CH706818A2 - Verfahren und Vorrichtung zu Pyrolyse von kohlenstoffhaltiger Organik, aufgelöst in einem heissen Ölbad unter Vakuum und Sauerstoffausschluss mit Beigabe von Katalysatoren zur Erzeugung von Flüssigkraftstoffen, Koks oder Holzkohle und Brenngasen zur Deckung des Prozessenergiebedarfs. - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zu Pyrolyse von kohlenstoffhaltiger Organik, aufgelöst in einem heissen Ölbad unter Vakuum und Sauerstoffausschluss mit Beigabe von Katalysatoren zur Erzeugung von Flüssigkraftstoffen, Koks oder Holzkohle und Brenngasen zur Deckung des Prozessenergiebedarfs.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Verölung von Ersatzbrennstoffen, welche aus dem mechanisch aufbereiteten und getrockneten und von Störstoffen weitgehend befreitem Hausmüll stammen, oder Fraktionen davon unter Zugabe von Katalysatoren. Geeignet zur Verölung sind auch Nachwachsende Rohstoffe, wie Chinaschilf, Lignin und cellulosehaltige Stoffe.

[0002] Die chemischen verfahrenstechnischen Grundlagen wurden von Friedrich Bergius im Rahmen seiner Arbeiten erstmals im Jahre 1913 beschrieben. Seine Arbeiten an der hydrothermischen Karbonisierung (= wässrige Verkohlung bei erhöhtem Druck und Temperatur) hat Friedrich Bergius erstmals ein chemisch, physikalisches, zur Herstellung von Braunkohle, Synthesegas, flüssigen Erdölvorstufen und Humus aus Biomasse unter Freisetzung von exothermen Wärmeenergie beschrieben, indem die in der Natur in 50 000 bis 50 Millionen Jahren ablaufenden Braunkohleentstehung innerhalb von wenigen Stunden technisch, in einem Reaktionsgefäss unter Druckentwicklung, nachgeahmt wurde.

[0003] In der Folge hat Friedrich Bergius in einigen seiner Versuche auch die Simulierung der Erdölentstehung nachvollzogen, indem trockene Biomasse unter Waser- und Sauerstoffausschluss unter Druck und extern zugeführte Temperatur von über 500 °C zu einer benzolähnlichen organischen Flüssigkeit wandelte.

[0004] In späteren Arbeiten nach 1920 wurden Versuche mit Biomasse gefahren in dem unter Sauerstoffabschluss und Beigabe von Katalysatoren auf der Basis von Aluminiumoxid und Silikaten bei einer zugeführten Temperatur von 320°C bei einer Haltezeit von zwei Stunden eine erdölähnliche Substanz, sowie Koks gewonnen wurde.

[0005] Diese Arbeit wurde zugunsten der Entwicklung der Kohleverflüssigung eingestellt, welches als Grundstein für das spätere Bergius-Pier-Verfahren, das die Produktion synthetischer Kunststoffe unabhängig vom Erdöl ermöglichte.

[0006] Als weiteres nicht katalytische Verfahren ist aus der WO 2005/071 043 A1 und ein Aufbereitungsverfahren bekannt, bei dem Kunststoffe im Durchlaufverfahren zu Öl aufbereitet werden.

[0007] Dabei werden die vorgängig gereinigten und sortierten Kunststoffwertstoffe zunächst unter Luftabschluss verdichtet und einem Aufschmelzbehälter zugeführt. In diesem erfolgt eine Auftrennung in eine erste Flüssigkeitsphase, eine erste Gasphase und einen Rückstandanteil. Die Flüssigphase und die erste Gasphase werden einem Verdampfer zugeführt, in welchem eine zweite Flüssigphase und eine zweite Gasphase entstehen. Die zweite Flüssigphase wird in einem Nacherhitzer weiter erwärmt. Die dabei entstehende dritte Gasphase wird gemeinsam mit der zweiten Gasphase aus dem Verdampfungsbehälter einem Crackturm zugeführt, in dem langkettige Kohlenwasserstoffe gecrackt werden. Das entstandene Gas wird dann in einem Kondensator zu Leichtflüssigkeit kondensiert.

[0008] Diese komplexe Verfahrensführung mit Aufschmelzbehälter, mehreren Verdampfungs- oder Nacherhitzungsstufen und einer Crackanlage und Kondensatoren erfordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand.

[0009] Aus der WO 2008/022 790 A2 ist auch ein mehrstufiges nichtkatalytisches Durchlaufverfahren vorgestellt mit welchem saubere und von Störstoffen befreite Mischkunststoffe zu Öl verarbeitet werden, indem die Kunststoffe unter Luftabschluss verdichtet und einer ersten Aufschmelzstufe und in der Mitte oder dem obenliegenden Kopfteil eines nachgeschalteten Crackreaktor zugeführt werden, wobei die Stör- und Sinkstoffe immer am unteren Punkt als Feuchtmasse abgezogen werden.

[0010] Der vertikal stehende Crackreaktor ist dabei als Schlaufenreaktor ausgebildet und die erzeugten Crackgase werden in einer mehrstufigen Kondensationsanlage, zu Brenngasen und Flüssigtreibstoffen aufbereitet.

[0011] Weitere Verfahren zur thermischen Depolymerisation von Kunststoffabfällen finden sich in folgenden Patentschriften: – WO 2005/087 897 A1, Ozmotech Pty Ltd, Nörting Hill, Victoria 3168 (AU) – EP 2 161 299 A1, Handerek, Adam, 43-300 Bielsko-Biala (PL) – WO 2005/078 049 A1, Torkarz, PL-97-400 Belchatow (PL)

[0012] Aus der WO 2007/062 811 A3 ist ein thermokatalytisches Verfahren bekannt in welchem unter Beigabe von Katalysatoren auf der Basis von Aluminiumsilikat und anderen benannten Aluminiumverbindungen, drucklos, bei Temperaturen zwischen 280 bis 380 °C, Mischkunststoffe zu einem Produkt ähnlich Diesel oder Heizöl gewandelt werden.

[0013] Der Wärmeeintrag erfolgt über die Reibungswärme, der mit einem Elektromotor angetriebenen Umwälzpumpe, welche als Hochleistungskammermischer bezeichnet ist. Diese aus mehreren Kreisläufen bestehende Anordnung beinhaltet ein beträchtlicher Aufwand und Verschleissentwicklungen im Bereich des Hochleistungskammermischers und einen hohen elektrischen Energieaufwand zur Erzeugung der Wärmeenergie über die Reibung der Umwälzpumpe.

[0014] Gegenüber dem vorstehend aufgeführten Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, welche im Müllbereich arbeiten und mit niedertourigen Förder- und Materialtrommeleinrichtungen, Abrassivstoffe verarbeiten und die organischen Stoffströme bei minimal vorrichtungstechnischen und Eigenenergieaufwand zu verwertbaren Flüssigkraftstoffen, Koks- oder Holzkohle und Brenngase wandeln.

[0015] Dies erfolgt gemäss der Erfindung in einem schräg liegenden Reaktorraum, welcher als Schraubenschaufler ausgebildet ist und am untersten liegenden Punkt mit Frischgut beladen wird und am obersten Punkt die getrockneten Rückstände wie Koks, Holzkohle und Inerststoffe abgezogen und ausgetragen werden, sowie über den Gasdom unter Vakuum die ca. 380 °C überhitzten Crackgase zur Kondensation, dem Quencher, ausgebildet als Sprühkühler zugeführt und dort als Kondensatprodukte zu Flüssigtreibstoff und Brenngasen gewandelt werden. Dabei wird aus den Brenngasen die gesamte benötigte Prozessenergie erzeugt.

[0016] Mit den zwei Stück Schraubenpumpen versehen mit Mantelheizung, wird mit einer maximalen Drehzahl von 30 Upm der gesamte Reaktorinhalt, bestehend aus einem heissen Ölbad, mit einer Umwälzleistung von der dreissigfachen Menge von der Menge des zugeführten Frischgutes durchmischt und innert wenigen Minuten vollständig in Lösung gebracht und nach maximal 30 Minuten in Crackgase gewandelt. Dabei bildet sich über dem Heizungseintrag durch die Mantelheizung des Schraubenschauflers und der Schraubenpumpen an den beheizten Innenflächen, eine eingebrannte Kohlenstoffschicht, bestehend aus langkettigen, nicht verdampfbaren Kohlenstoffatomen, grösser C30, welche zusammen mit dem heissen Ölgemisch eine dauerhaft geschmierte und gepanzerte Lauffläche für die Rotoren der Schneckenpumpen und den Rotor des Schraubenschauflers bilden.

[0017] Die Fig. 1 , 2 und 3 zeigen eine Gesamtübersicht einer Verölungsanlage (1) bestehend aus den Komponenten Materialeintragsvorrichtung (1.1), Eintragsförderer (21), Schmelzbehälter (34), Entgasungs- und Schlackentrocknungszone (45), Schraubenschaufler (52), den zwei Schraubenpumpen (73) und dem Gas- und Flüssigkeitsdom (56).

[0018] In den Eintragsbehälter (2) wird das Eintragsgut (3) in Form von mechanisch aufbereitetem und getrocknetem Hausmüll oder Fraktionen davon eingetragen, sowie als Monofraktion gehäckselte und getrocknete Nachwachsende Rohstoffe in Form von C-Pflanzen wie Chinaschilf, Lignin oder Lignocellulose.

[0019] Bei allen den vorerwähnten Eingangsstoffen müssen zur Prozessbeschleunigung und Stabilisierung, Katalysatoren (4) beigegeben werden in Form von Kaliumcarbonat, Eisenhydroxid, Aluminiumhydroxid und Natriumaluminiumsilikat, welche über hier nicht näher dargestellte einzelne Dosiereinrichtungen dem Eintragsgut (3) einzeln beigegeben werden oder als Gemisch über eine zentrale Dosiervorrichtung in den Eintragsbehälter (3) gelangen.

[0020] Mit dem Antrieb (6) wird über die Rotation der Pressspirale (8), umfasst vom Mantelrohr (7), das Gemisch (10.1) aus Eintragsgut (3) und Katalysatoren (4), über die Wirklänge (9) der Pressspirale (8) in der Förderrichtung (10) gegen das Mantelrohr (18) gepresst und bildet auf der Länge der Pressstrecke (20) durch die Reibung am Mantelrohr (18), einen Presszapfen (19).

[0021] Durch Bildung des Presszapfens (19) wir einerseits die im Gemisch (10.1) enthaltene Luft (5) komprimiert und über den Eintragsbehälter (2) ausgetragen und andererseits über den Stickstoffeintrag (11) und der Absaugleitung (12) das Gemisch (10.1) inertisiert und über die Vakuumpumpe (14) mit Drehzahlgeregeltem Antrieb (15) angesteuert über die 02-Messung (13) der verbliebene Sauerstoff als Luft-Stickstoffgemisch ausgetragen, sodass sich im Presszapfen (19) kein Sauerstoff mehr befindet, dabei steuert die 02-Messung (13) die Drehzahl der Vakuumpumpe (14) und das Regelventil (11).

[0022] Durch den Eintragsförderer (21) wird der Verdichtete Presszapfen (19) über den Antrieb (22) und die Rotation der Förderspirale (23) in der Raspelzone (26) abgetragen und geführt im Mantelrohr (25) in der Förderrichtung (27) vorzugsweise vertikal, oder in einem Winkel von 45° zur Vertikalen in den Schmelzbehälter (34) gefördert.

[0023] Der Eintragsförderer (21) mit der Gesamtlänge der Fördermittel (28) ist unterteilt in eine Förderspirallänge (29) im Bereich der Raspelzone (26) als seelenlose Förderspirale (23) und der anschliessenden Förderschneckenlänge (30), versehen mit einem Zentralrohr (24), mit welchem die Förderspirale (23) zu einem volumetrisch pumpenartigen Förderelement ausgerüstet wird.

[0024] Diese zeitweilige Funktion des Förderelements wird bestimmt durch den Füllstand (33) des ca. 320 bis 380 °C heissen Ölgemisches (57) in der Verölungsanlage (1), in dem Abstand (32) von ca. 1.0 bis 2.0 m, das Zentralrohr (24) die Förderspirale (23) zu einer Förderschnecke (24.1) wandelt, wobei diese volumetrische Funktion fähig ist das feste Gemisch (10.1) welches durch die Einwirkung des heissen Ölgemischs (57) plastifiziert und in Lösung übergeht, volumetrisch in den Schmelzbehälter (34) zu fördern, welcher am tiefsten Punkt der geneigten Verölungsanlage (1) liegt und mit dem langsam laufenden Schraubenschaufler (52) mit ca. 0.3 bis 15 Upm, die nicht lösbare Organik und Inertstoffe (54) zu dem untenliegenden Eintrag, diametral gegenüberliegenden oberen Ende der Entgasungs- und Schlammtrocknungszone (45) in den Feststoffaustrag (62) fördert.

[0025] Die Neigung (72) zur Horizontalen (71) des Schraubenschauflers (52), wird bestimmt über die Abtauchungs-Abmessung (104) gemäss der Fig. 4 . Damit wird sichergestellt, dass die Umwälzleitung (81) immer unter dem Füllstand (33) liegt und dem von dem heissen Ölgemisch (57) überdeckt wird.

[0026] Auf die Wirkungsweise und Funktion und Eigenschaften des Schraubenschauflers (52) wird in der Beschreibung der Fig. 8 und 9 hingewiesen. Der Schraubenschaufler (52) ist auf der Gesamtlänge (88) von einem Mantelrohr (46) und einem Heizmantel (47) umfasst in welchem in Gegenstrom zur Hauptförderrichtung (53) ein flüssiges Heizmedium (48) fliesst, bei welchem am oberen Ende der Verölungsanlage (1) der Eintrag (49) und am unteren Ende der Austrag (50) befindet.

[0027] Aus dem Gas- und Flüssigkeitsdom (56) fliesst das heisse Ölgemisch (57) über die Ausgangs- und Umwälzleitungen (81) in die Schraubenpumpen (73) deren drehzahlgeregelter Antrieb (79) in bevorzugter Form von einem Elektorgetriebemotor bezogen auf das stündlich eingetragene Eintragsgut (3) die fünf bis 20-fache Menge an heissem Ölgemisch (57) in den Schmelzbehälter (34) einträgt.

[0028] Die Schraubenspindel (80) ausgebildet als Rotor (80.2) ist umfasst von einem Pumpengehäuse (74) welches wieder umfasst ist von einem Heizmantel (75) in welchem im Gegenstrom zum Zirkulationskreislauf (82) ein flüssiges Heizmedium (76) fliesst und den Zirkulationskreislauf (82) auf eine Cracktemperatur zwischen +320 bis + 380 °C erhitzt.

[0029] Die Wirklänge (90) des Heizmantels (75) bezieht sich auf die gesamte Länge der Schraubenpumpe (73). Der Heizmedium-Eintrag (77) liegt dem Heizmedium-Austrag (78) in entgegengesetzter Richtung zum Zirkulationskreislauf (82) gegenüber.

[0030] Der gesamte prozessrelevante Wärmeeintrag erfolgt durch die beiden Schraubenpumpen (73). Der Wärmeeintrag über den Heizmantel (47) des Schraubenschauflers (52) kompensiert mögliche Abstrahlungsverluste und erhitzt im Entgasungs- und Schlackentrocknungsbereich (45) die Trocknungszone (89) mit deren, die nicht zu verdampfenden Inertstoffe und langkettige Kohlenwasserstoffe durch die nicht benetzte Heizfläche getrocknet wird und durch den Schraubenschaufler als getrocknete Feststoffe (54) in den Feststoffaustrag (62) abgeworfen werden und über die mit CO2(65) gekühlte Schleuse (63) ausgetragen wird.

[0031] Damit durch die Ausschleusung den getrockneten Feststoffen (54) kein Luftsauerstoff in die Verölungsanlage eingetragen wird, wird hier als Beispiel eine Schleuse (63) mit zwei Absperrschiebern (64) dargestellt, welche über eine Steuerung (66) gegeneinander verriegelt sind, sodass wenn ein Schieber (64) geöffnet wird, der zweite Schieber, zeitversetzt vorgängig geschlossen wird und bei jedem Taktvorgang die Schleuse durch CO2(65)- Eintrag inertisiert wird.

[0032] Der kalte Feststoff (67) wird anschliessend der Feststoffaufbereitung (68) zugeführt und aufgetrennt und zwar in Wert-, Inert- und Brennstofffraktionen.

[0033] Im Schmelzbehälter (34) wird das Gemisch (10.1) bestehend aus dem Eintragsgut (3), welches Erfahrungsgemäss über einen organischen Anteil zwischen 80 bis 95% enthält und pro kg Trockenmasse ca. 1 bis 3 Gramm an Katalysatoren beigegeben werden, intensiv über die Schneckenpumpen (73) mit dem heissen Öl aus dem Zirkulationskreislauf (82) vermischt und durch die hohen Scherkräfte der Verwirbelung (83), ca. 60% des Organikanteils des Gemisches (10.1) innerhalb von 2 Minuten in Lösung gebracht.

[0034] Ligninhaltige Bestandteile benötigen eine Verweilzeit von ca. 20 bis 30 Minuten bis diese vollständig aufgelöst werden. Ligninbestandteile welche verkoksen werden als Holzkohle oder Koks ausgeschieden und zusammen mit dem Inertstoff über die Schleuse (63) ausgetragen und in einer hier nicht dargestellten Feststoffaufbereitung aufgetrennt und einer stofflichen und energetischen Verwertung zugeführt.

[0035] Das Gas- und Flüssigkeitsdom (56) dessen Gasraum (58.1) mit dem Gasdom (59) verbunden ist und nach unten durch den Füllstand des heissen Ölbads (57) abgetrennt ist, steht unter einen definierten Vakuum (117.1) welches über die Quenche (121) als Vakuumerzeuger (61) eingestellt und erzeugt wird, indem die manometrische Höhe der Abtauchung (117.2) über die Länge des Tauchrohres (112) eingestellt wird und zwischen 100 bis 150 mbar liegt.

[0036] Durch dieses angelegte Vakuum (117.1) werden unerwünschte Sekundärfraktionen zwischen den Crackgasführenden Metallwandungen unterbunden und bei einem hohen Anteil von Kunststoffen im zugeführten Eintragsgut die Bildung von Prafinablagerungen nachhaltig verhindert.

[0037] Am Deckel des Schmelzbehälters (34) befindet sich eine nach unten geneigte Förderspirale (38) welche geführt im Mantelrohr (37) mit dem Gasraum (58.1) räumlich verbunden ist und dafür sorgt, dass aufsteigende Gase (40) und Schwimmstoffe (41) welche sich durch den Auftrieb nach oben bewegen und durch den laufenden Antrieb der Förderspirale (38) die Schwimmstoffe (41) in den Gasraum (58.1) fördern und die Rohrwandung des Mantelrohrs von Ablagerungen abreinigen.

[0038] Durch das offene Auge als freier Durchgang (102) der Förderspirale (38) können die Gase (40) in den obenliegenden Gasraum gelangen. Mit der Steuerung (42) werden die Taktzeit und die Drehzahl des Antriebs (36) eingestellt und geregelt.

[0039] Der Füllstand (33) in der Verölungsanlage wird über die Niveausteuerung (43) eingestellt, welche als frei programmierbare Einheit die Befüllmenge des Gemisches (10.1) über die Förder- und Drehzahlüberwachung (44) für die Antriebe (6 und 22) regelt.

[0040] Mit dem Gaschromatograph (57.1) wird die Qualität und Inhaltsstoffe des heissen Ölgemisches (57) in der Flüssigkeit des Gas- und Flüssigkeitsdomes (56) überwacht und regelt mit der Datenübertragung (57.2) die Zudosierung der Katalysatoren (4).

[0041] Mit der Temperatursteuerung (85) im Umwälz- und Schmelzbehälter (34), wird die Förder- und Drehzahlüberwachung (84) und die Temperatur und Menge des Heizmedium-Eintrags (77) in die Schraubenpumpe (73) geregelt.

[0042] Am untersten Punkt der Verölungsanlage (1) befindet sich der Ablaufstutzen mit Schieber für die Reaktorentleerung (69). Sämtliche Substratführenden Einrichtungen welche unterhalb des Füllstandes (33) angeordnet sind, entleeren sich über eine konstruktiv angeordnete Neigung (72) zu diesem untersten Punkt.

[0043] Bei Servicearbeiten oder bei einer Notentleerung kann der gesamte Inhalt der Verölungsanlage in das Auffanggefäss (70) eingeleitet werden.

[0044] Der Umfang der Schutzrechtsansprüche (86) ist eingegrenzt und bezieht sich ausschliesslich auf die Verölungsanlage (1) und Funktionsrelevante Teile des Quenchers (122). Verfahrenstechnische Anlageteile ausserhalb des Umfangs der Schutzansprüche (86) entsprechen dem Stand der Technik (87).

[0045] In den nachfolgenden Fig. 4 bis 9 beziehen sich die Bezeichnungen der Schnitte A–A bis D–D in Fig. 1 .

[0046] Die Fig. 4 zeigt den Schnitt A–A durch den Gas- und Flüssigkeitsdom (65) den beiden Umwälzleitungen (81) und Schraubenpumpen (73), sowie dem Schraubenschaufler (45).

[0047] Damit immer sichergestellt ist, dass durch die Auf- und Abbewegungen des Füllstandes (33) ständig die Überdeckung der Umwälzleitungen (81) mit dem heissen Ölgemisch (57) gewährleistet ist, bezieht sich die Abmessung (104) auf den Durchmesser der Schraubenpumpe (73) und die Abmessung (105) auf den Durchmesser der Schraubenpumpe (45).

[0048] Die Fig. 5 zeigt die Schnitte B–B durch den oberen Teil des Eintragsförderer (21) und der Pressspirale (8) des Materialeintragsvorrichtung (1.1) und der Förderspirale (38) in der Entgasungsvorrichtung und Schwebstoffaustrag (35), ausgeführt als seelenlose Spirale mit einem freien Durchgang (102) zur Durchleitung der Gase (40) und Austrag der ausgepressten Luft (5).

[0049] Die Fig. 6 zeigt den Schnitt C–C durch den untern Teil des Eintragsförderers (21) welcher als Förderschnecke (24.1) ausgebildet ist, bestehend aus einer Förderspirale (23) mit Zentralrohr (24).

[0050] Die Fig. 7 zeigt den Schnitt E–E durch die Schneckenpumpe (73) bei welcher der Rotor (80.2) aus einem Zentralrohr (80.1), umfasst von einer Schraubenspindel (80), welche im feststehenden Pumpengehäuse (74) in Form von einem Mantelrohr geführt ist, welches wiederum von einem Heizmantel (75) umfasst ist, in welchem ein flüssiges Heizmedium (76) zirkuliert und den Wärmeeintrag (91) in den Zirkulationskreislauf (82) des heissen Ölgemischs (57) sicherstellt.

[0051] Durch das heisse Ölgemisch (57) und den an den Heizflächen sich bildenden Kohlenstoffaufbau (99) deren Schichtstärke (103) durch die durch die Drehbewegung des Rotors (80.2) und dem Rotordurchmesser begrenzt wird, bildet sich eine dauerhaft geschmierte Lauffläche zwischen dem Pumpengehäuse (74) und dem Rotor (80.2).

[0052] Die Fig. 8 und 9 zeigen die Funktionen des langsam drehenden Schraubenschauflers (52), welcher schräg liegend angeordnet ist und deren Funktion in der Figur 1 bis 3 unter der gleichnamigen Rubrik beschrieben ist.

[0053] Der Schraubenschaufler (52) besteht aus einer am unteren Ende liegenden Antriebs (51), welcher hier als Elektrogetriebemotor dargestellt ist und über die Wellendurchführung mit Flüssigkeitsdichtung den Schraubenschaufler (52) mit einer regulierbaren Drehzahl zwischen ca. 0.3 bis 1.5 Upm in eine Drehrichtung (A) mit der Hauptförderrichtung (A) bewegt.

[0054] Der Schraubenschaufler (52) besteht aus einer seelenlosen Spirale (92) und mindestens drei Stück auf dem Umfang verteilte Schaufeln (93), welche mit der Spirale (92) verschweisst sind, dabei haben die Schaufeln eine Doppelfunktion zu erfüllen, zum ersten bei den hohen Temperaturen von über 360 bis 400 °C die Spirale (92) zu verstärken und zweitens in das heisse Ölgemisch (57) Scherkräfte einzubringen um grosse Gasblasen (58.1) welche sich durch den Auftrieb zwischen dem Oberteil der Spirale (92) und dem obenliegenden Mantelrohrs (46) bilden, laufend aufzulösen und in die nächste (58.3) zwischen den Spiralwendeln zu verschieben (58.2) und weiter durch die Drehbewegung der Spirale (92) in den Gas-und Flüssigkeitsdom (56) zu fördern.

[0055] Der Schraubenschaufler (52) ist umfasst von dem Mantelrohr (46) und dieses wiederrum von einem Heizmantel (47) indem ein flüssiges Heizmedium (48) in der Gegenrichtung zur Hauptförderrichtung (53) des Schraubenschauflers fliesst.

[0056] Durch den Wärmeeintrag (91) durch das Mantelrohr (46) in das heisse Ölgemisch (57), bildet sich an den Heizflächen ein Kohlenstoffaufbau (99) deren Schichtstärke (103) durch die Drehbewegung des Schraubenschauflers (52) und dessen Durchmesser begrenzt wird, indem Überstände durch die Spirale (92) abgetragen werden und zusammen mit den Feststoffen (54) und Schwerstoffen (101) als Austragsgut (100) zum Feststoffabwurf (55) gefördert wird.

[0057] Wie auch bei der Schneckenpumpe (73) bildet sich der Kohlestoffaufbau (99) zusammen mit dem heissen Ölgemisch eine dauerhaft geschmierte Lauffläche zwischen der Innenwandung (46.1) des Mantelrohrs (46) und der darauf gleitenden Spirale (92) des Schraubenschauflers (52).

[0058] Bei der Ausbildung des Schraubenschauflers (52) ist es vorteilhaft wenn die Blatthöhe (94) der Spirale (92) und die Stärke (98) die gleiche Abmessungen und Querschnitt aufweisen wie die Schaufeln (93). Dabei beträgt der Abstand (95) zwischen Aussenradius der Spirale (92) 50% von der Profilhöhe (94) und ragt dementsprechend mit der Teilung (96) in den freien Durchgang (102) hinein.

[0059] Durch diese Anordnung der Schaufel (93) und dem Freiraum zwischen dem untenliegenden Teil des Mantelrohrs (46) mit dem Abstand (95) verbleiben die Schwerstoffe (54) im untenliegenden Teil des Mantelrohrs (46) liegen und werden durch die langsame Drehzahl des Schraubenschauflers (52) nicht aufgewirbelt und schonend zum Feststoffaustrag (62) gefördert.

[0060] Die Fig. 10 zeigt einen Quencher (112) auch Sprühkühler (107) genannt, in welchem die ca. 320 bis 400 °C heissen Crackgase (58) im Sprühkühler (107) mit dem gekühlten eigenerzeugten Produktöl (115) schlagartig abgekühlt und dadurch die kondensierbaren Anteile zu Flüssigbrennstoff in Form von Produktöl (115) und die nichtkondensierbaren Anteile zu Brenngasen getrennt werden.

[0061] Das abgekühlte Flüssigprodukt (111) wird durch die Umwälzpumpe (118) angesaugt und im Wärmetauscher (119) über die Kälteerzeugung (120) und dem Kältekreislauf (120.1) abgekühlt und im Sprühkühler (107) über eine Sprühkühldüse (108) zu einem Sprühfilm (109) versprüht, durch welchen die ca. 320 bis 380 °C heissen Crackgase schlagartig abgekühlt werden.

[0062] In der nachgeschaltenen Abtauchung über das Tauchrohr (112) mit einer definierten Länge der Abtauchung (117.2) ab Oberkante des Überlaufniveaus (113),kann die definierte Saughöhe (117.1) die gewünschte Vakuumerzeugung (61) an der aufsteigenden Wassersäule, das Vakuumniveau (116) in mbar eingestellt werden.

[0063] Mit dem kondensierten Produktöl (115) werden aus dem Sprühkühler (107) auch die nichtkondensierbaren Brenngase (121) mitgerissen und verlassen den Flüssigproduktbehälter (110) über den Gasabzug (112.1).

Bezugszeichenliste

[0064] <tb>1<SEP>Verölungsanlage <tb>1.1<SEP>Materialeintragsvorrichtung <tb>2<SEP>Eintragsbehälter <tb>3<SEP>Eintragsgut <tb>4<SEP>Katalysatoren <tb>5<SEP>Luft <tb>6<SEP>Antrieb <tb>7<SEP>Mantelrohr <tb>8<SEP>Pressspirale <tb>9<SEP>Winkellänge <tb>10<SEP>Förderrichtung <tb>10.1<SEP>Gemisch <tb>11<SEP>Stickstoff <tb>12<SEP>Absaugleitung <tb>13<SEP>02-Messung <tb>14<SEP>Vakuumpumpe <tb>15<SEP>Antrieb <tb>16<SEP>Luft-Stickstoffgemisch <tb>17<SEP>Absperrschieber <tb>18<SEP>Mantelrohr <tb>19<SEP>Presszapfen <tb>20<SEP>Pressstrecke <tb>21<SEP>Eintragsförderer <tb>22<SEP>Antrieb <tb>23<SEP>Förderspirale <tb>24<SEP>Zentralrohr <tb>24.1<SEP>Förderschnecke <tb>25<SEP>Mantelrohr <tb>26<SEP>Raspelzone <tb>27<SEP>Förderrichtung <tb>28<SEP>Gesamtlänge der Fördermittel <tb>29<SEP>Förderspirallänge <tb>30<SEP>Förderschneckenlänge <tb>31<SEP>Abtauchung <tb>32<SEP>Abstand <tb>33<SEP>Füllstand <tb>34<SEP>Schmelzbehälter <tb>34.1<SEP>Schmelzbehälterwandung <tb>34.2<SEP>Deckel <tb>35<SEP>Entgasungsvorrichtung und Schwerstoffaustrag <tb>36<SEP>Antrieb <tb>37<SEP>Mantelrohr <tb>38<SEP>Förderspirale <tb>39<SEP>Förderrichtung <tb>40<SEP>Gase <tb>41<SEP>Schwimmstoffe <tb>42<SEP>Steuerung <tb>43<SEP>Niveausteuerung <tb>44<SEP>Förder- und Drehzahlüberwachung <tb>45<SEP>Entgasungs- und Schlackentrocknungszone <tb>46<SEP>Mantelrohr <tb>46.1<SEP>Innenwandung <tb>47<SEP>Heizmantel <tb>48<SEP>Heizmedium <tb>49<SEP>Eingang <tb>50<SEP>Ausgang <tb>51<SEP>Antrieb <tb>52<SEP>Schraubenschaufler <tb>52.5<SEP>Rotor <tb>53<SEP>Hauptförderrichtung <tb>54<SEP>Feststoffe <tb>55<SEP>Feststoffabwurf <tb>56<SEP>Gas- und Flüssigkeitsdom <tb>57<SEP>Heisses Ölgemisch <tb>57.1<SEP>Gaschromatorgraph <tb>57.2<SEP>Datenübertragung <tb>58<SEP>Crackgase <tb>58.1<SEP>Gasraum <tb>58.1.1<SEP>Grosse Gasblasen <tb>58.2<SEP>Verschieben <tb>58.3<SEP>Kammer <tb>59<SEP>Gasdom <tb>60<SEP>Gaskühler und Kondensatoren <tb>61<SEP>Vakuumerzeugung <tb>62<SEP>Feststoffaustrag <tb>63<SEP>Schleuse <tb>64<SEP>Absperrschieber <tb>65<SEP>Kälteeintrag <tb>66<SEP>Steuerung <tb>67<SEP>Kalter Feststoff <tb>67.1<SEP>Koks oder Holzkohle <tb>68<SEP>Feststoffaufbereitung <tb>69<SEP>Reaktorentleerung <tb>70<SEP>Auffanggefäss <tb>71<SEP>Horizontale <tb>72<SEP>Neigung <tb>73<SEP>Schraubenpumpe <tb>74<SEP>Pumpengehäuse <tb>75<SEP>Heizmantel <tb>76<SEP>Heizmedium <tb>77<SEP>Heizmedium-Eintrag <tb>78<SEP>Heizmedium-Austrag <tb>79<SEP>Antrieb <tb>80<SEP>Schraubenspindel <tb>80.1<SEP>Zentralrohr <tb>80.2<SEP>Rotor <tb>81<SEP>Umwälzleitung <tb>82<SEP>Zirkulationskreislauf <tb>82.1<SEP>gegenläufige Strömung <tb>82.2<SEP>gegenläufige Strömung <tb>82.3<SEP>Umwälzmenge <tb>83<SEP>Verwirbelung <tb>84<SEP>Förder- und Drehzahlüberwachung <tb>85<SEP>Temperatursteuerung <tb>86<SEP>Umfang Schutzrechtsansprüche <tb>87<SEP>Stand der Technik <tb>88<SEP>Gesamtlänge <tb>89<SEP>Trocknungszone <tb>90<SEP>Wirklänge <tb>91<SEP>Wärmeeintrag <tb>92<SEP>Spirale <tb>93<SEP>Schaufeln <tb>94<SEP>Profilhöhe <tb>95<SEP>Abstand <tb>96<SEP>Teilung <tb>97<SEP>Spiralhöhe <tb>98<SEP>Stärke <tb>99<SEP>Kohlenstoffschicht <tb>99.1<SEP>Überzähne <tb>100<SEP>Austragsgut <tb>101<SEP>Schwerstoffe <tb>102<SEP>Freier Durchgang <tb>103<SEP>Schichtstärke <tb>104<SEP>Abmessung <tb>105<SEP>Abmessung <tb>105.1<SEP>Abmessung <tb>106<SEP>Crackgasleitung <tb>107<SEP>Sprühkühler <tb>108<SEP>Sprühkegel <tb>109<SEP>Sprühfilm <tb>110<SEP>Flüssigproduktebehälter <tb>111<SEP>Flüssigprodukt <tb>112<SEP>Tauchrohr <tb>112.1<SEP>Gasabzug <tb>113<SEP>Überlaufniveau <tb>114<SEP>Überlauf <tb>115<SEP>Produktöl <tb>115.1<SEP>Flüssigkraftstoff <tb>116<SEP>Vakuumniveau <tb>117<SEP>Vakuum <tb>117.1<SEP>Saughöhe <tb>117.2<SEP>Abtauchung <tb>118<SEP>Umwälzpumpe <tb>119<SEP>Wärmetauscher <tb>120<SEP>Kälteerzeugung <tb>120.1<SEP>Kälteerzeugung <tb>121<SEP>Brenngase <tb>122<SEP>Quencher <tb>123<SEP>Kühlwasser Vorlauf <tb>124<SEP>Kühlwasser Rücklauf

Claims (36)

1. Verfahren zur Pyrolyse von kohlenstoffhaltiger Organik, aufgelöst in einem heissen Ölbad (57) im Temperaturbereich zwischen 280 bis 400 °C unter Vakuum (117) und Sauerstoffabschluss (12.1) mit Beigabe von Katalysatoren (4) zur Erzeugung von Flüssigkraftstoffen (115.1), Koks oder Holzkohle (67.1) und Brenngasen (121) zur Deckung der Prozessenergie.

2. Verfahren nach dem Patentanspruch 1, wobei im geneigt (72) angeordneten Pyrolysereaktor (52.1), im ein- und demselben Reaktorraum (52.2) das Schmelzen und Verdampfen zu Crackgasen (58) und das Trocknen der Feststoffe (54) unter einem definierten Vakuum (117) erfolgt.

3. Verfahren nach dem Anspruch 2, wobei der Materialeintrag (10.2) in dem geneigtem (72) Pyrolysereaktor (52.1), am untersten Punkt (52.3) und der Abwurf der Feststoffe (54) und Abzug der Crackgase (58), am obersten Punkt (52.4) erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei sämtliche miteinander Verbundenen Anlagenteile der Verölungsanlage (1), wie der Eingangsförderer (21), der Mischer (34), die Entgasungsvorrichtung (35), der Schraubenschaufler (52), der Gas- und Flüssigkeitsdom (56), die Entgasungs- und Schlackentrocknungszone (45) und die beiden Schraubenpumpen (73) als kommunizierende Gefässe mit dem heissen Ölgemisch (57) überlagert sind und einen gemeinsamen Füllstand (33) und eine gemeinsame, am untersten Punkt liegende Reaktorentleerung (69) aufweisen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei der Pyrolysereaktor (52.1) als Schraubenschaufler ausgebildet ist und über die gesamte Länge (88) von einem Heizmantel umfasst ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei der Schraubenschaufler (52) durch die niedere Drehzahl des Rotors (52.5) von ca. 0.3 bis max. 1.5 Upm absätzige Schwerstoffe (101) und Feststoffe (54) durch die Spirale (92) des Schraubenschauflers (52) verwirbelungsfrei über die Trocknungszone (89) zum Feststoffabwurf (55) fördert.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei in der Entgasungs- und Trocknungszone (45) oberhalb Flüssigkeits-Füllstandes (33) sich eine Trocknungszone (89) anschliesst, welche über den Heizmantel (47) auf 320 bis 400 °C erwärmt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, wobei in der beheizten Trocknungszone (89) die feuchten Schwerstoffe (101) und Feststoffe (54) über die heisse Innenwand (46.1) befördert werden, bevor diese in den Feststoffabwurf gelangen.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei im Gas- und Flüssigkeitsdom (56) die aus dem heissen Ölgemisch (57) aufsteigenden Crackgase (58) unter dem angelegten Vakuum (117) über den Gasraum (58.1) und Gasdom (59) zur Kondensierung und Vakuumerzeugung, einer Quenche (122) zugeführt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 9, wobei im als Sprühkühler (107) ausgebildeten Quencher (122), durch die schlagartige Abkühlung der heissen Crackgase (58) auf ca. + 20 °C, bildet sich durch die Gasvolumenverringerung ein Vakuum (117), welches über die definierte Länge der Abtauchung (117.2) und der Saughöhe (117.1) im Flüssigproduktebehälter (110) eingestellt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, wobei im Gas- und Flüssigkeitsdom (56) das heisse Ölgemisch (57) unterhalb des Füllstandes (33) über die abgetauchten Umwälzleitungen (81) mit einem manometrischen Vordruck, vertikal dreimal der Abmessung (104) plus einmal der Abmessung (105) in die Schraubenpumpen (73) fliesst und der horizontale Abstand zwischen den Schraubenpumpen (73) dreimal der Abmessung (105) entspricht.

12. Verfahren nach dem Anspruch 11, wobei die beiden Schraubenpumpen (73) Druckseitig tangential in versetzter Höhe zueinander um die Abmessung (105) in den Mischbehälter (35) münden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei die Abmessung (105.1) des runden Mischbehälters (34) 2 Mal der Abmessung (105) und die Höhe (105.2) dreimal der Abmessung (105) entspricht.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, wobei durch die Gegenläufige Strömung (82.1 und 82.2) um den Eintragsförderer (21) Scherkräfte und Verwirbelungen (83) in den Mischbehälter (34) eingebracht werden.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 14, wobei die Schraubenpumpen (73) über die Wirklänge (90) des Pumpengehäuse (74) von einem Heizmantel (75) umfasst sind, indem ein flüssiges Heizmedium (76) fliesst und den Zirkulationskreislauf (82) bestehend aus dem heissen Ölgemisch (57) auf die Cracktemperatur von 320 bis 380 °C erhitzt und damit im Mischbehälter, das über den Eintragsförderer (21) eingebrachte Gemisch (10.1) aufschmilzt und in Lösung bringt.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei durch den aufgesetzten Flüssigkeitsdom (57.3) zwischen dem Pyrolysereaktor (52.1) und den beiden Umwälzleitungen (81) die Schwerstoffe (101) absinken als sedimentierte Feststoffe (54) sich am Boden des Schraubenschauflers (52) absetzen.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei durch die volumetrisch förderten Schraubenpumpen (73) sich ein Zirkulationskreislauf (82) des heissen Ölgemischs einstellt.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 17, wobei über den Heizmantel (75) der Schraubenpumpen (73) der primäre dynamische Wärmeeintrag (91) erfolgt und über den Heizmantel des Schraubenschauflers (52) die Abstrahlungsverluste kompensiert werden.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, wobei auf ein Teil zugeführtes Frisch-Materialeintrag (10.2) oder Gemisch (10.2) im Minimum die zehnfache Umwälzmenge (82.3) an heissem Ölgemisch (57) und im Maximum die dreissigfache Umwälzmenge in dem Mischbehälter (34) zugegeben wird.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 13, wobei der Gasraum (58.1) des Gas- und Flüssigkeitsdoms (56) über die geneigte (72) Entsorgungsvorrichtung und Schwebstoffaustrag (35) räumlich mit dem Mischbehälter (34) verbunden ist.

21. Verfahren nach dem Anspruch 13 und 20, wobei die aufsteigenden Gase (40) und Schwimmstoffe (41) im Mischbehälter (34) über die im Mantelrohr (37) geführte Förderspirale (38) in den höher gelegenen Gasraum (58.1) den Gas- und Flüssigkeitsgasdom (56) gefördert werden.

22. Verfahren nach dem Patentanspruch 2 und 16, wobei dem Rotor (52.5) des geneigten (72) Schraubenschauflers (52) über die Drehrichtung (53.1) und die Hauptförderrichtung (53) der Spirale (92), die Feststoffe (54) und Schwerstoffe (101) vom untersten Punkt (52.3) zum oberen Punkt (52.4) fördert.

23. Verfahren nach dem Anspruch 17 und 18, wobei durch den Wärmeeintrag (91) an der Innenwandung (46.1) des Schraubenschauflers (52), sich eine Kohleschicht (99) aufbaut und die Schichtstärke (103) den Aussendurchmesser der Spirale (99) des Rotors (52.5) begrenzt wird.

24. Verfahren nach dem Anspruch 23, wobei Überzähne (99.1) durch die Drehbewegung (53.1) des Rotors (52.5) durch die Spirale (92) abgetragen und als Austragsgut (100) in die Hauptförderrichtung (53) zum Feststoffabwurf (54) gefördert werden.

25. Verfahren nach den Ansprüchen 23 und 24, wobei die Kohlenstoffschicht (99) zusammen mit dem heissen Ölgemisch (57) eine dauerhaft geschmierte Lauffläche zwischen der Innenwandung (46.1) und der darauf geleitenden Spirale (99) des Rotors (52.5) bildet.

26. Verfahren nach den Ansprüchen 24 und 25, wobei der Rotor (80.2) der Schraubenpumpe (73) auf einer Kohlenstoffschicht gleitet, welche sich am Pumpengehäuse (74) durch Wärmeeintrag (91) aufbaut und aus nichtverflüssigbaren Kohlenstoffverbindungen besteht und zusammen mit dem heissen Ölgemisch (57) eine dauerhafte, geschmierte Lauffläche zwischen dem Pumpengehäuse (74) und dem Rotor bildet.

27. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei durch die Neigung (72) des Schraubenschauflers (52) sich im oberen Bereich der Spirale (92) bildenden Gasblasen (58.1.1) durch die Drehung in Drehrichtung (53.1) der Schaufeln (93) diese verdrängt und die Gasblasen (58.1.1) in die nächstfolgende Kamme (58.3) über den freien Durchgang (102) in der Hauptförderrichtung (53) verschoben (58.2) werden.

28. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 27, wobei der Rotor (52.5) des Schraubenschauflers (52) aus einer Spirale (92) besteht, welche mit mindestens drei Stück durch Schweissung verbundene Schaufeln (93) bestückt ist.

29. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 28, wobei die Schaufeln (52) als Distanzhalter und statische Verstärkung der Spirale (92) dienen um bei Umgebungstemperaturen von über400 °C ein Einknicken und Weichwerden der seelenlosen Spirale vorzubeugen.

30. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 29, wobei die Profilstärke (98) und Profilhöhe (94) bei der Spirale (92) und den Schaufeln (52) identisch ist.

31. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 30, wobei die Schaufeln (93) in der Profilhöhe (94) in der gleichen Teilung (96) in der Spirale eingelassen sind.

32. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei durch den Aufbau des Presszapfens (19) die im Gemisch (10.1) komprimierte Luft (5) über den Austragsbehälter (2) ausgetragen wird.

33. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 32, wobei vor der Pressstrecke (20) über ein Regelventil, Stickstoff (11) in das lockere Gemisch (10.1) eingegeben wird und über die Vakuumpumpe (14) mit drehzahlgeregeltem Antrieb (15) angefeuert über die O2-Messung (13) der verbliebene Sauerstoff als Luft-Stickstoffgemisch (16) ausgetragen wird.

34. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, wobei der Füllstand (33) über die Niveausteuerung (43) und über die Förder- und Drehzahlüberwachung (44) die Antriebe (6 und 22) der Materialeintragsvorrichtung (1.1) und Eintragsförderer (21) die Zuführung des Gemisches (10.1) geregelt wird.

35. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 34, wobei mit dem Gaschromatograph (57.1) die Inhaltsstoffe des heissen Ölgemischs (57) überwacht und die Zudosierung der Katalysatoren (4) über die Datenübertragung (57.2) geregelt wird.

36. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,15 und 17, wobei mit der Temperatursteuerung (85) im Mischbehälter (34) die Drehzahl der Schraubenpumpen (73) und die Menge und Temperatur des Heizmediumeintrags (77) geregelt wird.