Verfahren zur Synthesegaserzeugung

Abstract

 Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen aus Rückständen der Kohlehydrierung erfolgt zunächst eine Vakuumdestillation des Hydrierrückstandes zur Gewinnung weiterer Ölbestandteile. Zwecks verbesserter Handhabung des Vakuumrückstandes. insbesondere beim Austragen aus der Vakuumkolonne sowie dem Transport zur Vergasungsanlage und dem Eintrag in diese wird der Hydrierrückstand in einer ein- oder mehrwelligen Schneckenmaschine der Destillation unter vermindertem Druck unterworfen, wobei die entstehenden Gase und Dämpfe abgezogen werden und der nicht verdampfte Rest in der Schneckenmaschine weiter verdichtet und in den Vergasungsreaktor eingebracht wird.

Beschreibung

[0001] Aus US-PS 3 075 912 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Rückstände der Kohlehydrierung, die von den gasförmigen bzw. flüssigen Produkten der Hydrierung in Heißabscheidern abgetrennt werden, wobei die Phasenseparierung unter Reaktionsdruck bei Reaktionstemperatur bzw. wenig darunter liegender Temperatur erfolgt, zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden, aus dem Wasserstoff, z. B. für das Hydrierverfahren gewonnen wird. Die Hydrierrückstände enthalten neben Feststoffen, wie nicht umgesetzter Kohle, Asche, Katalysatoren und nicht verdampfbaren flüssigen oder pastösen Zwischenprodukten wie Asphaltenen und Präasphaltenen, wertvolle verdampfbare Produkt- öle, die zur Steigerung der Flüssigproduktausbeute vor der Vergasung abgetrennt werden sollten.

[0002] Zur Abtrennung dieser verdampfbaren Ölbeimengungen sind verschiedene Verfahren wie Filtration, Schleudern, Vakuumdestillation usw. bekannt. Die gewonnenen Öle können als Anreibeöle bzw. Anreibölkomponenten für die Einsatzkohle verwendet werden. Allerdings enthalten die durch Filtration bzw. Schleudern abgetrennten Ölmengen z. T. erhebliche Beimengungen an nicht verdampfbaren, schwer hydrierbaren, öllöslichen Zwischenprodukten wie z. B. Asphaltenen und Präasphaltenen, die den Hydrierprozeß ungünstig beeinflussen bzw. deren Abbau verschärfte Hydrierbedingungen erfordert.

[0003] Die vorgenannten Schwierigkeiten können durch Einsatz der Vakuumdestillation überwunden werden. Die durch Vakuumdestillation des Hydrierrückstandes gewonnenen Öle stellen hochwertige Anreibeöle dar bzw. können unter verhältnismäßig milden Bedingungen weiter aufhydriert werden. Allerdings wirft die Handhabung des Vakuumrückstandes erhebliche Probleme auf. Insbesondere gestaltet sich das Austragen aus der Vakuumkolonne sowie der Transport zur Vergasungsanlage und der Eintrag in diese aufgrund der hohen Zähigkeit des stark feststoffangereicherten Materials äußerst schwierig.

[0004] Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Rückstand der Kohlehydrierung, welcher nicht nur als Rückstand der in US-PS 3 075 912 angewandten Verfahren, sondern auch anderer Verfahren (s. H. G. Frank u. A. Knop, "Kohleveredlung", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1979, S. 228 - 251) zu verstehen ist, in einer ein- oder mehrwelligen Schnekkenmaschine einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wird, hierbei die verdampfbaren Anteile abgezogen werden und das verbleibende Gut in der Schneckenmaschine weiter verdichtet und direkt in den Vergasungsreaktor eingebracht wird. Der während der Destillation ständig seine Viskosität erhöhende Hydrierrückstand wird durch Schnecken laufend umgewälzt und dabei durch die Destillationszone der Schneckenmaschine geführt, wobei ihm die verdampfbaren Bestandteile entzogen werden.

[0005] Ein- oder mehrwellige Schneckenmaschinen mit Gas-oder Dampfabführung sind bekannt, z. B. aus den US-PSen 1 156 096 und 2 615 199. Sie werden speziell in der Kunststoffherstellung eingesetzt, und dienen dort u. a. zur Gas- bzw. Monomerenentfernung aus Polymerisationsgemischen (s. M. Herrmann, "Schnekkenmaschinen in der Verfahrenstechnik", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1972). Obwohl seit Beginn der im technischen Maßstab durchgeführten Kohlehydrierung die mit der Ölabtrennung verbundenen Schwierigkeiten bekannt waren, wurden Vakuumschneckenmaschinen bislang nicht für die Aufarbeitung von Kohlehydrierrückständen eingesetzt. Bei der Aufarbeitung von Hydrierrückständen liegen andere Zielsetzungen als bei der Kunststoffherstellung vor: In der Kunststoffindustrie stellt die Schneckenmaschine einen Teil des Polymerisationsreaktors dar, wobei über die Monomerenentfernung in der Vakuumzone ein Abbruch der Polymerisationsreaktion herbeigeführt wird, wohingegen im Fall der Kohlehydrierung die Feststoffanreicherung im Hydrierrückstand zielführend ist.

[0006] Bei der Destillation des Hydrierrückstandes in der ein- oder mehrwelligen Schneckenmaschine werden insbesondere Drücke von 0,01 - 0,6 bar, vorzugsweise 0,02 - 0,1 bar angewandt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung fällt über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt des Hydrierabschlammes zu dessen Austritt der Druck von 0,6, vorzugsweise 0,1 bar auf 0,01, vorzugsweise 0,02 bar ab. Diese Maßnahme verringert die Gefahr von Störungen des Destillationsvorganges in der Schneckenmaschine.

[0007] Die Destillation des Hydrierrückstandes in der Schneckenmaschine erfolgt insbesondere bei Temperaturen von 200 - 400 °C, vorzugsweise 250 - 350 °C. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung steigt über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt zum Austritt des Hydrierrückstandes die Temperatur von 200, vorzugsweise 250 °C auf 400, vorzugsweise 350 °C unter konstantem bzw. über die Länge der Schneckenmaschine fallendem Druck an. Hierdurch wird die Zeit, während der Hydrierrückstand hohe, Veränderungen begünstigende Temperaturen annimmt, verkürzt und die weitere Verarbeitung des von den flüchtigen Bestandteilen befreiten Rückstandes erleichtert. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Rückstände bis zu einer Endviskosität von etwa 2000 mPas (250 °C) bei der Destillatabtrennung gehandhabt werden.

[0008] Die gasförmig aus der Schneckenmaschine abgezogenen Öle werden zweckmäßigerweise als Anreibeöle eingesetzt bzw. mit den übrigen Hydrierölen, z. B. den die Heißabscheider gasförmig verlassenen Hydrierprodukten vereinigt und zusammen mit diesen der Weiterbehandlung, z. B. einer Hydrierung unterworfen. Erfindungsgemäß wird der Rest, das nicht verdampfte Gut, in der Schneckenmaschine anschließend verdichtet und direkt in den Vergasungsreaktor eingebracht. Zweckmäßigerweise besitzt die Schneckenmaschine hierfür neben der Destillierzone eine Verdichtungszone verbunden mit einem Direkteintragssystem in einen Vergasungsreaktor.

[0009] Das vorliegende Verfahren ist geeignet zur Verarbeitung sämtlicher Hydrierrückstände, die bei Hochdruckkohlehydrierprozessen anfallen, bei denen Kohle mit Anreibeöl angemaischt wird und gemeinsam mit Hydrierwasserstoff und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur umgesetzt wird, beispielsweise nach dem sogenannten Bergius-Pier-Verfahren.

[0010] Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels und der Zeichnung weiter erläutert.

[0011] Eine typische Gasflammkohle des Ruhrgebiets wird nach Zerkleinerung mit einem aus dem Verfahren zurückgeführten Anreiböl angemaischt und gemeinsam mit dem Hydrierwasserstoff und unter Zugabe eines Eisenkatalysators bei 300 bar und 470 °C nach Vorheizung über Leitung 1 unter Prozeßdruck Hydrierreaktor 2 zugeführt.

[0012] Das Umsetzungsprodukt verläßt den Reaktor 2 über Leitung 3 und wird Heißabscheider 4 zugeführt, in welchem unter Prozeßdruck und bei 460 °C die Abtrennung der unter den herrschenden Bedingungen flüchtigen Produkte von den festen bzw. flüssigen Umsetzungsprodukten erfolgt.

[0013] Diese flüchtigen Produkte werden über Leitung 4a über Kopf abgezogen und in bekannter Weise weiter aufgearbeitet. Die festen und flüssigen Reaktionsprodukte werden nach Entspannung auf Atmosphärendruck über Leitung 5 in den Vakuumschneckenverdampfer 7 mit integrierter Verdichtungszone eingespeist.

[0014] Hierbei erfolgt der Eintritt in den Vakuumschneckenverdampfer 7 von unten her in den Flüssigraum, um damit einen Abschluß des Zulaufstromes der Produkte aus dem Heißabscheider zu der Vakuumverdampfungszone zu bekommen. Als Förderorgan für den Zulaufstrom wird ein zwangsförderndes Pumpensystem 6, welches gleichzeitig als Dosiereinheit dient, eingesetzt.

[0015] Über Vakuumleitung 12 wird in der Schneckenmaschine 7, die mit einer Doppelschnecke ausgerüstet ist, ein Unterdruck von 0,1 bar erzeugt. Der eingesetzte Hydrierrückstand, der über Stutzen 8 der Schneckenmaschine 7 zugeführt wird, enthielt 0,5 t Öl mit einem Siedebeginn von 325 °C oder darüber, 0,15 t höhermolekulare Komponenten, die zu etwa 0,1 t als Asphaltene und zu etwa 0,05 t als Präasphaltene bestimmt wurden sowie 0,35 t anorganische Komponenten, die sich aus 0,24 t Asche und 0,11 t unumgesetzter Kohle zusammensetzten. Der Ascheanteil wurde zu 32 Gew.-% aus Si0₂, zu 26 Gew.-% aus A1₂0₃, zu 25 Gew.-% aus Fe₂0₃ und zu 17 Gew.-% aus sonstigen Komponenten bestehend bestimmt.

[0016] Die Destillatabtrennung erfolgte bei dem Druck von 0,1 bar, wobei der Hydrierrückstand in der Vakuumdoppelschneckenmaschine 7 während der Destillatabtrennung von 350 auf 450 °C aufgeheizt wurde. Es verdampften 0,40 t an destillierfähigen Komponenten des Ölanteils, die über die Stutzen 9 aus der Verdampfungszone 14 und nach nicht dargestellter Abkühlung über Leitung 10 und Kondensatbehälter 11 mittels Leitung 13 abgezogen wurden. Die nicht kondensierten Anteile wurden über Kondensatbehälter 11 mittels Leitung 12 abgezogen.

[0017] Der Erweichungspunkt des Rückstandes nach Durchlaufen der Verdampfungszone 14 betrug 180 °C. Die Viskosität desselben Rückstandes bei 250 °C wurde zu 1500 mPas bestimmt. Seine Zusammensetzung wurde wie folgt bestimmt (Angaben bezogen auf wasserfreien Rückstand):

Die über Leitung 13 abgezogenen destillierbaren Bestandteile können als wertvolle Anreibeölkomponenten in die Hydrierung zurückgeführt werden.

[0018] Verdampfungszone 14 ist vom Eingang 16 zum Vergasungsreaktor durch eine maschinentechnische Kompressionsstufe 15 getrennt, die durch eine geeignete Auslegung der Schnecke und die Anordnung geeigneter Schneckenelemente in diesem Bereich in bekannter Weise realisiert wird. Hierdurch erfolgt eine Verdichtung des neben anorganischen Bestandteilen und höhermolekularen Zwischenprodukten nur noch 0,1 t Restöl enthaltenden Rückstandes, bevor dieser in den Vergasungsreaktor eintritt. Durch die Maßnahme gelingt es, den ausgedampften Rückstand gegen den Druck im Vergasungsreaktor zu fördern und einen effektiven Verschluß gegenüber der Verdampfungszone 14 aufzubauen.

[0019] Die Beheizung der Schneckenmaschine erfolgte über eine Mantelbeheizung der Schneckenmaschine mittels überhitztem Dampf.

[0020] In technisch äquivalenter Weise kann die Beheizung aber auch mittels elektrisch beheizter Heizbacken oder durch Induktionsheizung oder bei Mantelbeheizung durch Rauchgas oder Wärmeträgeröle erfolgen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen aus Rückständen der Kohlehydrierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrierrückstand in einer ein-oder mehrwelligen Schneckenmaschine einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wird, die entstehenden Gase und Dämpfe abgezogen werden und der nicht verdampfte Rest in der Schneckenmaschine weiter verdichtet und direkt in den Vergasungsreaktor eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillation bei Drücken von 0,01 - 0,6 bar, vorzugsweise 0,02 - 0,1 bar erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt zum Austritt des Hydrierrückstandes der Druck von 0,6, vorzugsweise 0,1 bar auf 0,01, vorzugsweise 0,02 bar abfällt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillation bei Temperaturen von 200 - 400 °C, vorzugsweise 250 - 350 °C erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge der Schneckenmaschine vom Eintritt zum Austritt des Hydrierrückstandes die Temperatur von 200, vorzugsweise 250 °C auf 400, vorzugsweise 350 °C ansteigt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt des flüssigen Hydrierrückstandes in die Schneckenmaschine (7) über ein zwangsförderndes Pumpensystem (6) von unten her in den Flüssigraum erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenmaschine (7) eine Verdampfungszone (14) aufweist, die durch eine maschinentechnische Kompressionsstufe (15) vom Eingang (16) zum Vergasungsreaktor getrennt ist.

Zeichnung