DE2812865A1

DE2812865A1 - Verfahren zum abtrennen von feststoffen von kohlenfluessigkeiten mit einem zusatzgemisch

Info

Publication number: DE2812865A1
Application number: DE19782812865
Authority: DE
Inventors: Norman L Carr; Edgar L Mcginnis
Original assignee: Gulf Research and Development Co
Current assignee: Gulf Research and Development Co
Priority date: 1977-04-04
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-10-05
Also published as: IN147502B; CA1098851A; AU3333678A; NL7802382A; JPS53125401A; SU745369A3; DD136395A5; PL111205B1; FR2386598A1; GB1595033A; PL205784A1; US4124485A; AU510346B2; BR7801988A

Description

GULF RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A.

Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen von Kohlenflüssigkeiten mit einem Zusatzgemisch

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Asche von aus Kohle gewonnenen Flüssigkeiten (nachstehend als "Kohlenflüssigkeiten" bezeichnet).

Es sind mehrere Lösungsmethoden bekannt, mit deren Hilfe sowohl flüssige als auch feste Kohlenwasserstoffe aus Kohle gewonnen werden. Eine dieser bekannten Methoden ist der "Solvent Refined Coal"-Prozeß (SRC-Prozeß). Dieses Verfahren ist in mehreren Patentschriften (z.B. in der US-PS 3 892 654) beschrieben. Der SRC-Prozeß ist ein Lösungsverfahren, mit dessen Hilfe ein von Asche befreiter fester und flüssiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff aus Kohle gewonnen wird. Bei der Durchführung des Verfahrens wird

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zerkleinerte rohe Kohle in einer ersten Zone bei hoher Temperatur und hohem Druck mit einem hydroaromatische Verbindungen enthaltenden lösungsmittel unter Kontakt mit Wasserstoff oder Kohlenmonoxid und Wasser aufgeschlämmt» wobei einKohlenwasserstoff-Brennstoff aus denKohlenmineralen durch Übertragung von Wasserstoff von den im hydroaromatischen Lösungsmittel enthaltenen Verbindungen zu dem in der Kohle enthaltenen Kohlenwasserstoffmaterial herausgelöst wird. Das Lösungsmittel wird dann in einer zweiten Zone zwecks Ausgleich des in der ersten Zone erlittenen Wasserstoffverlusts des Lösungsmittels mit Wasserstoff oder Kohlenmonoxid und Wasser versetzt. Das mit Wasserstoff angereicherte Lösungsmittel wird dann zurückgeführt. Die gelösten Flüssigkeiten enthalten suspendierte Teilchen von Asche oder Asche und ungelösten Kohlenwasserstoffen. Die suspendierten Teilchen sind sehr klein (einige weisen Submikrongröße auf) und lassen sich daher nur sehr schwer von den gelösten Kohlenflüssigkeiten abtrennen. Obwohl bereits verschiedentlich versucht wurde» diese Teilchen zu agglomerieren, um den Grad ihrer Abtrennung zu erhöhen, hat sich keines der bekannten Verfahren zur Entfernung von Peststoffen aus verflüssigter Kohle als völlig zufriedenstellend erwiesen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dessen Hilfe das flüssige Produkt eines Kohlelösungsprozesses (wie des SRC-Prozesses), welches suspendierte oder dispergierte aschenhaltige Feststoffe enthält, mit einem Zusatzstoff behandelt wird, durch welchen die Feststoffe agglomeriert oder auf sonstige Weise derart beeinflußt werden, daß sie anschließend mit höherer Geschwindigkeit als gemäß dem Stand der Technik von der Kohlenflüssigkeit abgetrennt werden können. Die behandelten Kohlenflüssigkeiten können einer beliebigen herkömmlichen Fest/Flüssig-Trennmethode, wie der Filtration, dem Absitzenlassen bzw» der Sedimentation, der Hydrozyklontrennung (hydrocloning) oder Zentrifugierung, unterworfen werden. Bei der Sedimentationsmethode werden die

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erfindungsgemäß behandelten Kohlenflüssigkeiten von ihrem Peststoffgehalt befreit κ ohne daß eine anschließende Arbeitsstufe erfolgt. Aufgrund der raschen Abtrennbarkeit von Feststoffen durch Filtration wird die Erfindung nachstehend am Beispiel der Filtrationsmethode zur Feststoffabtrennung erläutert .

Es hat sich gezeigt} daß eine Zusammensetzung? die Alkohol und Kohlenflüssigkeiten enthält, in welchen Feststoffteilchen aus Asche oder Asche und ungelösten Kohlenwasserstoffen stispen=- diert oder dispergiert sindρ für eine Feststoffabtrennung wesentlich besser geeignet als eine keinen Alkohol enthaltende Kohlenflüssigkeit ist» Als Alkohole eignen sich primäre, sekundäre oder tertiäre Alkohole« Man kann aliphatisehe Alkohole mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen verwenden« Alkohole mit längeren aliphatischen Ketten können ebenfalls wirksam sein» sind jedoch kostspieliger und führen zu einer unnötigen Erhöhung der Verfahrenskosten„ Beispiele für besonders gut geeignete Alkohole sind Isopropanol_s n-Butanol, sek.-Butanol und tert„-Butanole Man kann einen oder mehrere Alkohole verwenden. Der Alkohol kann in der Kohlenflüssigkeit in einem Anteil von O₅05 bis 15 Gew„~$ enthalten sein. Alkoholkonzentrationen von Op1 bis 10 GeW₀-^₉ insbesondere von 0»5 oder 1 bis 6 Gew„-$s> werden bevorzugt«

Der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Alkohol hat keine wesentliche Funktion als Wasserstoffdonator oder Kohlenlöser. Butanol wird ζ »Bo erfindungsgemäß als Alkohol bevorzugt, stellt jedoch bezüglich der Kohlenlösung oder -solvatisierung keinen wirksamen Alkohol dar» Im erfindunga-= gemäßen Verfahren wird der Alkohol nach Beendigung der Kohlenlösungsstufe .(d„h. nachdem mindestens etwa 85 oder 90 Gew.-% der Kohle gelöst wurden) in den Kohlenverflüssigungsprozeß eingeführte Es ist nicht notwendig!, Alkohol bis nach Beendigung der Kohlenlösungs= und lösungsmittelhydrie-

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rungsstufe einzuführen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren verursacht der Alkohol ferner keine spürbare Erhöhung des Wasserstoff /Kohlenstoff -Verhältnisses der Kohlenflüssigkeit. Somit wird die Hauptmenge des Alkohols im erfindungsgemässen Verfahren nicht verbraucht, und es erfolgt auch keine wesentliche Umwandlung in andere Substanzen (wie Ketone) durch Wasserstoffübertragung. Um zu verhindern, daß der Alkohol als Wasserstoffdonator fungiert, enthält die Kohlenflüssigkeit, welcher der Alkohol zugesetzt wird, einen beträchtlichen Anteil von vorher zugesetzten, anderen Wasserst offdonatoren, z.B. mindestens 2, 3 oder 5 Gew.-^ an Hydroaromaten (wie Tetralin oder dessen Homologen). Durch das vorhandene hydroaromatische Material wird der Alkohol zurückgehalten, so daß sein Hauptanteil ohne hydrierende Behandlung (hydrotreatment) zurückgeführt werden kann. Da der Zweck des Alkohols spezifisch in der Feststoffabtrennung besteht, ist keine vorangehende Abtrennung von Eeststoffen aus der Kohle erforderlich. Der Alkohol kann einer Kohlenflüssigkeit zugesetzt werden, die im allgemeinen mindestens 3 oder 4 G-ew.-ji Asche enthält. Der Alkohol erfordert für die Erfüllung seiner !Funktion keinerlei weiteren Zusatzstoff (wie eine Base), wie es zur Erhöhung seiner Wirkung angebracht wäre, wenn er ale Wasserstoffdonator vorgesehen wäre, ferner entfaltet der Alkohol erfindungsgemäß seine Wirkung in der flüssigen Phase, weshalb er bei einer unterhalb seiner kritischen Temperatur liegenden Temperatur zur Peststoff/Plüssigkeits-Auftrennung eingesetzt werden kann.

Die Temperatur der Kohlenflüssigkeit soll vor der Alkoholzugabe bei höheren Werten, im allgemeinen im Bereich von etwa 38 bis 371⁰C (etwa 100 bis 700⁰F), vorzugsweise von etwa 66 bis 316⁰O (etwa 150 bis 600⁰P), insbesondere von etwa 204 bis 288⁰G (etwa 400 bis 550⁰F) liegen. Nach der

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Alkoholzugabe soll man das Kohlengemisch durchmischenρ um eine homogene Zusammensetzung innerhalb der flüssigen Phase zu bilden. Nach der Alkoholzugabe und vor der Feststoffabtrennung kann man die Kohlenlösung bei der Mischtemperatur stehen lassen* wobei die Standzeit im allgemeinen 30 Sekunden bis 3 Stunden? vorzugsweise 1 Minute bis 1 Stunde» insbesondere 2 oder 5 Minuten bis 30 Minuten^ beträgt„

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß ein zusätzlicher günstiger Effekt erzielt werden kann? wenn der Alkoholzusatz im Gemisch mit einem Leichtöl vorliegt» Das Leichtöl kann eine praktisch aschenfreie ρ leichte Kohlenflüssigkeitsfraktion sein* aus der die Feststoffe durch Abfiltrieren oder andere Methoden entfernt wurden? beispielsweise eine Leichtölfraktion (process light oil fraction), deren Siedebereich den Alkohol einschließt. Man kann das Gemisch als einzelne Fraktion aus dem Verfahren gewinnen oder das Leichtöl und den Alkohol getrennt vom Verfahren abziehen und anschließend in einem beliebigen gewünschten Verhältnis mischen. Ein Gemisch aus einem Alkohol md einer praktisch feststofffreien leichten Kohlenflüssigkeitafraktion ist selbst neu» Wie nachstehend gezeigt wird ρ wirkt sich ein Alkohol/Öl-Gemisch auf die Abtrennung der Feststoffe von einer Kohlenflüssigkeit günstiger als ein Alkohol allein aus. Während der durch die alleinige Zugabe des Alkohols erzielte Vorteil vermindert wird? wenn die zugesetzte Alkohol= menge einen kritischen Wert überschreitet ρ wurde erfindungsgemäß festgestellt? daß durch Verwendung eines Gemisches aus Alkohol und Leichtöl erhöhte ülkoholmengen mit Vorteil eingesetzt werden können. Diese Feststellung hat wirtschaftliche Bedeutung!) da mit ihrer Hilfe die Kosten einer Abdestillation der Gesamtheit oder eines Teils des Alkohols vom öl (process oil) vor der Rückführung vermieden werden können. Da der Alkohol zurückgeführt wird? brauchen ferner nur sehr geringe zusätzliche V'^rfahrenskostan aufgrund des Einsatzes

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einer erhöhten Alkoholmenge aufgewendet zu werden. Wie nachstehend näher erläutert wird, hat das in den Kohlenflüssigkeiten enthaltene Phenol einen nachteiligen Einfluß auf die Peststoffabtrennung, da es anscheinend als Dispergiermittel wirkt. Damit eine Rückführung des Phenols vermieden wird, sollte die leichtölfraktion unterhalb des Siedepunkts von Phenol, der 181⁰C (358⁰P) beträgt, sieden. Man kann z.B. eine Kohlenflüssigkeitsfraktion mit einem Siedepunkt von höchstens etwa 179°C (355⁰P) verwenden. Der Siedebereich der Kohlenflüssigkeitsfraktion braucht den Siedebereich des Kreislauf-Verfahrenslösungsmittels nicht zu überlappen. Die obere Temperaturgrenze gilt nicht, wenn das leichtöl keine Kohlenflüssigkeit darstellt und somit keine Phenole enthält. Wenn das leichtöl beispielsweise eine Erdölfraktion ist, kann man ein leichtes, mittleres oder schweres Naphtha, das nicht höher als bei 260⁰C (500⁰P) siedet, verwenden. Der Alkoholgehalt der leichtölfraktion kann generell etwa 1 bis 75 Gew.-^ betragen und macht vorzugsweise etwa 10 bis 25 Gew. -<fo aus. Der der feststoff haltigen Kohlenflüssigkeit einverleibte Anteil der feststofffreien Alkohol/leichtöl-Mischung kann generell etwa 1 bis 50 Gew.-$ betragen und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis 15 Gew.-$, insbesondere etwa 2 bis 5 Gew.-^.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Alkohol zu einer heißen, ungefilterten Aufschlämmung von gelöster Kohle gegeben und das erhaltene Gemisch wird gerührt und stehen bzw. altern gelassen. Dann gießt man das Gemisch durch einen Pilter, welcher mit einer Diatomeenerde-Vorbeschichtung versehen wurde. Dann fraktioniert man das alkoholhaltige Piltrat, um eine niedrigsiedende Praktion, die mindestens einen- Teil des Alkohols enthält, zu gewinnen. Diese Praktion wird dann zurückgeführt und zusammen mit gegebenenfalls zur Ergänzung erforderlichem Alkohol mit der PiIterbeSchickung vermischt.

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Zur Veranschaulichung der Erfindung wurden Filtrationstests durchgeführt. Die Resultate wurden nach der folgenden bekannten Filtrationsgleichung interpretiert:

- = kW + C

In der obigen Gleichung bedeuten:
T die Filtrationszeit in Min.,

W das Gewicht des während der Zeit T gewonnenen Filtrats in g,

k den Filterkuchen-Widerstandsparameter in Min./g ,

C den Vorbeschichtungs-Widerstandsparameter in Min./g und

— die reziproke Geschwindigkeit (Geschwindigkeit ™ ).

Bei den nachstehend erläuterten Filtrationstests wurde der Anteil des gewonnenen Filtrats W automatisch als Funktion der Zeit T registriert. W und T stellen die bei den Tests erzielten grundlegenden Daten dar. Obwohl die nachstehenden Variablen gemessen wurden, wurden sie zur Erzielung von Vergleichsmessungen konstant bei bestimmten, gewünschten Werten gehalten: Temperatur, Druckabfall durch das Filter, Art und Methode zur Applikation der Vorbeschichtung (precoat), Dicke der Vorbeschichtung und Querschnittsfläche des Filters.

Die erhaltenen Werte von W gegen T wurden gemäß obiger Gleichung in der aus der beigefügten Zeichnung ersichtlichen Weise ausgewertet. Die Zeichnung beruht auf Beispiel 8 und zeigt vier Kurven, die jeweils eine gesonderte Filtration darstellen. Auf der Abszisse ist W und auf der Ordinate der Quotient T/W (d.h. die reziproke Filtrationsgeschwindigkeit) aufgetragen. Die Neigung der Kurven entspricht jeweils

.BlJ HH AU/089 9

Ίο-

dem Wert k_f während der Schnittpunkt der Kurven mit der Ordinate jeweils den Wert für C wiedergibt.

Bei der Analyse der Kurven ist der Parameter C jeweils hauptsächlich ein Charakteristikum der Vorbeschichtung, da er den reziproken Wert der Filtriergeschwindigkeit zu Beginn des Tests vor der Ablagerung einer nennenswerten Menge an Filterkuchen auf der Vorbeschichtung darstellt. Andererseits ist die Neigung k ein Parameter des während der Filtration auf der Vorbeschichtung abgelagerten Filterkuchens und daher repräsentativ für die Filtration selbst (unter Ausschluß des Einflusses der Vorbeschichtung). Eine relativ geringe Neigung (niedriger Wert für k) entspricht einem vorteilhaft geringen Widerstand des Filterkuchens gegenüber der Filtration; anders ausgedrückt, gibt eine Verringerung von k eine Erhöhung der herrschenden Filtrationsgeschwindigkeit wieder. Die Zeichnung zeigt, daß die oberste Kurve die größte Neigung (den höchsten Wert für k) und die unterste Kurve die geringste Neigung (den niedrigsten Wert für k) aufweisen. Ferner geht aus der Zeichnung hervor, daß bei der oberen Kurve nach einer Filtrierzeit von 1 Minute eine geringere Filtratmenge als bei der unteren Kurve erhalten wird. Anders ausgedrückt, obwohl jede Kurve am Ende eine geringere Filtrationsgeschwindigkeit (d.h. einen höheren Wert für Geschwindigkeit ~ ) als am Testbeginn anzeigt, geht aus einer geringen Kurvenneigung hervor, daß die Filtrationsgeschwindigkeit während des Tests nicht stark abgesunken ist.

Die Filtriertests werden ohne Lösungsmittelwäsche des Filterkuchens durchgeführt. Da eine Lösungsmittelwäsche die Art des Filterkuchens verändern soll, würde sie auch den k-Wert ändern. Zahlreiche technische Filter gehören dem kontinuierlich rotierenden Typ an, wobei Filtrationszyklen einer Dauer von höchstens etwa 1 Minute kontinuierlich mit Waschzyklen abwechseln, bei welchen ein Waschlösungsmittel

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durch den Filterkuchen zum Herauewaschen der absorbierten Kohlenflüssigkeit gespritzt wird. Alle angegebenen Filtriergeschwindigkeiten bei den nachstehend erläuterten Tests geben daher den Filtriervorgang während der ersten Minute der Filtration wieder.

Bei der Durchführung der Filtrationstests der nachstehenden Beispiele wurde ein innerhalb des Filterelements angeordnetes Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 163 μπι (90 mesh) bis zu einer Tiefe von 1,27 cm (0,5 in.) mit Diatomeenerde vorbeschichtet. Das Filterelement besaß einen Innendurchmesser von 1,9 cm und eine Höhe von 3» 5 cm

2 und stellte eine Oberfläche von 2,84 cm zur Verfugung. Das Sieb wurde zur Verhinderung einer Verformung durch einen standfesten Rost unterstützt. Zur Vo rbe schichtung wurde eine 5 gewichtsprozentige Suspension des Dicalite-Vorbeschichtungsmaterials in leichtöl (process light oil) mit Hilfe von Stickstoff bei einem Druck von 2,7 58 bar (40 psi) aufgedrückt. Die Vorbeschichtung wurde bei einer Temperatur nahe jener des anschließenden Filtriervorgangs durchgeführt. Das erhaltene poröse Bett des Vorbeschichtungsmaterials wog etwa 1,2 g. Nach der Ablagerung des Vorbeschichtungsmaterials wurde zur Entfernung von leichtölspuren Stickstoff etwa 1 bis 2 Sekunden bei einem Druck von etwa 0,34 bar (5 psi) durch den Filter geblasen. Das Leichtöl strömte in einen auf eine automatische Waage gestellten Behälter. Das Leichtöl wurde gewogen, um die Ablagerung der erforderlichen Menge an Vorbeschichtungsmaterial zu gewährleisten. Anschließend wurde das Leichtöl verworfen. Die Waage wurde an ein Registriergerät angeschlossen, das für die spätere kontinuierliche (in Abständen von 5 Sekunden erfolgende) gedruckte Anzeige des als Funktion der Zeit gesammelten Filtrats vorgesehen war.

Eine 750 g-Probe von unfiltriertem öl ohne jeglichen Zusatz

η π ü ■.-; u ü / υ B 3 9

wurde dann in einen als Sammelbehälter fungierenden, getrennten Autoklaven eingespeist. Das ungefilterte Öl wurde bei einer Temperatur von 38 bis 54⁰C (100 bis 130⁰F) gehalten und kontinuierlich gerührt. Das Rühren erfolgte mit Hilfe von zwei 5 cm-Turbinen bei einer Achsendrehzahl von 2000 TJpm. Die Filtration wurde begonnen, indem an den Autoklaven ein bestimmter Stickstoffdruck von 2,758 bis 5»516 bar (40 bis 80 psi) angelegt wurde. Das vom Autoklaven ausfließende ungefilterte Öl strömte durch eine Vorerhitzerschlange, in der die Verweilzeit durch Betätigen von Ventilen geregelt wurde und die am Einlaß und Auslaß mit Thermoelementen ausgestattet war, so daß das den Filter erreichende, ungefilterte Öl bei gleichmäßiger Temperatur gehalten wurde. Das den Vorerhitzer verlassende ungefilterte Öl strömte zumFilter, wo ein fester Filterkuchen gebildet und ein Filtrat erhalten wurden. Das Filterelement und der Filtererhitzer waren ebenfalls mit Thermoelementen ausgestattet. Das Filtrat wurde - wie erwähnt - an einer Waage aufgefangen, und sein Gewicht wurde alle 5 Sekunden automatisch registriert, Das Filtrat wurde in einem sauberen Behälter gesammelt.

Ferner wurden Vergleichstests zur Bestimmung der Wirkung von Zusatzstoffen unter Verwendung desselben Ausgangsmaterials an ungefiltertem Öl, für das die Filtrationswerte bestimmt wurden, durchgeführt. Zuerst wurden das Rohrsystem, die Anlage und der Filter mit Stickstoff bei einem Druck von etwa 6,895 bar (100 psi) mit Stickstoff vom ungefilterten öl gereinigt. Der Zusatzstoff wurde in den ungefiltertes Öl enthaltenen .Autoklaven gepumpt. Ein gesondertes Filterelement wurde in der vorstehend beschriebenen Weise angebracht und vorbeschichtet, und die Tests mit dem einen Zusatzstoff enthaltenden gefilterten Öl wurden in derselben Weise wie die Tests am zusatzfreien ungefilterten Öl vorgenommen. Nach jeder Filtration wurde der Rückstand am Vorbeschichtungsmaterial

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im Filter mit Stickstoff gespült und mit einer geeigneten Flüssigkeit gewaschen, um die Gesamtheit aus ungefiltertem Öl und Zusatzstoff zu beseitigen.

Im folgenden wird eine Analyse einer typischen ungefilterten SRC-Ausgangs-Kohlenflüssigkeit, wie sie bei den Tests der nachstehenden Beispiele eingesetzt wird_f wiedergegeben. Obwohl das Leichtöl von der Ölbeschickung zum Filter in den Druckminderungsstufen des Verfahrens durch Entspannungsverdampfung abgetrennt worden war und nach Bedarf für die Herstellung einer Alkoholmischung zur Verfügung stehen würde» wurde von der Filter-ÖTbeschickung vor der Filtration keinerlei Feststoffanteil abgetrennt.

Spezifisches Gewicht bei 15.6⁰C (60⁰F): 1,15

Kinematische Viskosität bei 98,9⁰O (210⁰F): 0,241 χ 10~⁴ m²/s (24,1 Gentistokes)

Dichte bei 15.6⁰C (60⁰F): 1,092
Aschengehalt: 4.49 Gew.-%
Pyridin-Unlösliche: 6,34 Gew.-^

Destillation gemäß ASTM D1160:

Prozent Temperatur, ⁰C (⁰F) bei 1 atm (1,015 bar)

10 20 30 40 50 60 70

71 - alle destillierbaren Substanzen gehen bei 496⁰C (925⁰F) über

270	(518)
285	(545)
297	(566)
317	(602)
341	(645)
368	(695)
409	(768)
487	(909)

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Pur die unter Verwendung eines Leichtöls durchgeführten Tests werden nachstehend die Daten des geprüften Leichtöls angegeben:

Spezifisches Gewicht bei 15»6°C (6O⁰I¹); 0,830 Dichte bei 15,6⁰C (60⁰P): 0,829

Kinematische Viskosität bei 37,8⁰C (100⁰P): 0,8681 χ 10" m²/s (0,8681 Centistokes)

Destillation gemäß ASTM D-86 bei 763 mm Hg: Prozent Temperatur, ⁰C (⁰P)

5	72	(162)
95	228	(442)
Siedeende	256	(492)
Beispiel 1

Man führt mehrere Piltrationstests durch, um den Einfluß der Zugabe verschiedener Alkohole und von Phenol zu einer Kohlenflüssigkeit auf die Piltration aufzuzeigen. Die Tests werden bei 260⁰C (500⁰I¹) und einem Druckabfall über den Pilter hinweg von 2,758 bar (40 psi) durchgeführt. Die nachstehende Gegenüberstellung zeigt die Testresultate:

ο Zusatzstoff k, Min./g C, Min/g Piltrierge-

	0,0256	0,22	schwindig-
	0,0245	0,12	keit, g/Min
keiner	0,0164	0,13	3,2
n-Propanol, 2 Gew.-$	0,0236	0,05	4,5
sek.-Butanol, 2 Gew.-^	0,0226	0,28	5,0
tert.-Butanol, 2 Gew.-$	0,0278	0,27	5,6
Isoamylalkohol, 2 Gew.-$		3,1
Phenol, 2 Gew.-$		2,8

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Die obigen Werte zeigen erneut, daß der Filterwiderstandsparameter k das teste Maß für die Wirkung des Zusatzes auf den Filtriervorgang darstellt, da dieser Parameter sämtliche auf das Filtriersystem und die Vorbeschichtung zurückgehenden Einflüsse auf die Filtration ausschließt. Andererseits ist aus dem Wert für C die Auswirkung des Filtriersystems und der Vorbeschichtung unabhängig vom Einfluß des Alkohols oder Phenols, die als Zusätze verwendet werden, ersichtlich.

Die obigen Werte zeigen, daß der Filtrierwiderstandsparameter k durch alle getesteten Alkohole in unterschiedlichem Ausmaß verringert wird, wobei sek.-Butanol die größte Verminderung des Widerstandsparameters bewirkt. Dagegen erhöht Phenol den Widerstandsparameter, woraus hervorgeht, daß Phenol offensichtlich eher als Dispergiermittel als als Agglomeriermittel wirkt. Die Gegenwart von Phenol beeinträchtigt daher die Filtration von Kohlenflüssigkeiten. Da Phenol und Kresole in Kohlenflüssigkeiten enthalten sind und da Phenol nahe 181⁰O (358⁰F) siedet, ist es für den Filtriervorgang von Vorteil, davon abzusehen, irgendwelche Ölfraktionen mit die genannte Temperatur einschließendem Siedebereich zum Filter zurückzuführen. Kohlenflüssigkeiten, die nicht höher als bei etwa 177 oder 179⁰O (350 oder 355⁰F) sieden, können z.B. zurückgeführt werden. Da die Wirtschaftlichkeit eine Rückführung jeglicher eingesetzter Zusatzstoffe gebietet, damit die Kosten des Zusatzes geringer gehalten werden als durch die Verwendung des Zusatzes überhaupt an G-esamt-Filtrationskosten eingespart wird, besitzt der verwendete Zusatzstoff vorzugsweise einen niedrigeren Siedepunkt als Phenol, so daß eine den Zusatzstoff (jedoch kein Phenol) enthaltende Filtrat-Ölfraktion ohne hohe Kosten für die Rückführung zum Filterbeschickungsstrom gewonnen werden kann.

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Beispiel 2

Man führt weitere Filtriertests bei 21O⁰G (410⁰P) und einem Filterdruckabfall von 5,516 bar (80 psi) durch, um die Wirkung von Methanol und Äthanol als Zusätze zu einer der Filtration unterworfenen Kohlenflüssigkeit aufzuzeigen. Die Testergebnisse sind aus der nachstehenden Gegenüberstellung ersichtlich:

Zusatzstoff (2 Gew.-$) k, Min/g C, Min/g Filtriergeschwindigkeit , g/Min.

0,0254	0,07	5,0
0,0341	0,07	4,5
0,0376	0,06	4,4
0,0319	0,10	4,6

keiner Methanol

keiner Äthanol

Die obigen Werte zeigen, daß Methanol den Filterwiderstandsparameter k nachteilig erhöht, während Äthanol eine geringfügig günstige Wirkung hat.

Beispiel 3

Es werden ferner Tests zur Bestimmung der Wirkung von organischen Säuren, Aldehyden und Ketonen auf die Filtration von Kohlenflüssigkeiten durchgeführt. Die Ergebnisse sind aus der nachstehenden Gegenüberstellung ersichtlich:

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Filtration bei 260⁰C (500⁰F) und einem Druckabfall von 5,516 bar (80 psi)

Zusatzstoff (2 Gew.-$	) k, Min./g²	C, Min/g	Filtrierge schwindigkeit , g/Min.
keiner	0,0247	0,20	3.5
Butylaldehyd	0,0258	0,18	3.5
keiner	0,0263	0,32	2,5
Essigsäure	0,0245	0,35	2,5
keiner	0,0239	0,26	3,0
Aceton	0,0372	0,23	2,9

Filtration bei 210⁰C (41O⁰F) und einem Druckabfall von 5>516 bar (80 psi)

keiner 0,0235 0,15 4.1

Methyläthylketon 0,0256 0,17 3.9

Aus den obigen ¥erten geht hervor, daß Butylaldehyd, Methyläthylketon und Essigsäure sämtlich nur einen unwesentlichen Einfluß auf den Widerstandsparameter k aufweisen. Aceton hat eine schwach ungünstige Wirkung. Der Einsatz von Säuren wäre wegen ihrer Korrosionswirkung für einen technischen Prozeß nicht empfehlenswert.

Beispiel 4

Man führt Tests durch, um die Wirkung der Menge von als Zusatz verwendetem Isopropanol auf die Filtration von Kohlenflüssigkeiten zu bestimmen. Die Tests werden bei 260⁰C (500⁰F) und einem Druckabfall von 2,758 bar (40 psi) durchgeführt. Die Testresultate sind aus der nachstehenden Gegenüberstellung ersichtlich:

« U 9 H 4 0 / 0 8 9 9

	und	*-Zs-*	k, Min/g²	2812865

Zusatzstoff		Konzentration		Piltrierge-
in Gew.-$			0,0192	schwindigkeit,
	1 ia		0,0119	g/Min.
keiner	2 %		0,0065	5,6
Isopropanol,	2,7		0,0086	7,3
Isopropanol,		8,6
Isopropanol,	i>	9,2

Die obigen Werte zeigen eine fortschreitende Verminderung des Widerstandsparameters k bei der stufenweisen Erhöhung des Isopropanolanteils von 0 über 1 $> auf 2 $. Der bei 2,7 i> erzielte Vorteil ist jedoch geringer als bei 2 f«; daraus geht hervor, daß ein einen kritischen Wert überschreitender Alkoholanteil den erzielbaren günstigen Effekt herabsetzt.

Beispiel 5

Man erweitert die unter Verwendung von Butanol als Zusatzstoff durchgeführten Tests, um die Wirkung der Standzeit der den Zusatzstoff enthaltenden Pilterbeschickung vor der Filtration aufzuzeigen. Beim Stehen wird eine !Temperatur von 49⁰C (120⁰P) aufrechterhalten. Die lestresultate sind aus der nachstehenden Gegenüberstellung ersichtlich. Die Filtriertests werden bei 260⁰C (500⁰P) und einem Druck von 5,516 bar (80 psi) durchgeführt und schließen eine Verweilzeit von 2 Minuten bei 260⁰C (500⁰P) ein.

ti U y 8 4 0 / 0 8 9 9

	k, Min/g²	- 7 ./19.*	Filtrier geschwin digkeit, g/Min.	2812ööt>
Zusatzstoff und Konzentration in Gew. -fo	0,0534	C, Min/g	3,8	Zwischen Zu gabe des Zu satzstoffs und Filtra tion verstri chene Zeit bei 49⁰C (120⁰F), Min.
keiner	0,0309	0,06	2,8	_
sek.-Butanol, 2 $	0,0301	0,29	4.1	1
sek.-Butanol, 2 </o	0,0309	0,12	2,8	40
sek.-Butanol, 2 $	0,0236	0,29	5,6	80
tert.-Butanol,2 $	0,0247	0,05	4,1	5
tert.-Butanol, 2%	0,15	45

Die obigen Werte zeigen, daß die Verweilzeit zwischen der Zugabe des sek.-Butanols zur Filterbeschickung und der Durchführung der Filtration den Filtrierwiderstandsparameter k beeinflußt. Innerhalb von 80 Minuten nach Zugabe der 2 <fo sek.-Butanol erreicht die Wirkung des Alkohols ein Maximum und fällt dann ab, da der festgestellte zusatzbedingte Vorteil nach 40 Minuten größer als nach sowohl 1 als auch 80 Minuten ist. Ein ähnlicher Zeiteffekt wird im Falle der Verwendung von tert.-Butanol festgestellt.

Beispiel 6

Man führt Tests durch, um die Wirkung der Zugabe eines Gemisches aus einer unterhalb 256⁰C (492⁰F) siedenden Leichtölfraktion und Isopropanol auf den Filtrierwiderstandsparameter k aufzuzeigen. Die Tests werden bei 260⁰C (500⁰F) und einem korrigierten Druckabfall von 2,758 bar (40 psi) durchgeführt. Die Testresultate sind aus der nachstehenden Gegenüberstellung ersichtlich:

ι¹. Ü 4 H 4 ü / ü 8 9 9

. so ·,

Zusatzstoff in Gew.-$>	und	Konz entrat i on	k, Min./g	Filtrierge schwindigkeit , g/Min.
keiner			0,0464	2,4
Isopropanol,	2	*	0,0210	4,1
Leichtöl,	5		0,0198	4,0
Leichtöl, Isopropanol,	5 2		0,0182	4,1
Leichtöl,	9,	4 $	0,0046	6,3
Leichtöl, Isopropanol,	9, 5,	4 # + 6 #	0,0011	6,4

Ein Vergleich der obigen Werte mit den Werten von Beispiel 4 zeigt, daß durch Verwendung einer Kombination aus Leichtöl und Isopropanol eine gegenseitig abhängige Wirkung auf den Filtrierwiderstand erzielt wird. Aus Beispiel 4 geht hervor, daß die bei Verwendung von 2 <fc Isopropanol erzielte Verbesserung bei einer Erhöhung der Isopropanolmenge von 2 $ auf 2,7 i° vermindert wird. Die Werte des vorliegenden Beispiels zeigen jedoch, daß ein Zusatz von 5,6 $> Isopropanol zu einem geringeren Piltrierwiderstand als ein Zusatz von 2 $ Isopropanol führt, wenn man das Isopropanol mit einem Leichtöl (process light oil) kombiniert. Ferner zeigen die Werte dieses Beispiels, daß die mit 2 $> Isopropanol erzielte günstige Wirkung durch die Kombination des Isopropanols mit dem Leichtöl verstärkt wird. Die Verwendung eines Gemisches aus einer Leichtölfraktion und Isopropanol gewährleistet somit nicht nur einen ausgeprägteren Effekt als der Zusatz von Isopropanol allein, sondern gestattet auch die Verwendung von fortschreitend höheren Isopropanolanteilen unter Erzielung immer besserer Resultate. Der anhand der Werte des vorliegenden Beispiels aufgezeigte vorteilhafte Kombinationseffekt von Leichtöl und Isopropanol läßt sich in der Praxis auf wirtschaftliche Weise erzielen, indem man eine destillierte rohe Leichtölfraktion des Filtrate, deren Siedebereich den

H U H H A Ü / ü 3 9 9

ψ -

SM-

Siedepunkt des AlkoholZusatzes einschließt, zurückführt und dadurch die Kosten einer Abtrennung der Gesamtheit oder eines Teils des Isopropanols aus dem dieses enthaltenden Piltratöl einspart. Dies schließt die unabhängige Gewinnung von Alkohol und Leichtöl und die Vermischung der beiden Substanzen in einem beliebigen gewünschten Verhältnis nicht aus. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß sich ein ausgeprägterer Effekt durch Erhöhung des verwendeten Alkoholanteils erzielen läßt, da die erhöhte Alkoholmenge aufgrund der Rückführung die Betriebskosten nur sehr wenig erhöht.

Beispiel 7

Man führt mehrere Tests unter Verwendung von Isopropanol durch, um den Einfluß der Standzeit zwischen der Zugabe des Isopropanols zur Kohlenflüssigkeit und der Filtration der Flüssigkeit näher zu erläutern. Die Tests werden bei 260⁰C (500⁰P) und einem Druckabfall von 5,516 bar (80 psi) durchgeführt. Die Testergebnisse sind aus der nachstehenden Gegenüberstellung ersichtlich;

Zusatzstoff und Kon	k, Min./g-	Filtrier-	Zwischen der	_
zentration in Gew.-$		geschwin	Zugabe des	3
		digkeit,	Zusatzstoffs	6
		g/Min.	und der Filtra	9
			tion verstri	—
			chene Zeit bei	35
			260⁰G (50O⁰E)₉
			Min.
keiner	0,0284	5,7
Isopropanol, 2 i>	0,0191	5,4
Isopropanol, 2 ^	0,0144	7,0
Isopropanol, 2 fo	0,0159	7,1
keiner	0,0464	2,4
Isopropanol, 2 $	0,0209	3,4

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• aa.

Die obigen Werte zeigen, daß der Filtrierwiderstandsparameter k durch eine Verlängerung der Standzeit zwischen Isopropanol zugabe und Filtration günstig beeinflußt wird. Die Werte deuten darauf hin, daß zwischen dem als Zusatz dienendem Alkohol und dem Material in der Kohlenflüssigkeit ein Wechselwirkungsprozeß stattfindet.

Beispiel 8

Man führt vier Filtriertests durch, um die Auswirkung der Zeitspanne zwischen der Einführung des Isopropanols in die Kohlenflüssigkeit und dem Filtriervorgang näher zu erläutern. Bei einem Test wird kein. Isopropanol zugesetzt. Die bei den anderen drei Tests verwendete Kohlenflüssigkeit enthält 2 Gew.-^ Isopropanol; es werden Standzeiten von 2, 4 bzw. 6 Minuten angewendet. Bei sämtlichen Tests betragen die Temperatur etwa 260⁰C (500⁰I¹) und der Druckabfall 5*516 bar (80 psi). Die Testergebnisse sind aus der Zeichnung ersichtlich. Die längs jeder Parameterkurve an den. Datenpunkten angegebenen Zeiten stellen die zwischen dem Beginn, des Filtriertests und dem Zeitpunkt der Erzielung der Datenpunkte verstrichenen Zeiten dar. Aus der Zeichnung geht hervor, daß der Filtrierwiderstand bei Verwendung von Isopropanol in sämtlichen Fällen abnimmt. Fortschreitend verlängerte Standzeiten zwischen der Isopropanolzugabe und dem Beginn des Filtriertests ergeben jedoch fortschreitend niedrigere Filtrierwiderstände.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Abtrennen von Asche aus Kohle» "bei dem in einer Auflösungsstufe das Kohlenwasserstoffmaterial der Kohle mit einem hydroaromatischen Lösungsmittel zur Bildung eines gelöste Kohlenflüssigkeit» Hydroaromaten und suspendierte aschenhaltige Feststoffe enthaltenden Abstroms gelöst und der Abstrom zu einer Feststoff/ Flüssigkeits-Trennstufe geleitet wird₅ dadurch gekennzeichnet, daß man dem Äbstrom vor der Feststoff/Flüssigkeits-Irennstufe ein Gemisch aus Alkohol und einer nicht höher als bei etwa 260⁰C (etwa 500⁰F) siedenden Leichtölfraktion zusetzt» wobei der Alkohol einen mit der Kohlenflüssigkeit eine homogene Zusammensetzung bildenden aliphatischen Alkohol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen umfaßt,

2. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnete daß man als Leichtölfraktion eine im wesentlichen aschenfreie Kohlenflüssigkeitsfraktion₉ die nicht höher als bei etwa 179⁰C (etwa 355⁰F) siedet, verwendet«

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Leichtöl ein Erdölnaphtha verivendet«

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet _t daß man einen Anteil des Gemisches von etwa 1 bis 50"GeWo-# der asehenhaltigen Kohlenflüssigkeit einsetzt.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4i dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch verwendet, das etwa 1 bis 75 Gew.-$ Alkohol enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch verwendet, das etwa 10 bis 25 Gew.-^ Alkohol enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohol Isopropanol, n-Butanol, sek.-Butanol und/oder tert.-Butanol verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Auflösungsstufe in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid durchführt, daß man den das Gemisch enthaltenden Abstrom vor der Trennstufe 30 Sekunden bis 3 Stunden zurückhält und daß der Abstrom mindestens 3 Gew.-jS Asche und mindestens 2 Gew.-ji Hydroaromaten enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch dem Abstrom zusetzt, während dessen Temperatur im Bereich von etwa 38 bis 371⁰G (etwa 100 bis 700⁰P) liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß man als Trennstufe eine Filtrierstufe anwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gemisch einen Rücklaufstrom des Verfahrens verwendet.

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