DD228418A3

DD228418A3 - PROCESS FOR THE PYROLYSIS AND DRY STILLATION OF CARBONATED RAW AND WASTE MATERIALS

Info

Publication number: DD228418A3
Application number: DD23693782A
Authority: DD
Inventors: Bernd Kulbe; Werner Kubick; Klaus Hoppe; Rolf Hartmann; Guenther Kern
Original assignee: Chemieanlagenbau Kom Veb
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1985-10-09

Abstract

Die Erfindung ist einsetzbar zur Aufbereitung von Altreifen, Plastabfaellen und -rueckstaenden aus der Kohle- und Erdoelverarbeitung zwecks Weiterverwendung fester, fluessiger und gasfoermiger Produkte. Ziel der Erfindung ist die Aufarbeitung von Roh- und Abfallstoffen fuer eine Wiederverwendung der Grundstoffe und eine Entlastung der Umwelt. Die Aufgabe besteht darin, den Reaktionsraum thermisch und hydraulisch voll zu nutzen und eine, bezogen auf das Ausgangsprodukt, abproduktfreie Pyrolyse zu gewaehrleisten. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass das Wirbelgas auf Pyrolysetemperatur erwaermt, mit reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen gemischt und wechselweise ueber den gesamten Querschnitt oder in Intervallen zielgerichtet in bestimmte Regionen der Wirbelschicht hoehenbegrenzt eingegeben wird. Damit erfolgt im unteren Bereich ueber den gesamten Querschnitt der Wirbelschicht eine Pulsation, waehrend der obere Bereich derselben pulsationsfrei arbeitet. Das gebildete Feststoff-Gas-Dampf-Gemisch einschliesslich Wirbelgas wird von der prozesseigenen Feststofffraktion vorgereinigt, mit hochsiedenden prozesseigenen Fluessigkeitsprodukten feingereinigt und das bei der Feinreinigung entstandene Fluessigkeit-Feststoff-Gemisch dem Pyrolyseprozess wieder zugefuehrt. FigurThe invention can be used for the treatment of used tires, plastic wastes and residues from coal and petroleum processing for the purpose of the further use of solid, liquid and gaseous products. The aim of the invention is the processing of raw materials and waste materials for reuse of the raw materials and a discharge of the environment. The object is to fully utilize the reaction space thermally and hydraulically and to ensure a pyrolysis, which is free from waste products, based on the starting product. According to the invention, this is achieved by heating the fluidizing gas to the pyrolysis temperature, mixing it with reaction-influencing components and alternately inputting it in a targeted manner into certain regions of the fluidized bed over the entire cross-section or at intervals. This results in a pulsation in the lower area over the entire cross section of the fluidized bed, while the upper area of the same operates pulsation-free. The solid-gas-vapor mixture formed, including fluidizing gas is prepurified by the process's own solids fraction, finely purified with high-boiling process-own liquid products and the resulting liquid-solid mixture in the fine cleaning again fed to the pyrolysis process. figure

Description

Synchron hierzu wird das Wirbelgas mit reaktionsbeeinflussenden Komponenten ergänzt, die die Bildung niedermolekularer Verbindungen forcieren und die Bildung hochmolekularer Verbindungen hemmen.Synchronously, the fluidizing gas is supplemented with reaction-influencing components that promote the formation of low molecular weight compounds and inhibit the formation of high molecular weight compounds.

In der Folge werden die Pyrolyseprodukte nach Verlassen des Reaktorraumes von Feststoffbestandteilen vorgereinigt, im weiteren Verlauf mit vorzugsweise prozeßeigenen Flüssigkeitsprodukten feingereinigt, wobei das erhaltene Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch zur weiteren Aufspaltung in den Pyrolyseprozeß zurückgeführt wird. Die Feststoff reaktion wird in der Reinigungsstufe, die Flüssigkeitsfraktion in der Kondensationszone aus dem Produktstrom ausgeschieden. Anfallende gasförmige Bestandteile der Pyrolyseprodukte werden zur energetischen Eigenversorgung des Prozesses und als Wirbelgas eingesetzt. As a result, the pyrolysis products are precleaned after leaving the reactor chamber of solid components, finely purified in the course with preferably process own liquid products, wherein the resulting liquid-solid mixture is recycled for further splitting in the pyrolysis process. The solid reaction is eliminated in the purification stage, the liquid fraction in the condensation zone from the product stream. Accumulating gaseous components of the pyrolysis products are used for energetic self-supply of the process and as a fluidizing gas.

embodiment

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The inventive method will now be explained in more detail with reference to an embodiment.

Die zu pyrolysierenden Produkte werden in den Reaktionsraum eingetragen, wobei großstückige Roh- und Abfallstoffe 11 von oben der Wirbelschicht 8, kleinstückige oder fluide Abfallstoffe 12 hingegen der Wirbelschicht 8 direkt zugeführt werden. Durch ein Schleusensystem 23 läßt sich der Austritt des Feststoff-Gas-Dampf-Gemisches 13 aus dem Reaktor 1 beziehungsweise der Lufteintritt in denselben verhindern. Das Wirbelgas 21 wird je nach Zielproduktpalette mit einer Temperatur zwischen 500 bis900°C in den Reaktor !-eingespeist. Parallel dazu kann das auf die notwendige Einsatztemperatur erhitzte Wirbelgas 21 noch eine Anreicherung mit reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen 24 erhalten, um die Bildung hochmolekularer Verbindungen einzuschränken. Als solche eignen sich vorzugsweise Rauchgase, Stickstoff und andere bei einem Mischverhältnis des Wirbelgases 21 zu den reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen 24 gleich oder größer 1. Die für die Pyrolyse notwendige Reaktionsenthalpie 22 wird an das Wirbelmedium unmittelbar im Reaktor 1 übertragen. Zur Stabilisierung der Wirbelschicht 8 erfolgt die Eingabe des Wirbelgases 21 über den gesamten Querschnitt derselben pulsierend. Dabei ist für die Wirbelgasverteilung eine Dichte der Aufgabenpunkte zwischen 100 bis 300 pro m² vorgesehen. Während die Pulsation nur den unteren Bereich 9 der Wirbelschicht 8 erfaßt und die Höhe der Pulsationszone kleiner 75% der gesamten Wirbelschichthöhe beträgt, bleibt der obere Bereich 10 pulsationsfrei. Für die Pulsation eignet sich eine Frequenz zwischen 0,3 bis 3 Sekunden. Bei diesem Vorgang kann der gesamte Querschnitt der Wirbelschicht 8, es können aber auch nur einzelne Sektionen von dieser betroffen sein. Als Wirbelmedium läßt sich zum Beispiel im Falle von Altreifen als großstückiger Roh- und Abfallstoff 11 eine prozeßeigene Feststofffraktion 14 einsetzen. Die Klassierung der Feststoffe erfolgt in der Wirbelschicht 8. Bei Einsatz prozeßfremder Wirbelmedien werden deren Wirbeleigenschaften mit den durch die Prozeßbedingungen hervorgerufenen Oberflächenschichten beeinflußt. Nach der einsetzenden Kontaktierung von Roh- und Abfallstoffen mit der pulsierenden Wirbelschicht 8 beginnt der Pyrolyseprozeß, aus dem ein Feststoff-Gas-Dampfgemisch 13 aus dem Reaktor 1 mit Reaktionstemperatur austritt. Nicht pyrolysierbare Produkte 25 der Roh- und Abfallstoffe verbleiben in der Wirbelschicht 8 und werden periodisch ausgeschleust.The products to be pyrolyzed are introduced into the reaction space, wherein large-scale raw and waste materials 11 from above the fluidized bed 8, small-sized or fluid waste 12, however, the fluidized bed 8 are fed directly. Through a lock system 23, the outlet of the solid-gas-vapor mixture 13 from the reactor 1 or the air inlet can be prevented in the same. The fluidizing gas 21 is - depending on the target range of products with a temperature between 500 to 900 ° C in the reactor! - fedes. At the same time, the fluidizing gas 21 heated to the required operating temperature can still be enriched with reaction-influencing components 24 in order to limit the formation of high molecular weight compounds. As such, preferably flue gases, nitrogen and others are at a mixing ratio of the fluidizing gas 21 to the reaction-influencing constituents 24 equal to or greater than 1. The reaction enthalpy 22 necessary for the pyrolysis is transferred to the fluidizing medium directly in the reactor 1. To stabilize the fluidized bed 8, the input of the fluidizing gas 21 over the entire cross section thereof is pulsating. In this case, a density of task points between 100 to 300 per m ^{2 is} provided for the fluidizing gas distribution. While the pulsation covers only the lower region 9 of the fluidized bed 8 and the height of the pulsation zone is less than 75% of the total fluidized bed height, the upper region 10 remains pulsation-free. For the pulsation, a frequency between 0.3 to 3 seconds is suitable. In this process, the entire cross section of the fluidized bed 8, but it can also be affected only by individual sections of this. As a fluidizing medium, for example in the case of used tires as a large piece of raw and waste material 11, a process-specific solids fraction 14 can be used. The classification of the solids takes place in the fluidized bed 8. When using non-process fluidized media their Wirbeleigenschaften be influenced by the surface conditions caused by the process conditions. After the incipient contacting of raw materials and waste with the pulsating fluidized bed 8, the pyrolysis process begins, from which a solid-gas-vapor mixture 13 exits the reactor 1 at the reaction temperature. Non-pyrolyzable products 25 of the raw materials and waste materials remain in the fluidized bed 8 and are discharged periodically.

Das aus dem Reaktor 1 austretende Feststoff-Gas-Dampf gemisch 13 wird in einer Vorreinigungsstufe 3 weitgehend von der prozeßeigenen Feststofffraktion 14 unter Reaktionstemperaturbedingungen gereinigt. In der nachfolgenden Feinreinigungsstufe 4; 5, die als kombinierte Naßentstaubung und Teilkondensationsprozeßstufe arbeitet, wird die restliche prozeßeigene Feststofffraktion 14, deren Anteil maximal 15% beträgt, mit hochsiedender prozeßeigener Fraktion 17 oder hochsiedender prozeßfremder Fraktion 18 ausgewaschen.The solid-gas-vapor mixture 13 leaving the reactor 1 is largely purified in a pre-purification stage 3 from the process-own solids fraction 14 under reaction-temperature conditions. In the subsequent fine cleaning stage 4; 5, which operates as a combined wet dedusting and partial condensation process stage, the remaining process-own solids fraction 14, the proportion of which is at most 15%, is washed out with high-boiling process-own fraction 17 or high-boiling process-external fraction 18.

Das bei der Feinreinigung 4; 5 anfallende Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 15 wird zur erneuten Pyrolyse in den Reaktor 1 zurückgeführt. Dabei kann dieses Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 15 kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Reaktor 1 mit den zu pyrolysierenden Roh- und Abfallstoffen zugleich oder unabhängig von diesen eingespeist werden. Das die Feinreinigung 4; 5 verlassende Gas-Dampf-Gemisch 16 wird nachfolgend stufenweise im Kondensator 6 und der Waschkolonne 7 kondensiert, und hierbei werden die flüssigen Pyrolyseprodukte 19 aus dem Prozeß ausgeschleust. Das nichtkondensierte prozeßeigene Pyrolysegas 20 hingegen wird als Wirbelgas 21 sowie als Energieträger für die Bereitstellung der Reaktionsenthalpie 22 und für die Vorwärmung des Wirbelgases 26 in der Vorwärm kammer 2 eingesetzt. Als Wirbelgas 21 kommt prozeßeigenes Pyrolysegas 20 zum Einsatz, wobei der Anteil am Gesamtprozeßgas konstant ist. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die Erwärmung des Wirbelgases 21 auf beziehungsweise über die Reaktionstemperatur Vorreaktionen möglich sind, wodurch eine Beeinträchtigung der Endprodukte der Pyrolyse in qualitativer und quantitativer Form erreicht wird. Dieser Prozeß wird noch dadurch beeinflußt, daß die Wirbelschicht 8 vollständig über die gesamte Höhe für die Pyrolyse genutzt werden kann, wobei durch die gezielte Vorwärmung des Wirbelgases 26 mit oder ohne Zugabe von reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen 24 außerhalb des Reaktors 1 und die Zuführung der erforderlichen Reaktionsenthalpie 22 im Reaktor 1 die Voraussetzungen für eine exakte Regelung der Pyrolysetemperatur und somit für eine produktorientierte Fahrweise gegeben sind. Die Zahl der pro m² festgelegten Wirbelgasaufgabepunkte bietet in Verbindung mit der begrenzten Pulsation die Gewähr für eine gleichmäßige Arbeitsweise der Wirbelschicht 8 über den gesamten Querschnitt. Weiterhin wird die Stabilität der Wirbelschicht 8 durch die bewußte Regelung der Pulsationsfrequenz verbessert, und außerdem tritt durch die Begrenzung der Pulsation auf maximal 75% der Wirbelschichthöhe keine Störung der Wirbelschicht 8 durch Kanalbildung auf. Darüber hinaus garantiert die Klassierung des Wirbelmediums im Reaktor 1 günstige Voraussetzungen für die Arbeitsweise der Wirbelschicht 8. In diesem Zusammenhang ist auch noch hervorzuheben, daß die pulsierende Einspeisung des Wirbelschichtgases 21 zur Zerstörung von Konglomeraten des Wirbelmediums unter selbsttätigem Reinigen der Ausströmöffnungen des Wirbelgases 21 im Bereich der Aufgabe beiträgt.The fine cleaning 4; 5 resulting liquid-solid mixture 15 is returned to the re-pyrolysis in the reactor 1. In this case, this liquid-solid mixture 15 can be fed continuously or discontinuously into the reactor 1 with the raw materials and waste materials to be pyrolyzed at the same time or independently of these. The fine cleaning 4; 5 leaving gas-vapor mixture 16 is subsequently condensed in stages in the condenser 6 and the scrubbing column 7, and in this case the liquid pyrolysis products 19 are discharged from the process. The non-condensed process own pyrolysis gas 20, however, is used as a fluidizing gas 21 and as an energy source for providing the reaction enthalpy 22 and for the preheating of the fluidizing gas 26 in the preheating chamber 2. As the fluidizing gas 21 process own pyrolysis 20 is used, wherein the proportion of the total process gas is constant. The advantages of the invention are that by the heating of the fluidizing gas 21 at or above the reaction temperature pre-reactions are possible, whereby an impairment of the end products of pyrolysis in qualitative and quantitative form is achieved. This process is further influenced by the fact that the fluidized bed 8 can be fully used for the pyrolysis over the entire height, with the targeted preheating of the fluidizing gas 26 with or without addition of reaction-influencing components 24 outside the reactor 1 and the supply of the required reaction enthalpy 22nd in the reactor 1, the conditions for an exact control of the pyrolysis temperature and thus are given for a product-oriented driving style. The number of vortex gas feed points determined per m ² , in conjunction with the limited pulsation, ensures a uniform operation of the fluidized bed 8 over the entire cross section. Furthermore, the stability of the fluidized bed 8 is improved by the deliberate control of the Pulsationsfrequenz, and also occurs by limiting the pulsation to a maximum of 75% of the fluidized bed height no disturbance of the fluidized bed 8 by channeling. In addition, the classification of the fluidized bed in reactor 1 guarantees favorable conditions for the operation of the fluidized bed 8. In this context, it should also be emphasized that the pulsating feed of fluidized bed gas 21 to destroy conglomerates of the fluidized medium under automatic cleaning of the outflow openings of the fluidizing gas 21 in the area contributes to the task.

Schließlich wird auf Grund des Einsatzes der bei der Vorreinigungsstufe 3 anfallenden prozeßeigenen Feststofffraktion 14 als Wirbelmedium eine Qualitätsminderung der Pyrolyseprodukte durch Fremdstoffe ausgeschlossen. Durch Rückführung des bei der Freinreinigung 4; 5 anfallenden Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches 15 in den Reaktor 1 wird eine abproduktfreie Verfahrensweise ermöglicht. Die spezifische Wirkungsweise der Feinreinigungsstufe 4; 5 als partielle Naßentstaubungs-, Kondensations- und Verdampfungsstufe für das Feststoff-Gas-Dampfgemisch 13 beziehungsweise für die Waschflüssigkeit führt dazu, daß nur hochsiedende Bestandteile im Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch enthalten sind. Dies trifft sowohl bei der Verwendung einer hochsiedenden prozeßeigenen Fraktion 17 als auch einer hochsiedenden prozeßfremden Fraktion 18 als Waschflüssigkeit zu.Finally, due to the use of the costs incurred in the pre-purification stage 3 process own solids fraction 14 as a fluid medium quality degradation of the pyrolysis by foreign substances excluded. By returning the at the Freinreinigung 4; 5 resulting liquid-solid mixture 15 in the reactor 1 is allowed a non-effluent procedure. The specific mode of action of the fine cleaning stage 4; 5 as a partial wet dedusting, condensation and evaporation stage for the solid-gas-vapor mixture 13 or for the washing liquid means that only high-boiling components are contained in the liquid-solid mixture. This is true both when using a high-boiling process-own fraction 17 and a high-boiling non-processive fraction 18 as a washing liquid.

Insgesamt läßt sich abschließend einschätzen, daß durch die spezifische Gestaltung des Verfahrens die Roh- und Abfallstoffe aproduktfrei zu stoffwirtschaftlich und energetisch nutzbaren Produkten pyrolysiert werden.Overall, it can finally be estimated that the raw materials and waste materials are pyrolyzed aproduct-free to produce material and energy usable products by the specific design of the process.

Claims

- δ- coo so / υ

Invention claims:

1. A process for pyrolysis and dry distillation of hydrocarbonaceous raw and waste materials in a pulsating fluidized bed for the production of gases, liquids and solids, characterized in that the fluidizing gas according to the target product preheated to the required pyrolysis temperature and alternately targeted over the entire cross-section or at intervals entered into certain regions of the fluidized bed with limited height and the thus formed in the pyrolysis solid-gas-vapor mixture (13) including the fluidizing gas (21) after a pre-purification, in the course of which the main part of the process's own solid fraction (14) is separated, with high-boiling process-own fraction (17) finely cleaned and the fine-cleaning (4; 5) formed liquid-solid mixture (15) is fed back to the pyrolysis process.

2. The method according to item 1, characterized in that in the fine cleaning (4; 5) resulting liquid-solid mixture (15) is pyrolyzed simultaneously with the raw and waste materials.

3. The method according to item 1 and 2, characterized in that the liquid-solid mixture (15) is fed in solid raw and waste materials in the fluidized bed (8).

4. The method according to item 1 and 2, characterized in that the liquid-solid mixture (15) is mixed with liquid raw materials and waste with these and together fed back to the pyrolysis process.

5. The method according to item 1, characterized in that the fluidizing gas (21) is heated to a temperature which is greater than the pyrolysis temperature.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention is applicable to the pyrolysis and dry distillation of hydrocarbonaceous raw and waste materials in a fluidized bed, primarily for the treatment of waste tires, plastic waste and residues from the coal and petroleum processing with the aim of recovery and material re-use of solid, liquid and gaseous products.

Characteristic of the known technical solutions

In OS 2422256 there is described a process and apparatus for drying and pyrolysis of combustible solid waste with plastics by means of a fluidized bed where solid carbons and ashes from the products of the pyrolysis are first separated and removed, then harmful gases are separated from the combustible gases to obtain refined combustion gases which are returned to the fluidized bed furnace for use as a carrier gas while energizing some of the refined combustion gases in the fluidized bed furnace.

The disadvantage here is that outside the reaction chamber no heating of the fluidizing gases takes place at or above the reaction temperature. This results in a limitation of the product-oriented driving in the reaction chamber. Due to the insufficient preparation of the fluidizing gas to the necessary reaction temperature of the reactor space is not used with the entire available volume. In addition, this solution does not determine the product range determining pre-reaction between fluidizing gas and additional medium.

Furthermore, in the present case has a negative effect that the fluidizing gas is brought without pulsation in the reaction chamber, whereby the effectiveness of the fluidized bed in the lower region remains limited, and also this method does not prevent the formation of conglomerates of the fluidizing medium and the pyrolysis, which inevitably cause blockage of the outflow in the fluidizing gas distribution, in extreme cases even lead to the destruction of the fluidized bed. The resulting in the purification solid-liquid products will not undergo re-pyrolysis, so that incurred un usable process residues.

In the literature "chemical engineering technique" (51/1979, page 419-429) and in the "chemical industry" (XXXII Nov. 1980, pages 764-767) describes a process for the pyrolysis of tires and plastic waste, the based on the functional principle of the fluidized bed in the reaction space. Partially preheated fluidizing gas flows into the reactor and is heated in conjunction with the medium to pyrolysis temperature. Non-pyrolyzable residues are transported by means of a rotary grate through an opening in an adjacent discharge zone. The pyrolysis leave through another opening the reactor and are split into solid, liquid and gaseous partial products.

The disadvantage here is that the fluidizing gas is not preheated to pyrolysis temperature input into the reactor, so that temperature gradients occur above the fluidized bed. Another disadvantage is that due to the present technology, a return of the necessarily incurred, heavy boiling products for recleavage is not provided and thus there is no targeted orientation to low-boiling products.

Object of the invention

The object of the invention is a method by which raw materials and waste materials of high quality material products are obtained and a relief of the environment is achieved by the processing of these substances.

Explanation of the essence of the invention

The object of the invention is to use the reaction space thermally and hydraulically fully during the entire process of workup of raw materials and waste, so that a, based on the starting product, complete, free from pyrolysis is guaranteed.

According to the invention this is achieved in that the fluidizing gas is preheated prior to entry into the fluidized bed to the pyrolysis necessary there and fed pulsating. Thus, the fluidizing gas reaches the process temperature in the reaction space. The fluidizing gas is pulsed into the fluidized bed, the pulsation being limited only to the lower portion of the fluidized bed while the upper portion thereof is pulsationless. The pulsation can in this case cover the entire cross section of the relevant area, but the pulsating entry of the fluidizing gas is also differentiated possible, so that certain regions of the area are supplied in intervals with fluidizing gas. This supply of the fluidizing gas increases the circulation effect in the fluidized bed and causes an intensification of the heat transfer.