Un procedimiento de licuefacción directa de carbón.

Un procedimiento de licuefacción directa de carbón, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

(1) preparar una suspensión de carbón a partir de carbón bruto, mediante secado y pulverización de carbón bruto en una unidad de pretratamiento, procesar el carbón bruto para dar un polvo de carbón con el tamaño de partícula designado, por lo que el polvo de carbón formado en la unidad de pretratamiento es procesado con una materia prima catalítica para dar un catalizador de licuefacción de carbón superfino en una unidad de preparación de catalizador y en el que el polvo de carbón formado en la unidad de pretratamiento y el catalizador de licuefacción de carbón conjuntamente con un disolvente donante de hidrógeno son mezclados para formar la suspensión de carbón en una unidad de preparación de suspensión;

(2) pretratar la suspensión de carbón mezclando conjuntamente y precalentando la suspensión de carbón e hidrógeno y después del precalentamiento se hace pasar la mezcla de suspensión de carbón e hidrógeno a un primer reactor de lecho suspendido con circulación forzada para que experimente la reacción de licuefacción para formar un efluente de salida; mezclar el efluente de salida procedente del primer reactor de lecho suspendido con hidrógeno de reposición y después hacer pasar la mezcla del efluente de salida e hidrógeno de reposición a un segundo reactor de lecho suspendido con circulación forzada para que experimente otra reacción de licuefacción;

(3) separar el efluente de reacción procedente del segundo reactor de lecho suspendido en un separador para formar una fase líquida y una fase gaseosa, fraccionándose la fase líquida en una torre atmosférica para dar una fracción de aceite ligera y un producto de fondo;

(4) alimentar el producto de fondo de la torre atmosférica a una torre de vacío para separarlo dando un destilado y un residuo;

(5) mezclar la fracción de aceite ligera y el destilado para formar una mezcla, después alimentar la mezcla a un rector de hidrotratamiento de lecho suspendido con circulación forzada para la hidrogenación; (6) fraccionar los productos de hidrogenación dando productos de aceite y un disolvente de reciclado donante de hidrógeno,

en el que el catalizador de licuefacción de carbón es γ-FeOOH, y en el que el catalizador de licuefacción de carbón tiene un diámetro de 20 - 30 Nm y una longitud de 100 - 180 Nm, en el que el azufre está presente en el catalizador en una relación molar S/Fe ≥ 2, y

en el que los reactores de lecho suspendido se operan en las condiciones siguientes:

temperatura de reacción: 430 - 465 °C

presión de reacción: 15 - 19 MPa;

relación gas/líquido: 600 - 1000 Nl/kg;

velocidad espacial de la suspensión: 0,7 - 1,0 t/m3 h;

tasa de adición de catalizador: Fe/carbón seco ≥ 0,5 - 1,0 % en peso.

Un procedimiento de licuefacción directa de carbón

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento de licuefacción directa de carbón.

Antecedentes de la invención En 1913, al Dr. Bergius, en Alemania, dedicado a la investigación para la producción de combustible líquido a partir de carbón o alquitrán de hulla mediante hidrogenación a presión elevada y temperatura elevada, subsiguientemente, se le concedió una patente que concierne a la tecnología de licuefacción directa de carbón, que fue la primera patente en el sector y sentó las bases de la licuefacción directa de carbón. En 1927, se construyó en Leuna la primera planta de licuefacción directa de carbón en el mundo por parte de una compañía de combustibles alemana (I. G. Farbenindustrie) . Durante la Segunda Guerra Mundial, se habían construido y estaban en operación, en conjunto, 12 plantas de este tipo con una capacidad total de 423 x 104 t/año, que proveían 2/3 del combustible de aviación, el 50 % del combustible para vehículos y el 50 % del combustible para tanques al ejército alemán. El procedimiento de licuefacción directa de carbón en ese tiempo adoptaba: reactor de licuefacción de tipo burbujeo, filtro o centrifugadora para la separación sólido-líquido, catalizador de mineral natural que contiene hierro. Debido a que el disolvente de reciclado separado en la etapa de filtración o centrifugación contenía menos asfalteno reactivo, además de la baja actividad del catalizador de licuefacción, las condiciones de operación de la reacción de licuefacción eran muy severas, la presión de operación era de aproximadamente 70 MPa y la temperatura de operación de aproximadamente 480 °C.

Después de la Segunda Guerra Mundial, todas las plantas de licuefacción de carbón de Alemania se cerraron. La crisis del petróleo de los primeros años de la década de 1970 forzó a los países desarrollados a prestar atención a la búsqueda de sustitutos al petróleo, por lo que se estudiaron y se desarrollaron muchas nuevas tecnologías para la licuefacción directa de carbón.

En los primeros años de la década de 1980, se desarrolló el procedimiento H-COAL en Estados Unidos. En el procedimiento H-COAL se usó un reactor de lecho suspendido con circulación forzada, la presión de operación fue de aproximadamente 20 MPa y la temperatura de operación de aproximadamente 455 °C. El catalizador usado fue Ni-Mo o Co-Mo con -Al2O3 como vehículo, que era el mismo que el catalizador de hidrotratamiento usado en el procesamiento de petróleo. El disolvente de reciclado se separó mediante hidrociclón y destilación al vacío. Por medio del reactor de lecho suspendido con circulación forzada y el catalizador de hidrotratamiento usados en el procedimiento, la temperatura de reacción pudo controlarse fácilmente y estabilizarse la calidad de los productos. No obstante, en el sistema de reacción de licuefacción de carbón, el catalizador de hidrotratamiento, usado originariamente para el procesamiento de petróleo, se desactivó rápidamente y tuvo que reemplazarse en un periodo corto de tiempo, lo que tuvo como consecuencia un alto coste de los productos de aceite líquidos.

El procedimiento IGOR+ se desarrolló en los últimos años de la década de 1980 en Alemania. Usaba un reactor de tipo burbujeo, una torre de vacío para recuperar el disolvente de reciclado y un reactor de hidrotratamiento de lecho fijo en línea para hidrogenar tanto el disolvente de reciclado como productos a distintos niveles. Se usaron lodos rojos como catalizador del procedimiento. Debido a que el procedimiento usaba disolvente de reciclado hidrogenado, la suspensión de carbón preparada de este modo tenía unas características estables y una concentración de carbón alta. Además, pudo precalentarse fácilmente y pudo intercambiar calor con gases procedentes del separador de alta temperatura, lográndose así una tasa de recuperación de calor elevada. No obstante, debido a la baja actividad catalítica de los lodos rojos, los parámetros de operación adoptados fueron también bastante severos. Las condiciones de operación típicas fueron las siguientes: presión de reacción 30 MPa, temperatura de reacción 470 °C. El reactor de hidrotratamiento en línea de lecho fijo tenía aún el riesgo de un ciclo de operación corto debido a la desactivación del catalizador por coquización. Además, la precipitación de sales de calcio en el reactor de tipo burbujeo fue inevitable cuando el contenido en calcio de la alimentación de carbón era elevado.

En los últimos años de la década de 1990, se desarrolló en Japón el procedimiento NEDOL. Mochida y col., por ejemplo, divulgan que los reactores de licuefacción usados en el procedimiento NEDOL y el procedimiento NBCL son todos reactores de una etapa de tipo de flujo ascendente (Catalysis Survey from Japan, Progress of coal liquefaction catalysts in Japan, Baltzer Science Publisher, 1998, páginas 17-30) . En el procedimiento NEDOL se usó también un reactor de tipo burbujeo, el disolvente de reciclado se preparó mediante destilación al vacío y se hidrotrató en un reactor de hidrogenación de lecho fijo fuera de línea, y se usó pirita ultrafina (0, 7 ) como catalizador de licuefacción. En el procedimiento, todo el disolvente donante de hidrógeno de reciclado se hidrogenó; así las propiedades de la suspensión de carbón eran estables y pudo prepararse con una concentración elevada de carbón. Además, la suspensión de carbón pudo pretratarse fácilmente y pudo intercambiarse calor con gases procedentes del separador de alta temperatura. Por lo tanto, se logró una tasa de recuperación de calor elevada. Adicionalmente, las condiciones de operación del procedimiento fueron relativamente suaves, por ejemplo, las condiciones típicas de operación fueron las siguientes: presión de reacción 17 MPa, temperatura de reacción 450 °C. No obstante, debido a la dureza del mineral de pirita, fue bastante difícil pulverizarla en un polvo superfino, por lo que el coste de

preparación del catalizador fue elevado. Para un reactor de tipo burbujeo, debido a su alto factor de retención de gases, su tasa de utilización del volumen de reactor fue baja. Además, debido a la baja velocidad del líquido en el reactor, puede tener lugar la precipitación de minerales orgánicos, y para el reactor de hidrotratamiento de lecho fijo usado en el procedimiento, aún existía el riesgo de un ciclo de operación corto.

Existen patentes relacionadas con la licuefacción de carbón, como por ejemplo la patente de Estados Unidos 4.465.584 que divulga un reactor de licuefacción en el que el efluente se hace pasar hacia arriba en flujo de pistón. No solo puede usarse un reactor de licuefacción sencillo según la presente invención, sino también una pluralidad de reactores, pudiendo disponerse los reactores en paralelo o en serie. La patente de Estados Unidos 4.400.263 divulga un procedimiento para convertir carbón y/u otros materiales hidrocarbonáceos en productos líquidos más valiosos, en el que se usa un reactor de lecho catalítico ebullente. Los productos de reacción se envían después a un separador en el que se separan productos en fase vapor y destilados a partir de los residuos de dichos productos de reacción. Los productos en fase vapor y destilados se introducen en un aparato de hidrotratamiento de lecho catalítico fijo en el que dichos productos se hidrogenan adicionalmente. Los productos en fase vapor y destilados hidrogenados procedentes de dicho aparato de hidrotratamiento se envían a un fraccionador atmosférico en el que los productos combinados se fraccionan en productos líquidos separados. Los productos residuales procedentes de dicho separador se hacen pasar a través de recipientes vaporizadores atmosféricos y al vacío sucesivamente, en los que los destilados se retiran por evaporación y se combinan con los productos en fase vapor y destilados que se van a hidrogenar. Los productos residuales no separados se transfieren a una centrifugadora para retirar una porción sustancial de sólidos y el aceite residual se recicla al reactor para la preparación de la suspensión de carbón. La patente de Estados Unidos 6.190.542 divulga reactores catalíticos de retromezclado de dos etapas que están dispuestos en serie y se usan para la reacción de licuefacción, en la que el efluente de reacción procedente del reactor catalítico de retromezclado de la primera etapa está a una presión reducida, se retiran el vapor y la fracción de destilado ligera por la cabeza y la fracción líquida pesada se alimenta al reactor de segunda etapa para someterla a reacciones posteriores. Por lo tanto, el reactor de primera etapa puede retromezclarse mecánicamente mediante un medio de recirculación por bombeo... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de licuefacción directa de carbón, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

(1) preparar una suspensión de carbón a partir de carbón bruto, mediante secado y pulverización de carbón bruto en una unidad de pretratamiento, procesar el carbón bruto para dar un polvo de carbón con el tamaño de partícula designado, por lo que el polvo de carbón formado en la unidad de pretratamiento es procesado con una materia prima catalítica para dar un catalizador de licuefacción de carbón superfino en una unidad de preparación de catalizador y en el que el polvo de carbón formado en la unidad de pretratamiento y el catalizador de licuefacción de carbón conjuntamente con un disolvente donante de hidrógeno son mezclados para formar la suspensión de carbón en una unidad de preparación de suspensión;

(2) pretratar la suspensión de carbón mezclando conjuntamente y precalentando la suspensión de carbón e hidrógeno y después del precalentamiento se hace pasar la mezcla de suspensión de carbón e hidrógeno a un primer reactor de lecho suspendido con circulación forzada para que experimente la reacción de licuefacción para formar un efluente de salida; mezclar el efluente de salida procedente del primer reactor de lecho suspendido con hidrógeno de reposición y después hacer pasar la mezcla del efluente de salida e hidrógeno de reposición a un segundo reactor de lecho suspendido con circulación forzada para que experimente otra reacción de licuefacción;

(3) separar el efluente de reacción procedente del segundo reactor de lecho suspendido en un separador para formar una fase líquida y una fase gaseosa, fraccionándose la fase líquida en una torre atmosférica para dar una fracción de aceite ligera y un producto de fondo;

(4) alimentar el producto de fondo de la torre atmosférica a una torre de vacío para separarlo dando un destilado y un residuo;

(5) mezclar la fracción de aceite ligera y el destilado para formar una mezcla, después alimentar la mezcla a un rector de hidrotratamiento de lecho suspendido con circulación forzada para la hidrogenación;

(6) fraccionar los productos de hidrogenación dando productos de aceite y un disolvente de reciclado donante de

hidrógeno, en el que el catalizador de licuefacción de carbón es -FeOOH, y en el que el catalizador de licuefacción de carbón tiene un diámetro d.

20. 30 Nm y una longitud d.

100. 180 Nm, en el que el azufre está presente en el catalizador en una relación molar S/Fe = 2, y en el que los reactores de lecho suspendido se operan en las condiciones siguientes: temperatura de reacción: 430 -465 °C presión de reacción.

15. 19 MPa; relación gas/líquido: 600 -1000 Nl/kg; velocidad espacial de la suspensión: 0, 7 -1, 0 t/m3 h; tasa de adición de catalizador: Fe/carbón seco = 0, 5 -1, 0 % en peso 2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (3) comprende las etapas siguientes:

(a) enviar el efluente de reacción a un separador de alta temperatura para separarlo en una fase gaseosa y una fase líquida, controlándose la temperatura del separador de alta temperatura a 420 °C;

(b) enviar la fase gaseosa procedente del separador de alta temperatura a un separador de baja temperatura para una separación adicional en gas y líquido, controlándose la temperatura del separador de baja temperatura a temperatura ambiente.

3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que las condiciones de reacción de hidrogenación en la etapa (5) son las siguientes: temperatura de reacción: 330 -390 °C; presión de reacción.

10. 15 MPa;

relación gas/líquido: 600 -1000 Nl/kg; velocidad espacial: 0, 8 -2, 5 h-1

4. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el disolvente donante de hidrógeno de reciclado es un producto de aceite licuefactado hidrogenado con un intervalo de punto de ebullición de 220 -450 °C.

5. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el residuo procedente de la torre de vacío tiene un contenido en sólidos de.

50. 55 % en peso.

6. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la mezcla de la fracción de aceite ligera procedente de la torre atmosférica y el destilado de vacío tiene un intervalo de punto de ebullición de C5 -530 °C.

7. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el reactor de hidrotratamiento de lecho suspendido con circulación forzada es un reactor equipado con elementos interiores, una bomba de circulación está instalada adyacentemente al fondo del reactor y el catalizador presente en el reactor puede reemplazarse en operación.