DD257639A1 - Verfahren zur pyrolyse und trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen roh- und abfallprodukten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar zur Pyrolyse und Trockendestillation von Altreifen, Plastabfaellen in einer Wirbelschicht. Erfindungsgemaess werden die Feststoffaustragszone und der Zyklon des Wirbelschichtreaktors mit prozesseigenem Gas von unten gespuelt und die nachfolgenden Apparate werden gleichmaessig mit Eigenprodukt gespuelt. Die fluessigen Kondensationsprodukte werden fraktioniert und das Sumpfprodukt der Fraktionierung wird in den Wirbelschichtreaktor zurueckgefuehrt. Mit der gezielten Fuehrung der prozesseigenen gasfoermigen und fluessigen Produkte wird in den entsprechenden Arbeitszonen ein stoerungsfreier Betrieb, bei gleichzeitiger Produktqualitaetsverbesserung und Erhoehung der Ausbeute gesichert. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen in einer Wirbelschicht, vorrangig zur Aufarbeitung von Altreifen, Plastabfällen und"Rückständen aus der Kohle- und Erdölverarbeitung mit dem Ziel der Gewinnung und stoffwirtschaftlichen Weiterverwertung fester, flüssiger und gasförmiger Produkte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der DE-OS 2422256 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trockendestillation und Pyrolyse von brennbarem festen Abfall- und Kunststoffen mittels einer Wirbelschicht beschrieben, wobei zunächst feste kohlenwasserstoffhaltige Anteile und Aschen aus den Produkten der Pyrolyse abgetrennt udn entfernt, dann schädliche Gase aus den brennbaren Gasen ausgesondert werden, um raffinierte Verbrennungsgase zu erhalten, die zu einem Teil zur Verwendung als Trägergas in den Wirbelschichtofen zurückgelangen, während der andere Teil der raffinierten Verbrennungsgase im Fließbettofen energetisch genutzt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren und der Vorrichtung ist, daß keine Rückstände, die mit großstückigen nichtpyrolysierbaren Bestandteilen behaftet bzw. verbunden sind, pyrolysiert werden können. Es besteht innerhalb des Wirbelschichtreaktors keine Möglichkeit, während des laufenden Betriebes, großstückige nichtpyrolysierbare Rückstände aus diesem zu entfernen. Dadurch bleibt das Anwendungsgebiet dieses Verfahrens und der Vorrichtung auf bestimmte Einsatzprodukte begrenzt. Hinzu kommt, daß innerhalb des Verfahrens keine Maßnahmen vorgesehen sind, die die Störanfälligkeit des Prozeßablaufes einengen. Dies

bedeutet, daß in Verbindung mit den ausgetragenen festen Bestandteilen des Pyrolyseproduktes durch partielle Kondensationseffekte Verkrustungen der Apparate vor allem im Bereich der Feststoffabscheidung auftreten können, die zur Störung des Betriebes führen.

Die fehlende Wirbelgasvorwärmung bei diesem Verfahren stellt eine ökonomisch und energetisch ungünstige Lösung dar. In den Zeitschriften „Chemie-Ingenieur-Technik" (51/1979, S.419 bis 429). sowie „Chemischen Industrie" (Nov. 1980, S. 764 bis 767) wird ein Verfahren zur Pyrolyse von Reifen und Kunststoffabfällen beschrieben, das auf dem Funktionsprinzip der Wirbelschicht im Reaktionsraum aufbaut. Partiell vorgewärmtes Wirbelgas strömt in den Reaktor und wird mit dem Wirbelmedium auf Pyrolysetemperatur erwärmt. Nicht polysierbare Rückstände werden mit Hilfe eines Drehrostes über eine Öffnung in eine benachbarte Austragzone befördert. Die Pyrolyseprodukte verlassen über eine andere Öffnung den Reaktor und werden als feste, flüssige und gasförmige Teilprodukte gewonnen.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß die Austragzone als Totraum zu betrachten ist. Durch die differenzierten Temperaturen zwischen Pyrolysezone und Austragzone und der bestehenden medienoffenen Verbindung zwischen diesen findet zwangsläufig eine durch die tieferen Temperaturen der Austragzone bedingte Produktströmung in diese statt, die durch die Kondensation dampfförmiger Produkte in der Austragzone erhalten wird. Diese in der Austragzone auskondensierten Produkte erschweren, behindern und stören die Entfernung der regulär aus der Austragzone auszutragenden nicht pyrolysierbaren Produkte. Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß in der Feststoffabscheidung im Zyklon keine Maßnahmen gegen eine partielle Produktkondensation vorgesehen sind. Dadurch findet eine Teilkondensation dampfförmiger Produkte im Zyklon statt. Diese Kondensationsprodukte bilden in Verbindung mit dem abgeschiedenen Ruß Konglomerate, die aus dem Zyklon mit konventionellen Mitteln nicht austragbar sind. Gleichzeitig verschlechtert sich die Qualität des abgeschiedenen Rußes durch die Erhöhung des Empyreumaanteils. Die fehlenden Spülreisläufe in den Wärmeübertragern erfordern eine periodische Reinigung derselben. Dies ist nur bei einer Anlagenabstellung oder bei Einsatz von parallel geschalteten Wärmeübertragern möglich.

Die in der Destillation aufzuarbeitenden flüssigen Pyrolyseprodukte sind mit Ruß beladen, wodurch die Sumpffraktion der Destillation hoch feststoff beladen und schwer verwertbar ist. Die Nichtrückführung dieses Produktes in den Wirbelschichtreaktor reduziert insgesamt die Produktausbeute und erfordert zusätzliche Aufwendungen zur Entsorgung dieses Rückstandes. Im WP C 10 G/246056-7 wird ein Verfahren zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen beschrieben. Bei diesem Verfahren wird auf Prozeßtemperatur vorgewärmtes Wirbelgas pulsierend in die Wirbelschicht eingeleitet, der Wirbelgas-Pyrolyseproduktstrom wird stufenweise gereinigt und die feststoff beladene Flüssigkeit aus der Naßentstaubung wird wieder dem Wirbelschichtreaktor zugeführt. Die Nachteile dieser Lösung sind im NichtVorhandensein einer Austragzone im Bereich des Wirbelschichtreaktors und der dadurch bedingten Produkteinsatzbegrenzung, derfehlenden Maßnahmen zur Sicherung des Pyrolyserußaustrages und der Pyrolyserußqualität im Bereich der trocknen Feststoffabscheidung und derfehlenden Spülung der Kondensatoren zu sehen. Die Rückführung der gesamten Waschflüssigkeitsmenge der Naßentstaubung belastet den Reaktor energetisch extrem und reduziert damit den Anlagendurchsatz. Eine Reduzierung der Waschflüssigkeitsmenge im Naßentstauber zur Verbesserung der Energiebilanz ist verbunden mit einer Verschlechterung der Restrußabscheidung und führt in der Endkonsequenz zu einer Störung des stabilen Betriebsregimes.

Die fehlende Destillation derflüssigen Produkte läßt nur die Abgabe von Produkten mit reduzierter Qualität zu, wodurch die Ökonomie des Gesamtprozesses negativ beeinflußt wird.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren/nit dem aus Roh- und Abfallstoffen hochwertige stoffwirtschaftlich verwertbare Produkte gewonnen werden und eine Entlastung der Umwelt durch die vollständige Aufarbeitung dieser Stoffe erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Gesamtprozeß der Aufarbeitung von Roh- und Abfallstoffen so zu gestalten, daß ein störungsfreier Dauerbetriebszustand bei gleichzeitiger Sicherung höchster Produktqualitäten und maximaler" Produktausbeuten für unterschiedlichste kohlenwasserstoffhaltige Einsatzprodukte gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Wirbelschichtreaktor aus einer Pyrolysezone und einer Feststoffaustragzone besteht und'die Feststoffaustragzone mit prozeßeigenem Gas von unten gespült wird, daß der Zyklon zur trockenen Feststoffabscheidung ebenfalls mit prozeßeigenem Gas von unten gespült wird, daß die nachfolgenden Apparate mit Eigenprodukt ständig gespült werden und daß die flüssigen Kondensationsprodukte fraktioniert und das Sumpfprodukt der Fraktionierung in den Wirbelschichtreaktor zurückgeführt wird.

Die gezielte Führung prozeßeigener gasförmiger Produkte entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung der auszutragenden festen Pyrolyseprodukte sichert in den entsprechenden Arbeitszonen den störungsfreien Betrieb und trägt wesentlich zur Produktqualitätsverbesserung und zur Ausbeuteerhöhung bei.

Die Führung prozeßeigener flüssiger Produkte in den Produktkondensatoren verhindert Polymerisationsreaktionen der Kondensate durch die Realisierung eines Sofortkontaktes dieser Kondensate mit Inhibitoren und dadurch Inkrustationen und Ablagerungen. Diese Maßnahme ermöglicht einen störungsfreien Prozeßablauf ohne zur Reinigung erforderliche Stillstandszeiten bzw. Zusatzinvestitionen bei konstant niedrigem Energieeinsatz und maximaler Produktausbeute. Durch die Fraktionierung derflüssigen Produkte und die partielle Rückführung von sauberen Teilproduktströmen in die Spülkreisläufe der Produktkondensatoren und der Waschkolonne wird die Feststoffbeladung in diesem Bereich auf einem konstant niedrigen Niveau gehalten und dadurch das Betriebsregime dieser Ausrüstungen wesentlich stabilisiert. Gleichzeitig findet durch die Fraktionierung derflüssigen Produkte eine deutliche Qualitätsverbesserung und damit eine Erhöhung der Ökonomie des Prozesses statt.

Die Rückführung der in der Fraktionierung anfallenden hochfeststoffbeladenen Sumpffraktion in den Wirbelschichtreaktor zur erneuten Pyrolyse trägt zur Reduzierung schwer verwertbarer Rückstände bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktausbeute und der Qualität der flüssigen Endprodukte bei.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, dazu Figur: Blockschema des Verfahrens.

Die kohlenwasserstoffhaltigen zu pyrolysierenden Roh- und Abfallstoffe 11 werden der Pyrolysezone 3 des Wirbelschichtreaktors 1 entsprechend ihrer Konsistenz zugeführt. Die Zuführung erfolgt über spezifisch angepaßte Schleusensysteme, wobei feste Roh- und Abfallstoffe vorzugsweise von oben, flüssige Roh- und Abfallstoffe ebenfalls von oben oder direkt in die Wirbelschicht der Pyrolysezone 3 eingespeist werden.

Das Wirbel medi um wird vorzugsweise mit prozeßeigenem Gas 13, das im Wirbelgasvorwärmer 9 vorgeheizt wird und als heißes Wirbelgas 15 in den Wirbelschichtreaktor 1 gelangt, fluidisiert. Der Einsatz prozeßfremden Gases als Wirbelgas 15 ist dabei sowohl in reiner Form oder in Mischung mit prozeßeigenem Gas 13 möglich. In der Pyrolysezone 3 findet der Pyrolyseprozeß bei Temperaturen zwischen 550 und 800°C statt. Die ebenfalls im Wirbelschichtreaktor 1 befindliche Feststoffaustragzone 2 wird durch Wärmeleitung partiell miterwärmt. Die Temperatur in der Feststoffaustragzone 2 ist geringer als in der Pyrolysezone 3, so daß durch die Existens dieser Wärmesenke im Apparat eine Produktströmung zum Bereich der niederen Temperatur auftreten könnte.

Durch die Einleitung von aufbereitetem prozeßeigenem Gas 14 in den unteren Teil der Feststoffaustragzone 2 tritt eine Strömung von der Feststoffaustragzone 2 in die Pyrolysezone 3 auf. Diese Strömung verhindert den Eintritt von Pyrolyseproduktdämpfen in die Feststoffaustragzone 2 und damit den Anfall unerwünschter Kondensationsprodukte. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig die Temperatur der Feststoffaustragzone 2 auf einem konstant niedrigen Niveau gehalten. Damit sinkt die Materialbeanspruchung in diesem Bereich. Die nichtpyrolysierbaren Rückstände 18 werden periodisch mittels spezieller Förderelemente aus der Pyrolysezone 3 in die Feststoffauftragzone 2 und von dieser mittels eines Schleusensystems aus dem Wirbelschichtreaktor 1 gefördert. Produktverluste in diesem Bereich durch unerwünschte Kondensation treten somit nicht mehr'.

Der Wirbelgas-Pyrolyseproduktstrom 12 strömt aus dem Wirbelschichtreaktor 1 mit hoher Temperatur in die Prozeßstufe zur trockenen Feststoffabscheidung 4. Die Feststoffabscheidung wird dabei vorzugsweise durch einen Zyklon realisiert, aber auch andere technische Lösungen sind einsetzbar.

In der trockenen Feststoffabscheidung 4 können analog zur Feststoffaustragzone 2 des Wirbelschichtreaktors 1 Bereiche mit niederer Temperatur existieren. Es könnte hier in gleicherweise zu unerwünschter Produktkondensation kommen.

Die Einleitung von heißem prozeßeigenen Gas 16 in den Bereich der Austragszone des Apparates zur trockenen Feststoffabscheidung 4 verhindert die partielle Kondensation von Produktdämpfen durch Aufbau einer Gegenströmung zur Strömungsrichtung des Austrages des Pyrolyserußes. Gleichzeitig erfolgt durch den Einsatz heißen Gases 16 eine Strippung des bereits abgeschiedenen Pyrolyserußes und damit eine Entfernung von evtl. bereits auskondensierten Produkten aus dem Pyrolyseruß.

Durch diese Maßnahme wird der störungsfreie Austrag des Pyrolyserußes aus der Austragzone der trockenen Feststoffabscheidung 4 gesichert. Die gleichzeitig erreichte Qualitätsverbesserung des Pyrolyserußes gewährleistet einen breiten Einsatz in der Gummi- und Reifenindustrie bei verbesserten Verarbeitungseigenschaften des Rußes.

Der Pyrolyseruß 18 wird nach Ausschleusung aus der trockenen Feststoffabscheidung 4 gekühlt und zur weiteren Verarbeitung transportiert.

Der die trockene Feststoffabscheidung 4 verlassende Wirbelgas-Pyrolyseproduktstrom wird in der nachfolgenden Naßentstaubung/Quenchung/Kühlung 5 weiter von Restpyrolyseruß gereinigt und gekühlt. Dies geschieht mit prozeßeigener Flüssigkeit, wobei diese ständig mit prozeßeigener Flüssigkeit aus den nachfolgenden Prozeßstufen ergänzt wird.

Die Abscheidung des Rußes in der Stufe der Naßentstaubung/Quenchung/Kühlung 5 wird durch den partiell verlaufenden Prozeß der Produktkondensation unterstützt. Als Naßentstauber/Quencher/Kühler sind für die Abscheidung von Ruß geeignete Systeme, wie z. B. Strahlgaswäscher, Venturiwäscher, einsetzbar.

Der die Naßentstaubung/Quenchung/Kühlung verlassende Wirbelgas-Pyrolyseproduktstrom wird nachfolgend im Kondensator 6, in der Waschkolonne 7 und im Aerosolabscheider 8 weiter gereinigt. Die Spülung des Kondensators 6 mit prozeßeigener Flüssigkeit sichert dabei die sofortige Inhibierung der Kondensationsprodukte, zum anderen wird der Kondensator durch diese Spülung stets sauber gehalten. Dadurch ist eine hohe Betriebssicherheit gegeben. In der Waschkolonne 7 werden letzte kondensierbare Bestandteile aus dem Wirbelgas-Pyrolyseproduktstrom mittels gekühlter Waschflüssigkeit entfernt. Der Aerosolabscheider 8 dient zur Restabscheidung mitgerissener Flüssigkeitspartikel.

Der aufbereitete Prozeßgasstrom 13 wird verdichtet und entsprechend der bereits beschriebenen Art und Weise genutzt.

Überschußgas 17 wird als Heizgas für andere Betriebskomplexe verwendet. DieinderNaßentstaubung/Quenchung/Kühlung5, im Kondensator 6, in der Waschkolonne 7 und im Aerosolabscheider 8 anfallenden flüssigen Pyrolyseprodukte sind mit Restpyrolyseruß beladen. Diese Produkte werden gesammelt und in einer Fraktionierung 10 entsprechend der vorgesehenen Einsatzkonzeption in Einzelfraktionen 19 zerlegt. Ein Teilstrom einer mittel- bis hochsiedenden Fraktion 19 wird zum Spül- bzw. Waschkreislauf des Kondensators 6 bzw. der Waschkolonne 7 zurückgeführt. Dadurch verbessert sich die Kondensation von tiefsiedenden Komponenten in diesem Anlagenteil. Weiterhin wird die Restrußbeladung in diesen Bereichen auf einem niedrigen Niveau gehalten.

Die in der Fraktionierung anfallende hochfeststoffbeladene Sumpffraktion 20 wird zur Pyrolyse dem Wirbelschichtreaktor 1 zugeführt. Dadurch entfällt die Entsorgung dieses Produktes, gleichzeitig wird die Gesamtproduktausbeute erhöht und die Qualität derflüssigen Produkte wird durch die nochmalige Spaltung hochsiedender Produktanteile zu tiefsiedenden Produkten gesteigert.

Die energetische Zusatzbelastung des Wirbelschichtreaktors 1 wird durch die Beschränkung der Rückführung auf die Sumpffraktion 20 der Fraktionierung minimiert.

Zusammenfassend liegen die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung in der Sicherung eines störungsfreien Betriebsablaufes und in einer wesentlichen Erhöhung der Qualität bzw. Quantität der Produkte. Der Anteil stoffwirtschaftlich nicht verwertbarer Rückstände ist maximal reduziert worden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen, wo bei derWirbelschichtreaktor, der mit vorgeheiztem prozeßeigenem Gas betrieben wird, über eine Pyrolysezone und eine Feststoffaustragzone verfügt und der den Wirbelschichtreaktor verlassende Wirbelgas-Pyrolyseproduktstrom in einer trockenen Feststoffabscheidung, in einer mit prozeßeigener Flüssigkeit betriebenen Naßentstaubung/ Quenchung/Kühlung, im Kondensator, der produktseitig mit prozeßeigenem Kondensat gespült wird, in einer mit prozeßeigener gekühlter Waschflüssigkeit beaufschalgten Kolonne und in einem Aerosolabscheider stufenweise gereinigt und gekühlt wird, nachfolgend ein Teil des aufbereiteten Prozeßgasstromes in einem Wirbelgasvorwärmer aufgeheizt und als Wirbelgas genutzt wird, die feststoffbeladenen flüssigen Produkte in einer Fraktionierung aufgearbeitet und die hochfeststoffbeladene Sumpffraktion wieder dem Wirbelschichtreaktor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom (14) des aufbereiteten Prozeßgases (13) unaufgeheizt in die Feststoffaustragzone (2) des Wirbelschichtreaktors (1) und ein Teilstrom (16) des im Wirbelgasvorwärmer (9) aufgeheizten aufbereiteten Prozeßgases in den unteren Teil der trockenen Feststoffabscheidung (4) eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere trockene Feststoffabscheider (4) in Reihe geschaltet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kondensatoren (6) in Reihe geschaltet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die prozeßeigene Flüssigkeit, mit der die Naßentstaubung/Quenchung/Kühlung (5) betrieben wird, gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das prozeßeigene Kondensat zur Spülung der Kondensatoren (6) gekühlt wird. ·

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teilmengen der mittel- bis hochsiedenden Fraktionen (19) der Fraktionierung (10) zur Ergänzung der Flüssigkeitskreisläufe in den Kondensatoren (6) und der Waschkolonne (7) genutzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sumpffraktion (20) direkt in die Wirbelschicht eingespeist wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sumpffraktion (20) von oben auf die Wirbelschicht verteilt wird.