Способ гидрирования угля Советский патент 1980 года по МПК C10G1/06 

Изобретение относится к способа сжижения угля каталитическим рированием и может быть использова но в угольной промышленности. Известны способы сжижения угля с использованием процессов гидрирования 11Д2 . Наиболее близким к изобретению является способ гидрирования.угля путем смешения последнего с затиро ным маслом с получением угольной кашицы, подачи ее под давлением на нагрев и затем на каталитическо гидрирование в присутствии водорода 3, В качестве катализатора используют кобальт, молибден, никель, железо на носителях. Гидрирование проводят при 400-450°С, давлении 70-210 атм. Полученные продукты гидрирования разделяют н газообразную и жидкую фазы. Жидкие продукты гидрирования, полученные при дистилляции жидкой фазы, масляную фракцию и кубовый о таток частично рециркулируют на смешение с угольной смесью, подаваемой на нагрев. При проведении такого способа на гидрирование попадают соединения, трудно поддающиеся гидрирова ;нию и затрудняющие проведение данного процесса. Кроме того, при подогреве поступающей на гидрирование исходной смеси и рециркулята возникают трудности из-за высокой вязкостиподаваемого сырья,а также набухаемости угля в нагревающей аппаратуре. Это приводит к необходимости перемещать угольную кашицу при -помощи сильных пульсаций, в результате используемая аппаратура сильно изнашивается. Целью изобретения является повышение эффективности способа. Поставленная цель достигается предлагаемым способом гидрирования угля путем смешения размельченного угля с затирочным маслом с получением угольной кашицы, подачи ее под давлением на нагрев и затем на каталитическое гидрирование в присутствии водорода с. последующим разделением продуктов гидрирования на газообразную и жидкую фазы, конденсации газообразной фазы при давлении, равном давлению гидрирования, и частичной рециркуляции на смешение с угольной смесью полученной

при конденсации фракции с т,кип. 200-500 0,

Предпочтительно фракцию с т.кип 200-500 с перед смешением с угольной смесью подвергают нагреву и с целью регулирования температуры гидрирования 10-30 вес.% этой фракции подают на каталитическое гидрирование.

Отличительные признаки способа заключаются в проведении конденсации газообразной фазы при давлении равном давлению гидрирования, частичной рециркуляции на смешение с угольной смесью полученной при конденсации фракции с т. кип. 200500°С, а также в предпочтительных условиях проведения процесса.

Принципиальная схема проведения способа приведена на чертеже.

Тонкоразмельченный уголь по линии 1 подают Б смеситель 2. Сюда ж по линии 3 подают затирочное масло Количество угля в полученной смеси составляет 58-60 вес,%, масла 4042 вес.1.

Смесь сжимают при помощи насоса 4 до давления около 200 бар, нагре.вают в последовательно соединенных теплообменниках 5 и б (также за счет непосредственного ввода в нее горячей углеводородной фракции) прмерно до 400°С и подают в реактор гидрирования 7, где в присутствии водорода и катализатора при средне температуре происходлт гидрирбвание угля. Водород, необходимый для реакции, подают по линии 8. Внутри реактора 7 имеется открытая с обоих концов центр.апьная труба 9 внутри которой реакционная масса движется снизу вверх по принципу эрлифта. Вне трубы поток имеет обр нОе направление, вследствие этого горячая реакционная масса из верхней части реактора постоянно поступает вниз, где интенсивно перемешивается с поступаквдей смесью угля и масла. Последняя за счет этого нагревается до начальной температуры гидрирования, равной примерно 430°С.

Головную фракцию из реактора 7 направляют в реактор 10,

Головная фракция реактора 10 представляет собой целевой продукт и состоит.из газообразных низкокипящих углеводородов, жидких углеводородов с более высокой температурой кипения и твердых веществ, таких как непрореагировавший уголь зола, частицы катализатора.

Кроме того, эта фракция содержит водород и водяной пар. Фракцию направляют в горячий сепаратор 11, в котором при температуре около . 430°С происходит разделение фаз.

В нижней части горячего сепаратора собирается жидкая фаза, содержащая твердые вещества, которую отводят по линии 12. Масло, содержащееся в этой фракции, можно использовать в качестве затирочного.

Фракцию, образующуюся в верхней части горячего сепаратора, направляют в теплообменник 6, где охлаждают примерно до 370°С, частично коденсируют и затем подвергают фазовому разделению в сепараторе 13.

В нижней части сепаратора собирается жидкая фракция с температурой выкипания 280-420°С (среднее и тяжелое масло). Часть этой фракции насосом 14 по линиям 15 и 16 подают на смешение со смесью угля и затироного масла, в результате чего посленяя разбавляется и дополнительно подогревается. Другую часть фракции можно направлять по линии 17 непосредственно в реактор 10 для обеспечения стабильного температурного режима.

Подогрев исходной смеси до температуры начала- реакции гидрировани в реакторе 7 можно ускорить, используя теплообменник 18.

Преимуществом такого дополнительного подогрева в сравнении с нагревом смеси угля с затирочным маслом является значительно меньшая склонность в этом случае угля к коксуемости.

Кроме того, в отделяющейся в сепараторе 13 жидкой фазе растворено значительное количество водорода, которое вместе с жидкой фазой вновь попадает в реактор гидрирования.

Часть жидкой фазы из сепаратора 13 по линиям 19 и 20 .подают в дистилляционную колонну 21; где разделяют на масляные фракции, отводигфге по линиям, обозначенными позицией 2

Головную фракцию из сепаратора 13 по линии 23 направляют в теплообменник 5, где охлаждают косвенным теплообменом с исходной угольной смесью угля с затирочным маслом, частично конденсируют и затем подвергают фазовому разделению в в сепараторе 24, Образующийся при этом в качестве головной фракции газ, содержащий водород, подают по линии 25 на стадию промывки под давлением маслом в аппарат 26, затем насосом 27 по линии 28 рециркулируют в систему.

Жидкий продукт с низа сепаратора содержащий среднее масло, нафту и воду, по линиям 29 и 20 направляют в дистилляционную колонну 21.

В процессе дистилляции наряду с отделением воды происходит разделение фракций на масляные фракции, которые также отводят по линиям 22. Часть продуктов дистилляции можно подавать по линии 30 в смеситель 2 в качестве затирочного масла.

Дальнейшую переработку фракций, отводимых по линиям 22, в такие продукты как бензин, мазут, осу;иествляют,в частности, путем гидрокрекинга. Важно, чтобы в указанных фракциях не содержалось примесей высококипящих компонентов С например, асфальтенов, осаждающихся на используемых катализаторах),. Такие примеси могут увлекаться головиой фракцией горячего сепаратора 11, затем попадать в жидкую фазу, отводимую из сепаратора 13 и в дистилляционную колонну 21.

Для предупреждения этого целесообразно отводимую из горячего сепаратора 11 головную фракцию подвергать тщательной очистке. Очистку проводят нетсредетвенно в горячем сепараторе 11. Для этого часть жидкой фазы сепаратора 13 по линии 31 подают на верх горячего.сепаратора 11. В результате массообмена жидкой фракции с парами, загрязненными высококипящими компонентами, в частности асфальтенами, интенсивность которого повышается за счет насадки 32, происходит так называемая ректификация, в ходе которой жидкая фаза частично испаряется, часть паров высококипящих компонентов конденсируется

Происходит вымывание асфальтенов, которые попадают в жидкую фракцию, собирагацутося в нижней части горячего сепаратора.

Таким способом можно осуществлять очистку головной фракции горячего сепаратора, а также регулировать его температурный режим, что имеет большое значение, так как в целях избежания коксования горячий сепаратор можно эффективно эксплуатировать только в узком интервале температур.

Кроме того, тепло, выделяющееся при конденсации высококипящих компонентов, возвращается в процесс.При этом, изменяя количество подаваемой по линии 31 жидкой фазы, в широких пределах вырьируют рабочую температуру, горячего сепаратора и, следовательно, условия разделения в нем.

При определенных условиях целесообразно в горячий сепаратор 11 подавать вместо жидкой фракции сепаратор 13 часть жидкой фракции с более низкой температурой кипения сепаратора 24 или смесь этих фракций,

П р и м е р. В качестве исходного сырья используют уголь, имеющий следующую характеристику: содержание летучих веществ в безводном и обеззоленном состоянии 40%, зольность 6,6%, теплотворная способность 31520 кДж/кг,

Элементарный состав угля в безводном состоянии:

83,4

Углерод 5,4

Водород

Кислород 9,0

Азот 1,5

0,99

Сера

0,52

Хлор

Фтор 0,003

Карбонат (СОл)

1,32

В смеситель 2 подают 250 т/ч мелкоразмолотого угля по линии 1, 169,4 г/ч затирочного масла по линии 30, а также 4 т/ч качестве катализатора, В результате смешения получают угольную кашицу. Последняя содержит {вес,%) 60 твердых веществ fi 40 масла, 423,4 т/ч угольной Ксшицы

5 с помощью насоса 4 доводят до давления 200 бар, нагревают в теплообменниках 5 и 6, а также непосредственным подводом горячей углеводородной фракции до температуры 400с

0 и подают в реактор 7, в котором осуществляют гидрирование угля в присутствии водорода и катализатора при средней температуре 470°С, К системе дополнительно подводят по

5 линии 8 13,6 т/ч водорода, 1 Образующуюся в верхней части реактора 7 фракцию подают в реактор 10,

Головную фракцию реактора 10 подают в горячий сепаратор 11 и разделяют ее на фазы при 450°С,

Жидкую фракцию горячего сепаратора 11 отводят по линии 12 и подают на вакуумную дистилляционную установку (не показана), Из этой установки 45 т/ч масла по линии 30 подают в смеситель 2 в качестве затирхэчного масла,

В количественном отношении

головная фракция горячего сепарато- ра И составляет 628,4 т/ч. Эту фракцию, которая наряду с углеводородами с концом кипения около содержит также водород и водяные пары, подают

в теплообменник 6, где ее в результате теплообмена с i угольной кайицей охлаждают до. , при этом происходит частичная конденсация фракции, после чего в сепараторе 13 проводят разделение ее фаз,

Жидкая фракция сепаратора 13 имеет начало кипения около 280С и конец кипения 420°С. 84,6 т/ч этой фракции с помсяцью насоса 14 по линии 15 и 160,4 т/ч по линии 16 подмешивают

к угольной кашице, благодаря чему она разжижается и нагревается.

Часть жидкой фракции сепаратора 13 можно подавать по линии 17 непосредственно в реактор 10 для

стабилизации температуры гидрирования.

Оставшееся количество жидкой фракции сепаратор 13 подают по линиям 19 и 20 в работающую при атмосферных условиях дистилляционную

колонну 21,