Способ обеззоливания продуктов гидрогенизации угля

 

О П И С А Н И Е „„953987

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсиик

Социалистических

Реслублии

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 17.03.75(21) 2119272/23-04 (23) Приоритет - (32) 18.03.74 (51) М, Кл.

С 10 С1 1/06 (33) США пе делам кэебретеккк и еткрыткй

Опубликовано 23.08.82.Бюллетень Рй 31

Дата опубликования описания 25.08 82 (53) УДК 66.

° 094. 1 (0 88. 8) Иностранцы

Морган С. СЧЕ и Джордж Дж. Снелл (США) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

Дзе Ламмас Компани (США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБЕЗЗОЛИВАНИЯ ПРОДУКТОВ

ГИДРОГЕНИЗА11ИИ УГЛЯ

Гоеударетвеккь и кемктет (31) 452409

СССР

Изобретение относится к способам обеззотптвания продуктов гидрогенизации угля и может быть использовано в углехимической промышленности.

Известны способы обеззоливания yr леводородных продуктов, полученных при сжижении угля путем фильтрации, центрифугирования, отстаивания flJ

Однако эффективность .таких способаь низка. Так, при фкльтрапии происходит быстрая закупорка нор фильтра с образованием слоя фильтрующегося материала, отлагакккегося на поверхности фильтра. способ отстаивания характеризуется малой скоростью осаждения и неэффектив костью удаления золы. С особ пентрифугирования недостаточно эффективен вслед» ствие высокой стоимости и трудности отделения тонкоднсперсных примесей.

Наиболее близким к изобретению яв ляется способ обеззоливания .продуктов гидрогенизапии угля путем смешения раствора продуктов гидрогенизации угля в первом растворителе со вторым paar ворителем, имеюшнм характеристический фактор К, определяемый по формуле

5 Q 1 где 1 в — мольная средняя темп,ература о .- кипения жидкости, С;

Cj - удельный вес жидкости при

15 С, г/см, не менее 9,75. Кроме того, второй растворитель имеет характеристический фактор выше, чем характеристический фактор первого растворителя и имеет ,темх ературу перегонки 5 об. % не менее

121.С, температуру перегонки 95 об. %

177-399 С и содержит растворимых веществ в бензоле не менее 35 об. % (2j

Далее продукты смешения разделяют на поток, направляемый на фракционирование, и на поток, содержаший твердые примеси и золу. Последний поток направ. ляют на стадию отгонки жидких продуктов, кипящих при температуре ниже 482 С о

Однако при этом часть отгоняемых легких фракций теряется.

8,3

Нафталин

Фракция каменноугольной смсцты 218,3 - 260,0 С

Фракция каменноугопьной смолы 287,8 - 482,2 С

8,4

8,8

9,1

Фракция каменноугольной cMQlIbI 3 1 5,6 - 482,2 С о

9,0

Фракция каменноугольной смолы 204,4 - 232,2 С

9,4

9 4

9,8

Вензоп

Тетрагидронафталнн

0 -Ксипол

10,3

10,6

Декагидрслифталин

Биклогексан

Фракция керосина с температурой кипения

218,3 - 260,0 С

11,9

12,0 и -Додеципбензоп

12,2

12,8

12,8

12,9

1 3iri

Н -Гексан

Гексадекан ипи цетан

3 9539

Белью изобретения явпяется сокращение потерь легких фракпий.

Поставленная цепь достигается снос< . бом обеззоливания продуктов гидрогенизацни угля путем смешения раствора про- S дуктов гидрогенизации угля в первом растворителе со вторым растворителем, . который имеет характеристический фактор

К, определяемый по формуле

k- ) где Tg - мапьная средняя температура кипения жидкости, С а — удепьный вес жидкости при

l5 С, г/см, не менее 9,75 и выше, чем характерис, тический фактор первого растворигеля, 2ф температуру перегонки 5 об. %, не менее

1 21o С, температуру перегонки 95 об.% б

177 - 399 С и содержит растворимых веществ в бекзспе не менее

Антрацен

Сйигомеры пропилена (пентамер)

Бетен

Трндекан

87 4

35 об. % с дальнейшим разделением продуктов смешения на поток, направляемый на фракционирование, и на поток, содержащий твердые примеси и золу в количестве 6-18 вес. %, направляемый на стадию отгонки жидких продуктов, кипяших при температуре ниже 482 С с п

g лучением остатка после отгонки с содержанием растворимых веществ в бензопе не менее 35 об. %.

Характеристический фактор К является показателем степени ароматнзацни и парафинизации углеводородов н нефтяных фракций.

Более парафинизированные материалы имеют более высокие значения характеристического фактора К.

Поскапьку второй растворитепь имеет характеристический фактор К выше, чем первый (не менее чем на 0,25), следовательно он менее ароматичен.

Йпя различных веществ характеристический фактор К имеет следующие значенияе

5 95398

В качестве второго растворителя используют керосин .или керосиновые фракции на парафиновой или смешанной основе, средние дистилляты, легкие газойли или фракции газойлеф на основе парвфиновых S или смешанных сырых масел, алкилированные бензолы с боковой цепью, содержашие 10 и более углеродных атомов, парафиновые углеводороды, содержащие более 12 атомов углерода, светлые масла или фракции светлых масел,.производные от сырых масел, однозамешенные олефины, содержащие более 12 углеродных атомов, полностью гидрогеиизированные нафталины и замешенные нафталины, спи- 15 гомеры пропилена (пентамер и выше), яетрвгидронафталины, тяжелые фракции лигроина и т. д. Наиболее предпочтительно использовать керосиновые фракции, светлые масла, полностью гидрогенизи- 3О ровапные нафталины и замешенные нафтаmanû, а также тетрагидронафтвлины.

КолИчество используемого второго растворителя зависпт от его vma, от типа первого растворителя, от способа 25 гидрогенизации угля.

Весовое отношение второго растворителя к первому составляет (0,2:1) (3,0:1), предпочтительно (0,3:1)— (2 0:1) и (0,3:1) — (1,5:1).

На чертеже представлена принципиальная схема проведения способа.

Размопотый ипи порошкообразный каменный угопь, обычно битуминозный, суббитуминозный или лигнит, преимущественно 35 битуминозный уголь, по линии 1 вводят в зону сольватации и приготовления, каменноугольной пасты 2, в которую по линии 3 подают растворитель для разжижения каменного ужя (первый растворитель). В качестве такого растворителя используют растворители - доноры водорода, растворители, не отдающие водород или их смеси. Как правило используют растворитель, кипящий при 315,6482,2о С который получают из продукта гидрогенизвции каменного угля.

Первый растворитель добавляют к каменному углю в количестве, достаточном для получения необходимой степени разЯ жижения, и, в частности, добавляют в количестве, обеспечивающем весовое отношение растворителя к углю (1:1)— (2,0:1), предпочтительно (1,5:1)(5:1).

Угольную пасту из зоны 2 нвпрввля55 ют в зону 4 гидрогенизации угля, которая может быть каталитической и некаталитической. Гидрогенизапию можно

7 6 проводИть в фиксированном слое катализатора, в поступательно движущемся слое катализатора или в разреженном и в псевдоожиженном слое.

Гидрогенизацию предпочтительно проводить в кипящем (псевдоожиженном) восходящем потоке.

Продукт гидрогенизации каменного угля, содержащий жидкий угольный экстракт растворенного углеродсодержвшего вещества в каменноугольном растворителе и нерастворимое вещество (золу и нерастворенный уголь), направляют в зону

5 разделения, в которой отгоняют фракб аппо, выкипаюшую до температуры 315,6С.

Последнюю отводят по линии 6.

Зона 5 разделения может включать атмосферную или вакуумную колонну.

Продукт ожижения каменного угля, свободный от компонентов, кипяших до

315,6ОС, отводят из зоны 5 разделения по линии 7 и смеышвают со вторым растворителем, подаваемым по линии 8.

В качестве второго растворителя используют 5%-нув объемную фракцию ксросинв, 5 об. % которой выкипает при

|емпературе порядка 212,8 С, а 95 об.%при 260,0 С, являющуюся производной

0 нафтенового или парвфинового дистиллята.

Смешанный поток продукта ожижения каменного угля и второго растворителя по линии 9 вводят в зону гравитационного осаждения, вкл очающую гравитационные отстойники 10 и 11.

В значнгельной степени свободные от твердого вещества потоки из гравитационных отстойников 10 и 11 отводят по линиям 12 и 13 соответственно, сманивают и по линии 14 направляют в зону 15 отгонки второго растворителя и различных фракций каменноугольного экстракта.

Такая зона может состоять из одной или более ректифккационнык колонн для получения различных фракций.

В зоне 15 отгонки получают фракции первого и второго растворителей.

Часть фракщии первого растворителя по линии 16 направляют в зону 2. Другую часть этой фракции отводят с установки по линии 17.

Фракшпо второго растворителя отводят по линии 18 и затем по линии 8 подают на смешение с раствором продуктов гидрогенизвции угля в первом раствопитате. Фракцию, кипящую выше 482,2 С, с низким содержанием золы и пониженным содержанием серы отводят по жпщи 19.

9539

11,4

300

1,5

98,4

84,4

415,6 - 443,3

Поток, содержаший диспергированное в нем нерастворимое вещество и 6-18 % золы, отводят из зоны гравитационного осаждения по линии 20 и направляют в эану отгснки легких фракций 21, в кото- s рой отгоняют фракции, кишшще при температуре ниже 482,2еС» Последние от водят по линии 22 и направляют в зону

15 отгонки.

Донные остатки продукта ожюкения ка» 14 менного угля, лишенные легких фракций, отводят по линии 23. Oocneggare имеют минимальное количество растворимых бензопов, т.е. по меньшей мере около

35 вес, % для поддержания текучести потока. Донный (кубовый) остаток может быть подвергнут обезвоживанию или zoicсованию. Часть кубовых остатков может быть использована как топливо дпя про"

Метод контактирования

Скорость подачи угольной пасты при 65,.6 С

Общая скорость подачи газа при нормальны с условиях, см /ч

Постоянная объемная скорость жидкости при 65,56 С, ч.

Рабочее давление (общее), кг/см

Парциальное давление водорода на выходе из реактора, кг/см

Рабочая температура

Жидкий продукт, содержащий золу, охлаждают до 148,9 С и направляют в один as двух взаимозаменяемых газожид»» костных сепараторов, работающих под высоким давлением и соединенных параллепьно трубами. Когда первый сепаратор наполняется примерно на 80% жидким продуктом, подключают второй сепаратор, а содержимое первого переводят в приемник ожиженного продукта с низким давлением. Жидкое содержимое приемника низкого давления перекачииают в смеснтельный резервуар, снабженный двойными стенками дпя подведения пара. Затем

87 8 мышленных целей. Кроме того, их можно использовать в качестве сырья в процессе частичного окисления при получении водорода. торой растворитель можно дополни тельно вводить в систему по линни 24, П P и м е р 1. Каменноугольную пасту, содержащую 40 вес. % угля Илли нойского месторождения и ф вес. % щйиящего при 315,6-482,2 С пастообразного масла, полученного при перегонке угольной смолы, сманивают с водородом и непрерывно подают через подогреватель в низ рабогаккцего в восходящем кипящем слое реактора, работающего в следующем режиме. Температуру смеси водорода и угольной пасты в подогревателе повышают примерно до 357,2 С.

Молибдат .кобальта на частицах из окиси алюминия (размеры частиц

8 — 12 меш) Восходящий .пс евдоожиженный слой продукт перекачивают через змеевик с электрическим обогревом в колонну для . етгонки легких фракций в условиях псьстоянного равновесия. Установка дпя отгонки легких фракций аботает при температуре около 315,6 С и атмосферном давлении. Скорость подачи продукта составляет окспо 18,9 л/ч, а постчтпсения азота для промывки 75 см /ч. Пары головного потока из колонны для отгона легких фикций конденсируют и собирают в емкости объемом 208>2 л. Остаточный продукт собирают в щжемнике, иэ которого затем перекачивают в обогре9539

9 ваемый паром смеситель емкостью

1893 л.

Остаточный продукт, содержвщий около 4,4 вес. % золы, имеет начальную точку кипения выше 482,2 С с поправ- з о кой на атмосферное давление 760 мм рт, ст

1200 r остаточного продукта помещаюч в толстостенную стальную вибрирующую колбу, емкостью 2 л, с электрическим обогревом. Содержимое качающейся колбы нагревают при встряхивании до . 204,4 С, 60 г кипящего цри 218,3254,4ОС керосинового дистиллята, имеющего характеристический фактор 11,9, добавляют в вибрирукицую колбу и повышают температуру смеси до 254,4265,6 С при встряхивании. Колбу ставят в вертикальное положение и содержимое оставляют на 4 ч для отстаивания щ при 204,4 С. 350 r богатого золой нижнего слоя отводят через донный вентиль в присутствии небольших количеств горячей воды и затем такое же количество продукта отводят из верхнего обедненного золой слоя в отдельный приемник. Оп« ределяют содержание золы в верхнем и нижнем слоях. Пробу нижнего слоя подвергают отгонке от легких фракций в вакууме в лабораторных условиях до тех пор, пока и не достигнут верхней границы кипени фракций 471,1-482,2,С с поправкой на атмосферное давление. Вакуум в отпарной колонне заполняют азотом, оставшийся осадок удаляют, Этот вакуумный остаток,: лишенный легких фракций, подвергают исследованию на текучесть при темпера« туре около 287,8 С в атмосфере азота на вискоэиметре Брукфнльда. Пробы отогнанных легких фракций нижнего слоя также анализируют на содержание нерастворимых бензолов и золы. Полученные экспериментальные и. аналитические данные сведены в табл. 1.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, за исключением того, что проба из нижнего слоя составляет 490 г.

Пример 3. Аналогичен примеру

1, за исключением того, что проба из нижнего слоя составляет 650 r.

Пример 4. Аналогичен примеру 1, за исключением того, что проба иэ нюкнего слоя составляет 730 г.

87 10 . Данные анализа продукта нижнего слоя, лишенного легких фракций, представлены в табл. 2.

Как видно из данных по примерам 1— 4 при увеличении содержания золы в юркнем слое (фракции) до отгонки из него легких фракций, весовое отношение топлива к золе в нижнем слое, лишенном легких фракций, уменьшается.

Пример 5. 350 r богатой золой пробы продукта нижнего слоя загружают в эпектрически обогреваемую емкость из нержавеющей стали объемом 500 см, 3 снабженную внутренней термопарой, спускным клапаном и двухсторонними отводяцжми соединениями. Содержимое резервуара нагревают до 254,4-265,6 С и

О отстаивают в течение 3 ч при той же температуре. Затем открывают верхнюю часть бокового соедишлия и 100 r обедненного îÀ верхнего вторичного сбоя отводят в коллектор.

Равное количество обогащенного зоцой вторичного нижнего слоя отводят через донйый спускной вентиль, Содержание эолы вторичных верхнего и нижнего слоев, полученных в этом примере, составляет соответственно 0,01 и 10,0 вес, .%. Остаток вторичного них него слоя подвергают перегонке в вакууме до температуры 471,1 С (прео дел кипения фракции) с поправкой на абсолютное давление 760 мм рт. ст.

Кубовой остаток исследуют на текучесть при 287,8 С в атмосфере азота

"0 на вискозиметре Брукфнльда. Определяют также содержание золы и нерастворимых бензолов в остаточном продукте отгонки.

Остаточный продукт дистияляции или вторичный нижний слой, лишенный легких фракций, содержит 30,6 вес. % золы и

55,4 вес.% нерастворимых бензолов и остается текучим при 287,8 С. Количество растворимых бензолов (БР) составляет 44,6 вес. % и отношение горюих компонентов к золе во вторичном, лщяенном легких фракций, нижнем слое составляет 2>27 вес. %.

Таким образом, при увеличении содержания эсаы в нижнем слое, направляемом на отгонку легких фракций, с 7% (в примере 4) до 10% (в примере 5), весовое отношение в лишенном легких фракций нюкнем слое уменьшается соответственно с 2,55 до 2,27.

953 987

12

Таблица 1

Прер, М

650 730

7,15

13,64 10,84

8,04

0,01 0,01

0,01

0,01

Таблица 2

Пример, М

Показатепи.

32,6 43,9

45,9

46,4

1,9 2,16

2,55

2,38

Вес пробы продукта нижнего слоя, r

Количество взятой пробы от общего количества, вес. %

Содержание золы в нижнем

cv слое, вес. ю

Содержание золы в верхнем слое, вес %

Содержание золы (А), вес. %

Бензолы нерастворимые (БН), вес. %

Определение вязкости на вискознметре Брукфильда 287,8 С о

Бенэолы растворимые (БР) (БР=100-БН), вес, %

Торючие компоненты (топлива) и их весовое отношение к золе (оа )е,с о

Формула изобретения

Способ обеззоливания продуктов гидре; генизащщ угля путем смешения раствора продуктов гидрогенизации угля в первом растворителе со вторым растворителем, который имеет характеристический фактор К, опредепяемый по формуле

C! где — мольная средняя температура кипения жидкости, С;

C; — удельный вес жидкости при

15 С, г/см, 21е39 27ю22 36в1 1 40i56

39,62 31,61 29,62 28,17

674 561 541 536

Нете- Нете- Нете- Нетекучий кучий кучий кучнй не менее 9,75 и выше, чем характеристический фактор первого растворителя. температуру перегонки 5 об. % не менее

121 С, температуру перегонки 95 об. % о

177-399 С и содержит растворимых о веществ в бензоле не менее 35 об, % с дальнейшим разделением продуктов смешения на поток, направляемый на фракционирование, и на поток, содержашнй твердые примеси и золу, направляемый на стадпо отгонки жидких продуктов, кипящих при температуре ниже 482 С, o отличающийся тем, что, с целью снижения потерь жидких продуктов, на стадию отгонки жидких продуктов

953987 направляют поток с содержанием эолы

6-18 вес. % с получением остатка после отгонки с содержанием растворимых веществ в бе иоле не менее 35 об. %.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

14

1. Гндрирование угля и дегтя. Бюллетень Бюро шахт США М 633, 1968, с. 91-103.

2. Патент СССР по заявке и М 1975277/23-26, «л. С 10 5 1/06, 1973 (прототипы) .

Составитель Н. Королева

Редактор Н. Егорова Техред М.Рейвес Корректор .Лцекмар

Заказ 6302/83 Тираж 524 Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открой

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ф цпил ППП "Патент,, г. Ужгород, ул. Проектная, 4