Способ превращения угля в жидкие продукты Советский патент 1985 года по МПК C10G1/06 

Изобретение относится к перера ботке угля, в частности к способу превращения угля- в жидкие продукты. Известен способ превращения угля в жидкие продукты путем смешения уг с растворителем, являющимся смесью термически стабильных гидроароматических углеводородов при повышенном давлении и температуре. Полученные жидкие продукты отделяют от твердой фазы и фракционируют с получением бензиновой фракции, фракции 204538°С, идущей на производство мотор ных топлив и остатка выше 538°С. Фракцию 204-538°С необходимо дополнительно подвергать каталитическому крекингу для получения моторных топлив Cl. Недостатком способа является необходимость в дополнительной обрабо ке дистиллатов, так как они без обработки не пригодны в качестве мото ных топлив. Наиболее близким к изобретению является способ превращения угля в жидкие продукты путем приготовления пасты угля с растворителем, состоящим из смеси фракции с пределом кипения 35-200°С и рециркулирующего остатка после фракционирования с те пературой застывания и имеющег начало кипения 400°С ч конец кипени 600°С, взятой в весовом соотношении 20-80;80-20, гидрогенеэации пасты в присутствии водорода и катализатора при 350-500°С, давлении 80-300 атм и последующего фракционирования полученных ЖИДК1СХ продуктов 2 J. Недостатком данного способа является то, что являющиеся моторньши топливами фракции должны подве гаться предварительному грщрировани перед применением в качестве топлива. Такая дополнительная обработка приводит к снижению окончательного выхода высококачественного топлива в результате образования легких фра ций в диапазоне кипения бензина. Но качество легких фракций должно также улучшаться еще дополнительной обработкой, например гидрированием крекингом над платиновьм катализатором, чтобы они отвечали требовани к карбюраторному топливу. Цель изобретения - повьшение ка честна фракций, являющихся моторными топливами. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу превраще302ния угля в жидкие продукты исходный уголь делят на два потока в соотношении 3:1-1:3, первый поток смешивают для получения пасты с указанным растворителем, состоящим из смеси фракции с пределом кипения 35-200Cj и рециркулирующего остатка после фракционирования продуктов гидрогенизации первого и второго потоков угля с температурой застывания 20°С и имеющего начало кипения 400С и конец кипения 600°С, в соотношении 1:1,5-1:4, второй поток угля смешивают с растворителем, имеющим интервал кипения 200-400°С и полученным при гидрогенизации угля, в том же соотношении с последующей раздельной гидрогенизацией обоих потоков угля и катализатора при 350-500°С, давлении 80-300 атм в течение 10-120 мин и затем или раздельньм обеззоливанием и фракционированием продуктов гидрогенизации с подачей фракции 35-200°С первого потока угля в качестве растворителя гидрогенизации первого потока угля, выведением фракции 35-200 0 второго потока в виде целевого продукта, подачей фракции 200-400 С первого потока и 16-100% фракции 200-400С второго потока Б качестве растворителя гидрогенизации второго потока угля, отводом возможного избытка фракции 200-400 С в виде целевого продукта, подачей остатка выше 400°С первого и второго потоков в качестве растворителя гидрогенизации первого потока угля и отводом избытка в виде целевого продукта или совместныг-i обезэолива){ием и фракционированием продуктов гидрогенизации с подачей фракции 35-200 С в качестве растворителя гидрогенизации первого потока угля, подачей фракции 200-400°С в качестве растворителя гидрогенизации второго потока угля и подачей остатка вьше 400°С в качестве растворителя гидрогенизации первого потока угля с отводом избытка фракций 35-200 С и 200-400° возможного избытка остатС в виде целевых продукк а вьшге и 2 представлена техНа фиг. нологическая схема предлагаемого способа, Фракция с пределом кипения 35-200°С в дальнейшем называется легкой, с пределом кипения 200-400С средней, остаток после фракционирования с тем3пературой застывания 20 С и начало кипения АОО°С и конец кипения - тяжелой фракцией, первый поток (1), второй (11). Согласно фиг. 1 исходный уголь, подаваемый по линии 1, делят ка два потока t и И в соотношении 3:1-1:3 Каждый поток подают на последователь но проводимые стадии приготовления 2 пасты угля в соответствующем растворителе, гидрогенизации 3 пасты при ЗЗО-ЗОО С и давлении 80-300 атм н присутствии водорода и катализатора фракционирования 4 жидких продуктов стадии гидрогенизации 3. Кроме того в случае потока I продукты гидрогени зации подвергают предварительному разделению на жидкие, и газообразные продукты и твердые вещества (зола и коксовьй остаток)J проводимому на стадии 5 обеззоливания. На стадии фракционирования 4 потока 1 получают легкую фракцию, которую в качестве растворителя подают по линии 6 на стадию 2 приготовления пасты, а избыток легкой фракции отводят по линии 7 в виде целевого продукта. Получаем то на стадий фракционирования 4 среднюю фракцию отводят по линии 8 и подают по линии 9 на стадию 2 приготовления пасты из потока 11, а избыток средней фракции по линии 10 отводят в виде целевого продукта. Остаток после фракционирования 4 по линии 11 рециркулируют на приготовление 2 пасты угля потока 1, а избыток в виде целевого продукта отводят по линии 12 (его можно применять, например, для производства электродного кокса). Получаемые на стадии фракционирования 4 потока t побочные продукты (сероводород, двуокись углерода и аммиак, удаляемые промывкой, непрореагировавший водород, который рецир кулируют в процесс, а также моноокись углерода и углеводородные газы С.- Сд, которые подвергают рифор мингу до водорода, подаваемого на гидрогенизацию 3), отводят по линии 13. Твердые вещестпа (коксовьш остаток, зола) удаляют на стадии 5 и отводят по линии 14. Здесь речь идет 0твердых веществах обоих потоков 1и 11. На стадии фракционирования 4 пот ка tt татсже получают легкую фракцию которую в виде целевого продукта от 304 водят по линии 15, 16-100% получаемой на стадии фракционирования 4 потока It средней фракции подают по линии 16 на приготовление 2 пасты угля потока П, а возможньй избыток средней фракции в виде целевого продукта отводят по линии 17. Остаток после фракционирования 4 потока 11 по линии 18 подают на приготовление 2 пасты угля потока t. На стадии фракционирования 4 потока tl также получаются побочные продукты, которые отводят по линии 19 и обрабатывают или перерабатывают тем же образом, что и побочные продукты потока I, отводимые по линии 13. Согласно фиг. 2 и::ходный угол, подаваемый по линии 1, также делят на два-.потока I и II, каждый из которых обрабатывают и перерабатывают же образом, что и пото.чи 1 и Ц по фиг. 1. Вариант по фиг. 2 отличается тем, что продукты гидрогенизации обоих потоков подвергают СОБместному обеззоливаипю н фрлкциоиированию. Удаляемые на стадии обеззоляпания твердые вещества отводят по лиН)и 20. Углерод, содержатнися п этом остатке, подвергают, газификации и превращают в иодород. Еслн необг.одимо получать тяжелый остаток, не содсржа1Д1 й коксл и золы, то жидкий продукт со стадии 5 по линии 21 подают па перегонку 22, где отгоняют легко перегоияе. компоненты, которые подают на фракциоHapocaiifse 4, а тяжелый остаток отводят по липни 23. Головные нро.цукты перегонки 22 подают по линии 24 на фракционирование 4. Продукты со стадии 5 можно также неносредс.тпетпю подгшлть на фракциоинроБанис; по личии 25, минуя при этом стадию 22. Часть продуктон пщрогецизации 3 можно подавать по лтпишм 26 и 27 непосредственно на фракцнонирова1П1е 4. Тяжелая фракция, получ-аемая па стадии 22, обы-чо ninменяется п качестве сь;рья для производстча злек- тродиого кокса. ИаиГюлое iiiiHro.:.uioJi для этого ЯБля:егс.ч тяжелая фракция, получаемая из продуктов гидрогещ ции 3 потока I, Остаток, получаемый при переработке потека Ц, по качеству уступает остатку, получаемому при переработке потока I, В сггязи с этим пропус часмь й через стадии 5 li 22 материал в основном отбирается из продуктовгидрогенизации 3 потока 1. При этом почти все количество продуктов гидрогенизации 3 потока 11 подают по линии 27 непосредственно на фракционирование 4. В результате фракционирования про дуктов гидрогенизации 3, подаваемых по линиям 2А - 27 на стадию 4, получают следующие потоки: поток 28, поток средней фракции-, которьй в качестве растворителя гидрогенизации потока tl подают на стадию 2 приготовления пасты угля; поток 29, поток легкой фракции, который в качестве растворителя гидрогенизации потока t подают на стади 2 приготовления пасты угля; поток 30, поток тяжелой фракции, который в качестве растворителя гидрогенизации потока 1 подают на стади 2 приготовления пасты угля; поток 31, поток средней фракции, отводимый в виде целевого продукта; поток 32, легкая фракция, которая в виде целевого продукта отбирается со стадии фракционирования 4j поток 33, тяжелая фракция, которую можно отводить в виде целевого продукта;поток 34, С, - углеводородные газы и прочие газы, которые можно перерабатьп-ать в водород, рециркулируемьй в процесс, Даже если тяжелую фракцию не отводят в виде целевого продукта, то все-таки должно отделяться определен ное количество твердых веществ на стадии 5 с тем, чтобы предотвратить нако1 ление твердых веществ в системе. В таком с-лучае отделение твердых веществ не должно проводиться очень тщательно, Рсли количество тяжелой фракции, получаемой на стадии 4 н рециркулируемой по линии 30, являетсг; недостаточным, то недостающее количество можно пополнять тяжелой фракцией, отводимой со стадии 22 и подаваемой по линии 35. Пример 1. 20П кг промытого угля крупностью зерен «с 0,1 мм пропитывают раствором молибдата а№-1ония и затем делят на два пото ка R соотяошении 1:1 по фиг, 1. При- 35 меняют уголь следукядего состава,%: углерод 69,1 водород 4,5j азот 1,0 сера 0,4 кислород 9,Я зола 12,0 и вллга 3,2 - при содержании летучих компонентов 37,6%, После сутки оба потока угля содержат 3,0 вес,% трехокиси молибдена. Оба потока угля подают на приготовление пасты в соответствующих растворителях гидрогенизации. При этом н обоих случаях растворители и уголь (включая золу и влагу) берут в соотногаении 3,0:1, Оба потока угля подвергают гидрогенизации при 450°С и давлении 200 атм в присутствии водорода в течение 75 мин. Парциальное давление водорода не является критическим внутри реакторов и снижается от входа до выхода реактора, В потоке 1 окончательное парциальное давление водорода обычно ниже давления в потоке tl, Для приготовления пасты угля применяются следующие растворители: поток t поток П 32% легкой фрак23% средней фракции 200-400С из ции 35-200 С из потока 1 потока 1 54% тяжелой Лрак- 77% средней (Ьракции 400-600 П ции 200-400°С из из потока 1 потока tl 13% тяжелой фракции 400-бООС из потока Л Дальнейшая обработка обоих потоков дает следующие результаты. В результате фракционирования потока 11 получают следующие продукты: t4 кг воды, двуокиси углерода и моноокиси углерода, 11 кг углеводородного газа Cj, 53 кг легкой фракции, 36 кг средней фракции и 41 кг остатка. Кроме того, получают еще 3 кг непрореагировавщего угля и 12 кг золы. Все количество остатка подают на приготовление пасты угля. Общее количество средней фракции, рециркулируемой со стадии фракционирования на приготовление пасты угля потока 11, 229 кг (86%), В результате фракционирования продуктов потока J получают следуюише продукты: 13 кг воды двуокиси углерода и моноокиси углерода, 19 кг углеводородного газа С, 7 кг легкой фракции, 16 кг остатка и 71кг средней фракции, которую рециркулируют на приготовление пасты угля потока 11. Кроме того, со стадии 5 отводят 7 кг непрореагировавшего угля и 24 кг золы. Со стадии фракционирования продуктов потока 1 на приготовление п ты угля потока 1 рециркулируют все го 100 кг легкой фракции и 159 кг тяжелой фракции. Из 200 кг угля получают всего 27 кг воды, моноокиси углерода и двуокиси углерода, 30 кг газа кг легкой фракции, 36 кг средне фракции, 16 кг тяжелой фракции, 7 кокса 24 кг золы. Коксовый остаток газифицируют в водород. Кроме того, углеводородны газы .и окись углерода также переводят в водород путем риформинга. Отводимая в виде целевого продукта легкая фракция имеет октановое число 91,6 и характеризуется е дующим качеством: кислотность 0,1 мг KOH/f; 0,01% серы; 15,4% па финовых углеводородовJ 34,5% нафтеновьк углеводородов; 50,1% арома тических углеводородов. Отводимая в виде целевого проду та средняя фракция из потока 1 име цетановое число 41. Но качество этой средней фракции уступает качеству средней фракции, получаемой в виде целевого продукта из потока 11, о чем свидетельствует сравн ние данных,%, по потокам: Фенолы 12,5 1,2 . П р и м е р 2. Повторяют пример с той разницей, что в качестве целевого продукта не отводят тяжелую фракцию, а только моторное топлив При этом на приготовление пасты угля потока I подают 162 кг угля а потока 11 - 100 кг угля. Приготовление паст угля обоих потоков осуществляют с применением тех же циркулирующих растворителей в том же количестве, что и в примере 1. 308 В результате переработки потоков 1 и II из системы отводят следующие продукты, % от веса сухого исходного угля, без учета золы: вода, окись углерода и двуокись углерода: 13,2, газы С. 18,4, легкая фракция 28,5, средняя фракция 35,9, кокс 4,1. Получаемые легкая и средняя фракции имеют то же качество, что и в примере 1 (октановое число легкор Фракции 91,7, а цетановое число средней Лракции 42-45). П р и м е р 3. Используют уголь состава,%: углерод 56,6- водород 3,8; азот 1,1; сера 2,9j кислород 9,7; зола 23,1; И влага 2,8 при содержании летучих компонентов 30,5%. Повторяют пример 2 с той разницей, что процесс проводят при соотношении угля и растворителя 1:4. При этом из системы отводят следующие продукты. от веса сухого исходного угля, без учета золы,вода окись углерода и дпуокись уТлерода 12,1; газы С 17,2j легкая riipaKция 27,1; средняя фракция 34,6; кокс 9. Получаемые легкая и средняя фракции имеют то же качество, что и в примере 1 (октановое число легкой фракции 91,5, а цетановое число средней фракции 42-45). П р и м е р 4. Повторяют пример 1 с той разницей, что процесс проводят при соотношении угля и растворителя 1:1,5. При этом из системы отводят следующие продукты, % от песа сухого исходного угля, без учета золы: вода, окись углерода и двуокись углерода 13,5; газы 0,17,9; легкая фракция 27,6; средняя фракция 35,4; кокс 5,6. Получаемые легкая и средняя фракций имеют то же качество, что и в примере 1 (октановое число легкой фракции 91,8, а цетановое число сред ней фракции А4-46). П р и м е р 5. Повторяют пример 1 с указанными в табл. 1 показателями и результатами. Отводимая в виде целевого продукта легкая фракция имеет следующую характеристику: октановое число 31,5 - 91,8; кислотность П,080,1 мг КОИ/г; 0,006 - 0,01% сера; 15,1 - 15,7% парафиновые углеводороды 34,0 - 34,8% нафтеновые угле15одороды и 50,2 - 50,8% апоясчтичесчие 9, уггшводороды, я Огводн1-1 ле в вида uejieBoro п:родукта средине Фракции имеют cлfi,п,yjoщy я характеристику; ц таноБое число 41 - 46, 85,6 - 89 углерод 8,2 - 9,0% водороду 2,0% азот; 0„01 -- 05,25% сгра, 1,6 кислород и 1 ,, О 13% феноль И V и к е р 6, Повторяют приме с Чой разницей, что реякд1-| 0 тидро з-чдии фово,Г);кт при j5()C, Ири это из 20J кг угпя получаю вспго 28 bOAfj,, окнси и двуокиси углерода, 30„3 кг газа С,,- С,,, 58 кг легкой фракцир, 35 кг средней фракции, 13 1СГ тяжелой фракдш, кг у.ок п 23 К jcjib Ji;::iKaK бракдпл и ке1 ок -иючо число 9 , 5 „ а 1;к:ановое чтгсло ср (ррак1т.ии 42, П р и м е р 7 п jTp-n-iept: испо. ЗУЮТ бурЬП уголь СОС:Та ;1 э/J : yrjLti 1од ЗЬ, водород 4,1; ;ера 0,4,; .,;ислород 22,6, зс при содержании .ne7y4 ; .srtP.iitiHHH вод(|ро;т;я oi, атм :,е 120 f.riiH,, Прч /LV,.) кат: СорУ в холичес мй 1 от ; К)Г& Уг:и (рчссчн - чо как Пз (2 углл lioji; .,i .р ду-сты: 60 hi oдv., склс: ,L :i .ГШуа: /-1СИ уГ.ГСрОДа. / леяодород.;ых ra;:;Bj 75 кг ло: i О к ;ди;-лз 25 средиеч фтк кипи, -.рор загиров-гйшегс- , 10 кг йо фп oti.T.;rroBoe .гс .пегк ; V5;ii;p ;;; 9 I ,, 9, а д ;т nCjBof иечо БГ1Доро/;п Ирг, э-ро:асиЬП к tJiHiJj 1 наирО 3010 П р и м е р 9 Повторяют пример 8 с той разницейJ что гндроген: 5ацию проводят при давлении 300 атм в течение 20 мин. При этом выход легкой фракции, имеющей октановое число 92, ио;п1Ешают до 75 кг при снижении выхода средней фракции до 5 кг, имеющей цетанопое число 46. Примерю, АО Повторяют Hpfti iep 1 с той раз|-;и11ей, что процесс проводят в соответствии с технологической схемой по фиг. 2. При этом исходньй уголь делят на потоки 1 и . I в соотнотении 1s,62:1 и гидрогенизацию проводят и течение 70 г-шн. За ис;слючением газов, которые сразу же подают на фракционирование 4, все потоки продуктов подают на стадию обеззоливаггия 5. В табл, 2 указан состав всех потоков (уголь всего: 901,3 кг, в сухон состоянии без sojiM, содержание золы: 125,8 кг, влагосод.ержание; 21,0 кг5 соотношеГ1ие noToicoB 1 ; it 1,62 ; 1).. Б. Опыт, лотзторяют с той дельго чтобы получить 3 выход тяжелой фракдии в качестве целевого продукта сырья ,ф05 зБодства электродного кокса„ Ири утсм исходньгй уголь на riOTov:n i и il в соотпошении 1;1 В r.-j.Djx, 3 у;-:аза1( ссч;тав всех потоfiilBjO кг в .уголаз iu:ar cocTciKuii, оез золы, содержакие зо :.6jO КГ;, влагосодержание: 16,0 кг. соит:.ога :;ние гштоков t i( р и м с р 1 i , Повторяют прШШр 10 Б с той разницей, ITO 282 кг (32.) тяже.:1ой фракции отводят в виде далевого тфодукта.Октановое чис.лс .гегкой фрак:дии 9is2j а цетановое -i. средней фракп л 43. 1аким образом, применение данного сгасоба по.яЕолт т получить легкие и средние фракции, KOTOp.ie ш-{еют октамовое и н.етановое числа, которые )ia лучше, чем з известном спо(;о6е. iipi: з.1ом о ГГАНовое число легкой лрак. yijbj а цетановое число средпси Лрзчдни 45, fFTciiJonoa ч.н.сло легкой фракг1,ии 91.,&., а цетановое число средней гЪпакиии 4),

Таблица 2

СПОСОБ ПРЕВРАВЩНИЯ УГЛЯ В ЖИДКИЕ ПРОДУКТЫ путем приготовления пасты угля с растворителем, состоящим из смеси фракции с пределом кипения 35-200 С и рециркулирующего остатка после фракционирования с температурой застывания 20С и имеющего начало кипения и конец кипения , г-идрогенизации пасты в присутствии водорода и катализатора при 350-500°С, давлении 80300 атм и последующего фракциониро. вания полученных жидких продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества фракций, являющихся моторными топливами, исходный уголь делят на два потока в соотношении 3:1-1t3, первый поток смешивают с указанным растворителем в соотношении 1:1,5-1:4, второй поток угля смешивают с растворителем имеющм интервал кипения 200-ДОО С и полученным при гидрогенизации угля, в том же соотношении с последующей раздельной гидрогенизацией обоих потоков угля в течение 10120 мин и затем или раздельным сбеззоливанием и фракционированием продуктов гидрогенизации с подачей фракции 35-200°С первого потока в качестве растворителя п дрогенизации первого потока угля, выведением фракции 35-200 С второго потока в виде целевого продукта, подачей фракции 200-400С первого потока и 16-100% фракции 200-400С второго потока в g качестве растворителя гидрогенизации второго потока угля, отводом возможного избытка фракции 200-400 0 в виде целевого продукта, подачей , . d tsasa остатка вьш1е 400°С первого и второго потоков для получения раствогителя первого потока гидрогенизации угля «nei и отводом избытка в виде целевого продукта, или совместньтм обеззолиCO ванием и фракционированием продукСД 4 |ТОВ гидрогенизации с подачей фракции 35-200С в качестве растворителя гидO3 рогенизации первого потока угля, подачей фракции 200-400°С в качестве растворителя гидрогенизации второго потока угля и подачей остатка выше в качестве растворителягидрогенизации перво17о noi ока угля с отводом избытка фракций 35-200°С и 200-400С и возможного избытка остатка BbMie в виде целевых продуктов.

(потока t)

13,0 (потока tt)

8,0

26

84,1

120,5

36

44,3

27

55,9

37

20

25

28

29

1296,077,8

1200,048,0

458,6 1133,0101,9

1060,4 263,060,6

162,5

1519,0 1296,0 1200,0

648,0 Нетто164,8 262,8 .од Тяжелая фракция полностью используется в генизации потока 1.

(потока ) 8,0 (потока 11) 8,,0

74,4

26

51,9

36

54,944,3

27 37 20 25 21 23 24 28 29

Таблица 3

ADD,О 800,,6 1200,0

428,4 282,8699,6123,5

1060,4163,060,6

123,5

90,1

257,3

637,0 62,6

38,3 25,5 62,2

38,3

25,5 1200,0

400,0 1296,0 319,0 О 162,5 качестве растворителя гидро 92,74% от веса образукицейся тяжелой фракции 7f26Z от веса образующейся тяжелой фракции.

16

19 17

Продолжение jra6Ji 3

/Непрореагировавший

Тяжелая

уголь+зола кг

г

11

13 12

11 7

1риг.1