Способ превращения угля в жидкие продукты

8013 СОЦИАЛИС РЕСПУБЛИ 51) НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДТЕНТУ 5051/23-0406.80299706.79 с Бринк(прототип),СЛ Д в СО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(72) Беренд Ягер, Андри Корнелис Клейнян (ЮАР(56) 1. Патент США Мф 4кл, 208-8, опублик. 192, Патент СССР У 90кл. С 10 С 106, опубл(54) (57) СПОСОБ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЯ В ЖИДКИЕ ПРОДУКТЫ путем приготовле" ния пасты угля с растворителем, состоящим из смеси фракции с пределом кипения 35-200 фС и рециркулирующего остатка после фракционирования с тем пературой застывания 20 фС и имеющего начало кипения 400 С и конец кипения 600 С, гидрогенизации пасты в присутствии водорода и катализатора при 350-500 С, давлении 80- 300 атм и последующего фракциониро. вания полученных жидких продуктов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьддения качества фракций, являющихся моторными топливами, исходный уголь делят на два потока в соотношении 3:1-1:3, первый поток смешивают с указанным растворителем в соотношении 1:1,5-1:4, второй поток угля смешивают с растворителем о имеющим интервал кипения 200-400 С и полученным при гидрогенизацпи угля, в том же соотношении с последующей раздельной гпдрогенизаццей обоих потоков угля в течение 10- 120 мин и затем или раздельным абеззоливанием и фракционирояанием продуктов гидрогенизации с подачей Фракции 35-200 С первого потока в качестве расгворителя гидрогенизацпп первого потока угля, выведением фракции 35-200 С второго потока в виде целевого продукта, подачей Фракции 200-400 С первого потока и 16-100 Х Фракции 200-400 С второго потока в качестве растворителя гидрогениэации второго потока угля, отводом возможного избытка фракции 200-400 С в виде целевого продукта, подачей,. остатка вьпде 400 С первого н второго потоков для получения растворителя первого потока гидрогенизацпи угля и отводом избытка в виде целевого продукта, или совместным обеззолпванием и фракционированием продуктов гидрогенизации с подачей Фракции 35-200 С в качестве растворителя гид рогенизации первого потока угля, подачей фракции 200-400 С в качестве растворителя гидрогенизацин второго потока угля и подачей остатка выше 400 фС в качестве растворителягидрогенизации первоо по зка угля с отводом избытка фракций 35-200 С и 200-400 фС и возможного избытка остатка выше 400 С в виде целевых продуктов.113 Ь 30 Редак акаэ 10108/46 Тираж 547 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, И, Раущская наб., д. 41 113Изобретение относится к переработке угля, н частности к способупревращения угля в жидкие продукты.Известен способ превращения угляв жидкие продукты путем смешения угляс растворителем, являющимся смесью5термически стабильных гидроароматических углеводородов при повьппенномдавлении и температуре, Полученныежидкие продукты отделяют от твердойфазы и фракционируют с получениембензиновой Фракции, фракции 204538 С, идущей на производство мотораных топлив и остатка ньппе 538 С,фракцию 204-538 С необходимо допол 15нительно подвергать каталитическомукрекингу для получения моторныхтоплив 13Недостатком способа является необходимость в дополнительной обработке дистиллатов, так как они без обработки не пригодны н качестве моторных топлив.Наиболее близким к изобретениюявляется способ превращения угля вжидкие продукты путем приготовленияпасты угля с растворителем, состоящим из смеси фракции с пределом кипения 35-200 С и рециркулирующегоостатка после Фракционирования с температурой застывания 20"С и имеющегоЗОначало кипения 400 оС ч конец кипения600 оС, взятой в весовом соотношении20-80:80-20, гидрогенеэации пасты нприсутствии водорода и катализаторапри 350-500 С, давлении 80-300 атми последующего Фракциониронания полученных жидких продуктов 2 .Недостатком данного способаявляется то, что являющиеся моторными топливами Фракции должны поднерОгаться предварительному гидриронанию.перед применением в качестве топлива. Такая дополнительная обработкапривоцит к снижению окончательноговыхода высококачественного топливав результате образования легких Фракций в диапазоне кипения бензина,Но качество легких Фракций должнотакже улучшаться еще дополнительнойобработкой, например гидриронанием и 5крекингом над платиновым катализатором, чтобы они отвечали требованиямк карбюраторному топливу.Цель изобретения - повьппение качества Фракций, являющихся моторными топливами,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу превраще 430 1ния угля в жидкие продукты исходныйуголь делят на дна потока в соотношении 3;1-1."3, первый поток смешивают для получения пасты с указанным раснорителем, состоящим изсмеси фракции с пределом кипения35-200 С, и рециркулирующего остатка после Фракционирования продуктов гидрогениэации первого и второгопотоков угля с температурой застываония 20 С и имеющего начало кипения400 С и конец кипения 690 С, всоотношении 1: 1,5-1:4, второй потокугля смешивают с растворителем,имеющим интервал кипения 200-400 Си полученным при гидрогенизации угля,н том же соотношении с последующейраздельной гидрогенизацией обоихпотоков угля и катализатора при350-500 С, давлении 80-300 атм нтечение 10-,20 мин и затем или раздельным обеззолинанием и фракциониронанием продуктов гидрогенизациис подачей Фракции 35-200 С первогопотока угля н качестве растворителягидрогенизации первого потока угля,выведением фракции 35-200 С второгопотока в виде целевого продукта, подачей фракции 200-400 С первого потока ч 16-1 ООЕ фракции 200-400 С второго потока в качестве растворителягидрогенизации второго потока угля,отводом возможного избытка Фракции200-400 С н ниде целевого продукта,подачей остатка выше 400 С перногои второго потоков в качестве растворителя гидрогенизации первого потокаугля и отводом избытка н виде целевого продукта или совместным обеээолинанием и фракциониронанием продуктовгидрогенизации с подачей фракции35-200 оС н качестве растворителя гидрогениэации первого потока угля,подачей фракции 200-400 С в качестве растворителя гидрогениэации второго потока угля и подачей остаткавьппе 400 С н качестве растворителяо,гидрогепизации первого потока угля сотводом избытка фракций 35-200 С и200-400 С и возможного избытка остатока вьше 400 С н ниде целевых продуктов,На фиг, 1 я 2 представлена технологическая схема предлагаемогоспособа.офракция с пределом кипения 35-200 Сн дальнейшем называется легкой, спределом кипения 200-400 С средней,остаток после Фракционирования с темЗ 1 пердтурой застывания 20 С и имеющий начало кипения 400 С и конец кипения 600 С - тяжелой фракцией, первый поток (1)р второй (11).Согласно Фиг. 1 исходный уголь, подаваемый по линии 1, делят ка два потока 1 и 11 в соотношении 3:1-1:3. Каждый поток подают на последовательно проводю 1 ые стадии приготовления 2. пасты угля в соответствующем растворителе, гидрогениэации 3 пасты при 350-500 С и давлении 80-300 атм в присутствии водорода и катализатора, фракционирования 4 жидких продуктов стадии гидрогенизации 3, Кроме того, в случае потока 1 продукты гидрогенизации подвергают предварительному разделению на жидкие и газообразные продукты и твердые вещества (зола и коксовый остаток) проводимому на стадии 5 обеэзолцвания.На стадии фракционироваиия 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 вгще целевого продукта. Получаемую на стадии Фракционирования 4 среднюю фракцию отводят по линии 8 и подают по линии 9 на стадию 2 приготовления пасты из потока 11 р а избыток средней Фракции по линии 10 отводят в виде целевого продукта.Остаток после фракционирования по линии 11 рециркулируют на приготовление 2 пасты угля потока з. а избыток в виде целевого продукта отводят по линии 12 (его можно применять, например, для производства электродного кокса).Получаемые нд стадии Фракционирования 4 потока ь побочные продукты (сероводород, двуокись углерода и аммиак, удаляемые промывкой, непрореагировавший водород, который рецир кулируют в процесс, а также моно- окись углерода ц углеводородные газы С - С , которые подвергают рифор" мингу до водорода, поцдваемого на гидрогениэдццзо 3), отводят по линии 13. Твердые вещества (коксовый остаток, зола) удаляют на стадии 5 ц отводят по линии 14, Здесь речь идет о твердых веществах обоих пстоков з. и 1.На стадии фракционированил 4 потока 11 также получазст легкую Фракцию, которую в взще целевого продукта от 135430 4 водят по линии 15, 16-100/ получаемой на стадии фракционирования 4 потока 11 средней фракции подают полинии 16 на приготовление 2 пастыугля потока 11 р а возможный избыток5средней Фракциз в виде целевого продукта отводят по линии 17.Остаток после фракционированця 4потока 11 по линии 18 подают наприготовление 2 пасты угля потока 1.На стадии Фракционироваиия 4 потока 11 также получаются побочныепродукты, которые отводят по линии19 и обрабатывают или перерабатываюттем же образом, что и побочньзе продукты потока 1, отводимые по линии 13.Согласно фиг. 2 исходный угол,пОДдвдемый по линии 1 р также ДелЯтид Два:потока 1 и 1 Тр кажДый из которых обрабатывают и перердбдтывдют20те)1 жс Об,)аз Олр что ц ПО гок 11 г 1 г гззо Фиг, 1. Вариант по фиг, 2 Отличается тем, что процукты гидрогеннздциц обо 1 ог потоков подвергают совместному Обеззоливдиию 11 фг)дкцио 11 и 25роваиию,Удаляемые на стадии Обезэолзизиил твердые вещества отводят по линии 20. Углерод, содерждшзи 1 с)1 и этомостатке, подвергают Газификации иг 1 реврдшают в водород.Если необз.одилзо получать тяжелыйостаток, не содержащий коксд и зоззы,то жидкий продукт со стддиц 5 полинни 21 подают иа перегонку 22,35 где отгоняют легко перегоняемые компоненты, которые подают ид Ардкционироваиие 4, д тяжелый Остдз Окотводят по линии 23,Головные нроцукты перегонки 220 подают г)о линии 24 иа фрдкционцровдние 4. Продукты со стадии 5 можнотаКжа НЕПОСРЕДСТИЕИИО ПОП:ВДТЬ НДФрдкциоицропдние 4 зи) 11.П 1 П 1 25) минул прц этОм стддилз 22,45 Чдс Гь прод ктон 1цззооГеицздц 1 П 13 можно подавать ио линиям 26 ц 27непосредственно 1)а фракцнониро)заипе 4.Тяжелая фрдкцилр получаемая идстадии 22, Обыр 1 о прзмеияется в50 качестве с 1.рьл для про 11 всде- .д элс)- т 1) ОД 11 0 го к О 1. с д, Н д и б О з е е 11 р и Г о; П 1 ойДлл этого 11 взз)1 е".сл т 1 жез 11)л ,:Рдкдиирполучаемая цэ продуктов гидроген 11: зциц 3 потока 1. Остаток, голучдемый55 при переработке потокд 11 р по качеству уступает остатку, получаемомупрц иерердботкс Потока 1, В связиэтим пропускаемый через стад;111 5 и22 материал в основном отбираетсяиз продуктов гидрогенизации 3 потока 1, При этом почти нсе количествопродуктов гидрогенизации 3 потока 11подают по линии 27 непосредственно 5на фракционирование 4.В результате фракционирования продуктов гидрогенизации 3, подаваемыхпо линиям 24 - 27 на стадию 4,получают следующие потоки:поток 28, поток средней фракции,который в качестве растворителягидрогениэации потока 11 подают настадию 2 приготовления пасты угля,поток 29, поток легкой Фракции,который в качестве растворителя гицрогенизации потока 1 подают на стадию2 приготовления пасты угля;поток 30, поток тяжелой фракции,который в качестве растворителя гид Орогениэяции потока 1 подают на стадию2 приготовления пасты угляпоток 31, поток средней фракции,отводимый в виде целевого продукта;поток 32, легкая Фракция, котораяв виде целевого продукта отбираетсясо стадии фракционирования 4,поток 33, тяжелая фракция, которуюможно отводить в ниде целевого продукта," 30поток 34, С, - С - углеводородныегазы и прочие газы, которые можноперерабатывать н водород, рециркулируемьй в прсцесс.Даже если тяжелую фракцию не отводят н виде целевого продукта, тонсе-тяки должно отделяться определенное количество твердых лещестн настадии 5 с тем, чтобы предотвратить накопление твердых веществ в 1 Осистеме. В таком случае отделениетвердых веществ не должно пронодчться очень тщательно.Если количество тяжелой Фракции,получаемой на стадии 4 и рециркули- ,15руемой по линии 30, является недостаточным, то недостающее количествоможно пополнять тяжелой Фракцией,отводимой со стадии 22 и подяняемойпо линии 35.50П р и м е р 1. 200 кг промытогоугля крупностью зерен0,1 ммпропитывают раствором иолибдатааммония и затем делят на дна пото"ка н соотношении 1:1 по Фиг, 1. При уменяют уголь следующего состава,7.углерод 69, 11 водород 45 азот 1,0,сера 0,4; кислород 9,8 зола 12,0 и влага 3,2 - при содержании летучих компонентов 37,6%.После сушки оба потока угля содержат З,Р нес.% трехокиси молибдена, Обя потока угля подают на приготовление пасты н соответствующих растворителях гидрогенизации. При этом н обоих случаях растнорители и уголь (нключая золу и влагу) берут н соотношении 3,0:1, Оба потока угля подвергают гидрогенизации при 450 Г и давлении 200 атм н присутствии водорода в течение 75 мин. Парциальное давление водорода не являетсч критическим внутри реакторов и снижается от входа до выхода реактора. В потоке 1 окончательное пярцияльное давление водорода обычно ниже давления в потоке 11.Для приготовления пасты угля применяются следующие растворители:поток 1поток 1132% легкой фрак% средней фракции 35-200 Г ции 200-400 С из из потока 1 потока 154% тяжелой Арак% средней Аракции 400-600 С ции 200-400 С иэ из потока 1 потока 1113% тяжелой фракции 400-600 ОГиэ потокаДальнейшяя обработка обоих потоков дает следующие результаты. В результате Аракциониронания потока 11 получают следующие продукты. 14 кг воды, двуокиси углерода и моноокиси углерода, 11 кг углеводородного газа С - С , 53 кг легкой Аракции, 36 кг средней фракции и 41 кг остатка. Кроме того, получают еще 3 кг непрореагироняншего угля и 12 кг золы, Все количестьо остатка подают на приготовление ласты угля. Общее количество средней фракции, рециркулируемой со стадии Фракционирования ня приготовление пасты угля потока 11, 29 кг (86%).В результате Арякциониронания продуктов потока 5 получают следующие продукты: 13 кг воды двуокиси углерода и моноокиси углерода, 19 кг углеводородного газа Г," С , 7 кг легкой фракции, 16 кг остатка и 71 кг средней Фракции, которую рециркулируют на приготовление пасты угля7 113543 О потока 1, Кроме того, со стадии 5В отводят 7 кг непрореагировавшего и угля и 24 кг золы. пСо стадии фракционирования про- У дуктов потока 1 на приготовление пас у ти угля потока 1 рециркулируют все- г го 100 кг легкой Фракции и 159 кг с тяжелой Фракции.Иэ 200 кг угля получают всего ц 27 кг воды, моноокиси углерода и 10 п двуокиси углерода, 30 кг газа С, - С Ь 60 кг легкой фракции, 36 кг средней с фракции, 16 кг тяжелой фракции, 7 кг кокса, 24 кг эолы.сКоксовый остаток гаэифицируют в 15 а водород. Кроме того, углеводородные л газы .и окись углерода также пере- л водят в водород путем риформинга.Отводимая в виде целевого про- Ц дукта легкая Фракция имеет октано н все число 91,6 и характеризуется сле- П дующим качеством; кислотность д 0,1 мг КОН/", 0,01% серы; 15,47. пара- и финовых углеводородов; 34,5 Х нафо теновых углеводородов, 50, 17 арома 1 тических углеводородов. Ц 1Отводимая в виде целевого продук- к та средняя фракция иэ потока 1 имеет цетановое число 41. Но качество цт этой средней фракции уступает ка- ЗО п честву средней фракции, получаемой ф в виде целевого продукта из пото- . н ка 11, о чем свидетельствует сравнение данных,7, по потокам: с 88,9 8,6400,6 1,8 О,О 21,9 0,2 3,4.О 1 11 З 5 фенолы 12,5 1,2П р и м е р 2. Повторяют пример 1 с той разницей, что в качестве целевого продукта не отводят тяжелую 0 фракцию, а только моторное топливо.При этом на приготовление пасты угля потока 1 подают 162 кг угля, а потока 11 - 100 кг угля. Приготовление паст угля обоих потоков 55 осуществляют с применением тех же циркулирующих растворителей в том же количестве, что и в примере 1. результате переработки потоков 111 иэ системы отводят следующиеродукты, Х от веса сухого исходногогля, без учета золы: вод, окисьглерода и двуокись углерода; 13,2,азы Г - Г 18,4, легкая фракция 28,5,редняя фракция 35,9, кокс 4,1.Получаемые легкая и средняя фракии имеют то же качество, что и вримере 1 (октановое число легкоракции 91,7, а цетановое числоредней фракции 42-45).П р и м е р 3. Используют угольостава,Х: углерод 56,6 водород 3,8эот 1, 1; сера 2,9, кислород 9,7, зо"а 23, 1; и влага 2,8 при содержанииетучих компонентов 30,5 Е,Повторяют пример 2 с той разиней, что процесс проводят прн соотошении угля и растворителя 1:4.ри этом из системы отводят слеующие продукты, Е от веса сухогосходного угля, без учета золы,водакнсь углерода и двуокись углерода2,1; газы С - Г 17,2, легкая Аракя 27, 1 средняя фракция 34,6окс 9.Получаемые легкая и средняя фракьи имеют то же качество, что и вримере 1 (октановое число легкойракции 91,5, а цетановое число средей Фракции 42-45).П р и м е р 4, Повторяют пример 1той разницей, что процесс проводятпри соотношении угля и растворителя1: 1,5. При этом из системы отводятследующие продукты,от веса сухого исходного угля, без учета золы:вода, окись углерода и двуокись углерода 13,5; газы С- Гь 17,9легкая фракция 27,6; средняя Фракция35,4; кокс 5,6.Получаемые легкая и средняя Йрак. Юции имеют то же качество, что и впримере 1 (октаноное число легкойфракции 91,8, а цетаноное число средней Фракции 44-46).П р и и е р 5. Повторяют пример 1с укаэанными в табл. 1 показателями и результатами. Отводимая в ниде целевого продукта легкая фракция имеет следующую характеристику: октановое число 91,5 - 91,8; кислотность 0,08- О,1 мг КОН/г; 0,006 - 0,012 сера 15,1 - 15,П парафнновые углеводороды, 34,0 - 34,87 нафтеноные углеводороды и 50, 2 - 50, ЯТ ало. ятпчес сие303,Р В БИДсредние тоэакццарак теристику це"сФ 63.3 6 - 89,5,ЗХ Ьенолы,Понто 3 яо пример 1 углеводороды, а о целевого Б,3 одукта имеот следующуто х т"т. ВОР ЧЦзт Л углеот , т 5,2 "- 9, ;: 0; азот 00О,б;, ктлс;оровПц;етт г- г,р, " 1"; т; тр 3 т: 3 др Од.,ох г;.;. , в: ;:;о тс сОС;. .: , ОБВ 3 Ет.Г 3:, КГ ЗОЛЫ рп; ;т; 99 а т:;.Бсвтт,. т,С 35 О 5Е лС Ой Р. НИЦРйЧто РРБКЦБС7 РР Е.Из Ци тр ттоод 5пр 3 50ри этто 1 ОИЗ 20. КГ уГ 3 я 3 ОЛГ 5 СОт БетО 28 КГБОДЬОКС.И И ДВУОКИСИ ";тГ 33 ЗРОДа.,:О:ГО; Ц .ОЯ 0 ЯОт,т О .С 1 а;.ППС ЙЪт, т,т .-.т.т,О;т ; 5 О,Ч Г ,3 т П р и и е р 9. Повторяют пример 8той разницей, что гидроге",зациюпрото 3 ят при давлении 300 атм в течение 20 мцн, При этом выход легкойФракции, имеющей октановое ттисло 92,по 3 яют до 75 кг при снижениВыхода средней Фракции до 5 кг, имеюПссй цЕтяНОБОЕ ЧИСЛО т 6.Пример О,Л, Повторяют пример 1 с той раз:.,3 ей что процесс проводят в соответствии с технологической схемой поФиг. 2. При этом исходный угольделят ня потоки 1 и 11 в соотноении 1,62:1 и гидрогенцзацию проводят Б течение 70 мин.3 а ис люченем газов, которыесразу ке подают на фракционированиеБсе потоки продуктов 5 одяют наСталО ОбЕЗЗОтпивяпия 5. Я таган, 2указан состав Всех потоков (уОльсего: 901,3 кг, Б сухом состоянии,без золы, с 3 держанце золы; 125,8 кг,гт 3 агосо;еткяце: 21, 0 кг, сооттоеце потоков 1т 5 = 1,62 ; 1).П. Опо;т .3 овторяют с .Ой целью-.тобы получить ц выход тяжело 3 фракЦИИ Б К:тте:ТВР ЦСЛЕБО С ПРОДУКтарья д,.;,розводс" еа элект;ОДНОГОт".СКС"1 И ЭТО". тХОДИтт УГОЛЬ,Е 3 ЯТНя .От 3 Г 1 ц 1. В ООТПОЕПИП г 53, Зл у; 3 за состав всех Бото уГОЛ С"ЕГО: 38 т,0 КГ В СУХОМСОСТ: .П , ОЕЗ ЗОЛЫ- т ОтЕ 7 аИЕ ЗО96кглагосодержалие: 16, 0 кг,СООТ:,ОГ НИЕ ПОТОКОВ 1;= ,1).р и м е р " Повторяют пример,32, ,.3 ТЯтс 33 О фракЦии ОтВОдят ВБ 3 де цапово с, продукта, Окттановое чис.С .,ЕГК 3." рятц 3 912 а ЦЕтяОБОЕ: .Ранс:. фракции которт.е имеют ок.: ЯНС БОБЦЕТЯНОБОР т 5 СЛЯКОТОРЫЕта 5- 8. 3 У-НЧЕ ЧРМ Б ИЗВЕСТНОМ СПОс Об с.,гц этом Октановое число легкой,ря 3; 91 6 я;,ета 3 авое число сред.ЕИ тР 5 ЦИИ-т, О ОЕ тС 33 ЛР КОЦ фРаКЦИИ 9. о я цетянОБОе пссО средеи тОаткп, 4,1135430 Таблица 1 ФТ Продукты процессй, Х от веса сухого угля без учета золы 1 Соотно- щение потоков21 Н,О+СО,Газы Остаток Фракция Легкая Средняя рециркулируемое ко"личеств видецелевого продукта во 19,5 13,0 18,8 13,1 18,4 13,2 100 16 3:1 100 211 25 100 1,62:1 1,5:1 35 98,6 18,2 13,2 44 908 17 4 133 9,2 80 83 1 16 5 13 4 16;9 1:1,51:83 77,9 16,0 13,5 22,1 100 Т а блица 2 Фракции, кг ГазыСвкг Н 2 О, СО,СО , кг Позиции1135430 Продолжение табл. 2 фракции кг озициина фиг.2 Тяжелая Легкая Средняя 1296,0 319,0 262,8 Неттовьгк од Оф 162,5 139,0 164,8 262,8+ Тяжелая фракция полностью используется в качестве растворителя гидрогенизации потока 1. Таблица 3 Фракции, кг Газы Легкая Средняя Тяжелая кг 800,0+ 108,6 282,8 699,6 1235 60,6 2168 1060,4 163,0 123,5 637,0 62,6 62,2 Н,О, СО СО, кг Позиции Н,О, СО на фиг.2) СО , кг35430 эПродолжение табл. 3 Фра озиции Тяаел редня 60)6 О,0 43,45,106,8 1 62)бф 23) 14 245,2+92)743 от веса образующейся тяжелой фракцииф 7)263 от веса образующейся тяиелой фракци Дие.7 1