mit über ein Fördersystem 12 zugeführten Kokspartikeln vermischt, wobei diese mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm überzogen werden, so daß eine be¬ sonders große Oberfläche für den Stoff- und Wärmeaustausch in der Verkokungseinrichtung zur Verfügung steht. Das Ge¬ misch aus Kokspartikel und zu verkokender Fraktion wird mittels einer Schnecke 10 unter Einhaltung der für die Ver¬ kokung erforderlichen Verweilzeit sowie unter ständiger Auflockerung und erneuter Vermischung durch die Verko¬ kungseinrichtung gefördert. Der fertige Koks wird über einen Schacht 11 ausgetragen, zum Teil über die Förder¬ schnecke 12 wieder an den Eingang der Verkokungseinrich¬ tung zurückgeführt und restlich über einen Abzug 13 aus der Anlage abgezogen.
    [0019] Zur Erhöhung der Destillatölausbeute und Verbesserung der Destillatölqualität wird über eine Leitung 14 in einem Ofen 15 erhitzter Wasserstoff im Gegenstrom zu dem zu verkokenden Gut in die Verkokungseinrichtung eingeleitet.
    [0020] Die über die Leitung 16 aus der Verkokungseinrichtung 9 ab¬ ziehenden Destillatöldämpfe werden zur weiteren Raffination einem katalytischen Festbettreaktor 19 zugeführt und dann über eine Leitung 20 aus der Anlage abgezogen. Falls in den Dämpfen noch flüssige und feste Stoffe enthalten sind, werden diese vor der Raffination in einem Abscheider 17 ab¬ getrennt und über eine Leitung 18 in die Verkokungseinrich- tung 9 zurückgeführt. Der wesentliche Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens ist die Kohlehydrierung. Das Verfahren kann jedoch mit den gleichen Vorteilen auch auf die Verkokung von Schwerölen und/oder Rückständen aus der Erdölverarbeitung und/oder flüssigen Fraktionen aus der Verarbeitung von Ölsanden und/oder Ölschiefer angewendet werden.
    [0021] ERSÄ Bi-.ÄT
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche;
    1. Verfahren zum kontinuierlichen Verkoken der in einer Kohleverflüssigungsanlage unter etwa dem Anlagendruck anfallenden flüssigen RückStandsfraktion, die neben dem nicht destillierbaren Kohleextrakt (Asphalt) noch schwere Destillatöle sowie nicht umgesetzte Kohle, Asche und ggf. Katalysator enthält, wobei die Rückstandsfraktion auf den Druck der Verkokungseinrichtung entspannt, die dabei an¬ fallenden Gase und Dämpfe abgetrennt und der verbleibende Rückstand der Verkokungseinrichtung zugeführt wird, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Rückstandsfrakion in Gegen¬ wart von Wasserstoff durch Zufuhr von Fremdwärme auf etwa die Temperatur der Verkokung aufgeheizt und dann un¬ mittelbar in die Verkokungseinrichtung entspannt wird, daß die bei der Entspannung der Rückstandsfraktion an¬ fallenden Gase und Dämpfe ohne weitere thermische Behand¬ lung aus der Verkokungseinrichtung abgezogen werden, und daß die verbleibende flüssige Restfraktion kontinuierlich durch die Verkokungseinrichtung gefördert und dabei unter einem Druck zwischen etwa 5 bar und maximal dem Verfah¬ rensdruck der Kohleverflüssigung verkokt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verkokende Restfraktion während ihrer Förderung durch die Verkokungseinrichtung aufgelockert und erneut vermischt wird.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Auflockern und Vermischen der zu ver¬ kokenden Restfraktion mittels mechanischer Einrichtungen erfolgt, wobei diese zumindest im plastisch/teigigen Bereich der Verkokungseinrichtung selbstreinigend ausge¬ bildet werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein Teil der aus der Verkokungsein¬ richtung abgezogenen Kokspartikel mindestens unter der Temperatur der Verkokung in die Verkokungseinrichtung zurückgeführt, mit der zu verkokenden Restfraktion be¬ netzt und dann erneut durch die Verkokungseinrichtung gefördert wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der erneut in die Verkokungseinrichtung einzubringenden Kokspartikel mittels mechanischer Förder¬ einrichtungen innerhalb der Verkokungseinrichtung er¬ folgt.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß im Gegenstrom zu der in der Verkokungs¬ einrichtung geförderten Restfraktion Wasserstoff, der auf mindestens die Temperatur der Verkokung erhitzt worden ist, in die Verkokungseinrichtung eingeleitet wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die in den aus der Verkokungseinrich- tung abziehenden Dämpfen gegebenenf lls noch vorhandenen asphalt rtigen und festen Stoffe abgetrennt und erneut der Verkokungseinrichtung zugeführt werden, während die verbleibenden Gase und Dämpfe zur weiteren Raffination direkt über einen katalytischen Festbettreaktor geleitet werden.
    8. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 auf die Verkokung von Schwerölen und/ oder Rückständen aus der Erdölverarbeitung und/oder flüssigen Fraktionen aus der Verarbeitung von Ölsanden und/oder Ölschiefer.
    类似技术:
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-07-16| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AU JP SU US |
    1987-07-16| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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