DD267391A3 - Vorrichtung zur pyrolyse und trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen roh- und abfallstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist einsetzbar zur Pyrolyse und Trockendestillation von fluessigen und/oder festen kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit Hilfe eines Reaktors im Wirbelbett Roh- und Abfallstoffe zu pyrolysieren, ohne dass Stoerungen im Wirbelbett auftreten, und ein unkomplizierter Austrag des pyrolysierten Materials aus dem Prozess moeglich ist. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass ein Reaktor in eine Vorwaerm-, Reaktions- und Feststoffzone unterteilt ist, wobei die voneinander getrennte Vorwaerm- und Reaktionszone durch ein Mehrkanalsystem miteinander verbunden sind, welches an einem Ende in der Vorwaermzone einen Wirbelgasstromregler besitzt, am anderen Ende im unteren Bereich der Reaktionszone in einen mehrteiligen Wirbelgasverteiler muendet. Figur

Description

Wesentlicher Nachteil dieser Betriebsweise ist, daß bestimmte Sektoren ohne Wirbelgasversorgung sind. Hieraus resultiert, daß die Wirbelschicht in diesem Bereich kurzzeitig nicht existent ist. Die Wiederinbetriebnahme der Wirbelschicht in den jeweiligen Sektoren erfordert eine höhere Druckdifferenz, was mit einer instabilen Arbeitsweise des Wirbelgasversorgungssystems verbunden bleibt. Des weiteren besteht die Gefahr der Bildung von Konglomeraten in diesem Bereich, so daß nach Inbetriebnahme der Wirbelschicht in kurzer Zeit ein Leistungsabfall erwartet werden muß.

Die Wärmezufuhr erfolgt direkt oder indirekt, wobei das Wirbelgas in den Reaktionsraum mit einer Temperatur,gelangt, welche deutlich unter der erforderlichen Pyrolysetemperatur liegt. Demzufolge muß ein beträchtlicher Anteil der notwendigen Wärmeenergie dem Reaktionsraum separat zugeführt werden. Auf Grund dessen ist nur eine partielle Nutzung der Wirbelschicht für den eigentlichen Pyrolyseprozeß gewährleistet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der in wirtschaftlicher Weise in einem Reaktor feste und/oder flüssige kohlenwasserstoffhaltige Roh- und Abfallstoffe produktorientiert im Wirbelbett pyrolysiert werden können, wobei gleichzeitig Störungen der Arbeitsweise des Wirbelbettes durch eine rotierende, horizontale, begrenzte Pulsation vermieden werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur produktorientierten, effektiven Pyrolyse von festen und/oder flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen in einer Wirbelschicht, indem der gesamte vom wirbelnden Medium angefüllte Raum bei konstanter Pyrolysetemperatur zur Pyrolyse genutzt wird.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Reaktor in eine Vorwärm- und Reaktionszone unterteilt ist, wobei in der Vorwärmzone das Wirbelgas auf Pyrolysetemperatur erwärmt wird, von dieser über einen Wirbelgasstromregler mittels eines Mehrkanalsystems in die Reaktionszone gelangt, in der jeder Kanal des Mehrkanalsystems in einem Wirbelgasverteiler mündet. Der Wirbelgasstromregler besteht hierbei aus dem durch Spalt voneinander getrennten Stator und Rotor, von denen letzterer in der Mantelfläche noch über separate Durchtrittsöffnungen verfügt. Die für die Pyrolyse notwendige Wärmeenergie wird dem Wirbelbett in der Reaktionszone zugeführt. Nicht pyrolysierbare Rückstände, die nicht erfaßt werden, wandern auf Grund ihrer dem Wirbelmedium gegenüber größeren Dichte und der klassierenden Wirkung der Wirbelschicht durch den Wirbelgasverteiler und werden unterhalb desselben aus der Reaktionszone ausgetragen. Eine Einschleusung fester kohlenwasserstoffhaltiger Roh- und Abfallstoffe in die Reaktionszone geschieht bei großen Eingabestücken von oben, kleinstückige, pulvrige und flüssige kohlenwasserstoffhaltige Roh- und Abfallstoffe werden hingegen direkt in die Wirbelschicht oder in unmittelbarer Nähe derselben in die Reaktionszone eingespeist.

Der Abzug der gas- und dampfförmigen Pyrolyseprodukte und des Wirbelgases selbst erfolgt im oberen Bereich der Reaktionszone. Hierbei kann dieser Produktstrom mit festen Pyrolyseprodukten beladen sein. Die weitere Verarbeitung dieser Fraktion vollzieht sich nach bekannten Technologien.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß beiliegender Figur näher erläutert.

Die Vorrichtung zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen besteht aus einem zweiteiligen Gesamtsystem, dessen Einzelsysteme miteinander verbunden sind. Die Vorwärmzone 1 des Gesamtsystems verfügt über eine Eintrittsöffnung 3 für das Wirbelgas. In der Vorwärmzone 1 sind Brenner 4 zur Erwärmung des Wirbelgases angeordnet. Den Ausgang der Vorwärmzone 1 bildet der Wirbelgasstromregler, der aus durch Spalt voneinander getrennten Rotor 6 und Stator 5 gebildet wird. Vom Stator 5 des Wirbelgasstromreglers aus erfolgt die Versorgung des Mehrkanalsystems 8 mit Wirbelgas, wobei durch Öffnungen 7 im Rotor 6 die Versorgung der einzelnen Stränge des Mehrkanalsystems 8 steuerbar möglich ist. Im vorliegenden Fall sind die Öffnungen 7 im Rotor 6 als zylindrische Bohrungen ausgebildet, es sind jedoch auch andere geometrische Formen denkbar. Die Einzelkanäle des Mehrkanalsystems 8 verbinden die Vorwärmzone 1 mit der «Reaktionszone 2 und münden in dieser im unteren Teil in dem dort befindlichen Wirbelgasverteilersystem 9. Das Wirbelgasverteilersystem 9 setzt sich dabei aus mehreren Wirbelgasverteilern zusammen, wobei jeder Einzelverteiler von einem Kanal des Mehrkanalsystems 8 mit Wirbelgas aus der Vorwärmzone 1 versorgt wird. Das Öffnungsverhältnis des Wirbelgasaustrittquerschnitts zum Reaktionszonenquerschnitt liegt zwischen 0,001 und 0,002. Darüber hinaus sind im Wirbelgasverteilersystem 9 freie Durchtrittsflächen für kleinstückige, nicht pyrolysierbare Rückstände vorhanden. Der Austrag dieser Rückstände erfolgt mit Hilfe einer unterhalb des Wirbelgasverteilers angeordneten Austragvorrichtung 13. Über dem Wirbelgasverteilersystem 9 befinden sich die Brenner 4 zur Zuführung der Pyrolyseenergie. Ebenfalls in diesem Bereich mündet die Zuführeinrichtung 10 für die flüssigen und/oder kleinstückigen oder pulvrigen festen kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffe, die direkt in die Wirbelschicht eingespeist werden. Im oberen Bereich der Reaktionszone 2 ist noch eine Öffnung 11 für die einzuschleusenden großstückigen und noch zu pyrolysierenden Produkte vorgesehen. Ebenfalls kann über diese Öffnung 11 die Zugabe von pyrolysebeeinflussenden Bestandteilen vorgenommen werden. Die gas- und dampfförmigen Pyrolyseprodukte, das Wirbelgas und feste, staubförmige Pyrolyseprodukte verlassen die Reaktionszone 2 über die in dieser vorgesehenen Öffnungen 12. Die Erfindung wird nun anhand eines praktischen Anwendungsbeispiels näher erläutert.

Das Wirbelgas gelangt mit einem erhöhten Druck in die Vorwärmzone 1 und wird in dieser mittels indirekter Beheizung auf die gewünschte Pyrolysetemperatur gebracht. Vor Eintritt in die Vorwärmzone 1 kann das Wirbelgas mit reaktionsbeeinflussenden Komponenten vermengt werden, so daß es im Moment des Durchströmens durch die Vorwärmzone 1 intensiv mit denselben vermischt wird. Das vorgewärmte Wirbelgas kommt über den Wirbelgasstromregler sowie das Mehrkanalsystem 8 zum Wirbelgasverteilersystem 9. Der Aufbau des Wirbelgasstromreglers gewährleistet, daß der Gasstromdurchsatz durch alle

Kanäle des Mehrkanalsystems 9 vonstatten geht und die Voraussetzungen für eine ständige Verwirbelung des Wirbelmediums gegeben sind. Dies wird insbesondere durch einen definierten Spalt zwischen Stator 5 und Rotor 6 erreicht. Bei der Drehung des Rotors 6 vom Wirbelgasstromregler werden in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit in periodischen Zeitabständen zusätzliche Öffnungen 7 für das Wirbelgas pro Einzelkanal des Mehrkanalsystems 8 freigegeben. Hierdurch tritt eine periodische Versorgung des Wirbelgasverteilersystems 9 mit einer zusätzlichen Wirbelgasmenge ein. Dieser so geschaffene periodische Wirbelgasdurchsatz bewirkt im unteren Bereich des Wirbelbettes eine Pulsation, welche das Wirbelmedium intensiver vermischt und der Bildung von Konglomeraten beziehungsweise einer Verstopfung der Öffnungen am Wirbelgasverteiler entgegenwirkt. Insgesamt gesehen resultiert aus dieser Pulsation des Wirbelmediums bei paralleler Zuführung einer Mindestmenge durch alle Kanäle des Mehrkanalsystems 8 eine Stabilisierung der Wirbelschicht sowie die Schaffung verbesserter Bedingungen für den Wärmeaustausch und den Pyrolyseprozeß. Analog dazu ist die Zuführung flüssiger und/oder kleinstückiger beziehungsweise pulvriger fester kohlenwasserstoffhaltiger Produkte direkt in die Wirbelschicht mittels der Zuführeinrichtung 10 möglich. Die Einspeisung dieser Produkte kann gleichzeitig zur Einschleusung der großstückigen Produkte erfolgen, jedoch ist auch ein periodischer Wechsel der Einschleusung denkbar. Je nach Zusammensetzung pyrolysieren die eingeschleusten Produkte in der Reaktionszone 2 zu gas-, dampfförmigen und festen Komponenten. Über eine Öffnung 12 der Reaktionszone 2 strömen Wirbelgas und die gas- sowie dampfförmigen Pyrolyseprodukte nebst dem Wirbelgas ab, wobei staubförmige, feste Pyrolyseprodukte mit leichter Wichte mitgerissen werden. Dieser gesamte Produktstrom wird zur weiteren Aufbereitung nach bekannten Technologien weitergeleitet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß vorrangig großstückige Pyrolysematerialien in den Reaktor zugeführt werden können, ohne daß es dabei während des Pyrolyseprozesses zu Verstopfungen beziehungsweise Betriebsstörungen desselben kommt.

Die erfindungsgemäß angebotene Lösung läßt einen hohen Durchsatz von zu pyrolysierenden Materialien zu und beinhaltet ein Prinzip, das mit hoher Wirtschaftlichkeit eingesetzt werden kann.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen in der Wirbelschicht eines Reaktors zur Erzeugung von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, wobei der Reaktor aus einer Vorwärm-, Reaktions- und Feststoffaustragzone besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die voneinander getrennte Vorwärm- (1) und Reaktionszone (2) durch ein Mehrkanalsystem (8) miteinander gekoppelt sind, wobei das eine Ende desselben mit jedem einzelnen Kanal in einem im unteren Bereich der Reaktionszone (2) befindlichen Wirbelgasverteiler des mehrteiligenWirbelgasverteilersystems (9) und das andere Ende in einem in der Vorwärmzone (1) befindlichen Wirbelgasstromregler mündet, der eine einsträngige Wirbelgaszuführung aufweist und aus dem durch einen definierten Spalt voneinander getrennten Stator (5) sowie dem mit einer oder mehreren Durchtrittsöffnungen (7) versehenen Rotor (6) besteht.

2. Vorrichtung zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wirbelgasverteilersystem (9) aus einer Vielzahl unabhängig arbeitender Gasverteiler besteht, wobei das Verhältnis des Gasaustrittquerschnitts zum Hauptreaktionszonenquerschnitt zwischen 0,001 und 0,002 liegt.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist einsetzbar zur Pyrolyse und Trockendestillation von flüssigen und/oder festen kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen in einer Wirbelschicht, wobei die durch thermische Zersetzung gebildeten Produkte, Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe stoffwirtschaftlich und energetisch nutzbar sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Gemäß DE-AS 2713031 wird eine indirekt beheizte Schweltrommel zum Verschwelen von Abfallstoffen aus Haus- oder Industriemüll, Altreifen, Kunststoffabfällen usw. vorgeschlagen, wo der Innenraum einer rotierend vorgesehenen Trommel mit bogenförmigen, hohl ausgebildeten Förderrippen, die von Heizgasen durchströmt werden, ausgestattet ist. Durch die bogenförmigen Förderrippen soll dem Schwelgut eine Umwälz- beziehungsweise Fallbewegung in der Trommel aufgezwungen werden, wobei der Wärmeübertragungseffekt beim Durchströmen von Heizgasen infolge der Ausbildung der Förderrippen verbessert werden soll.

Die Heizgase und damit die Innentemperaturen der Schweltrommel werden durch ein- und ausgangsseitig angeordnete Heizgassammeikammern, in denen Brenner angebracht sind, gesteuert. Mit Hilfe von Gebläsen läßt sich die Umwälzung des Heizgases beschleunigen. Die konstruktive Kompliziertheit dieser Vorrichtung, bedingt durch die eingeschweißten Hohlrippen in Verbindung fester Leitungsteile mit der rotierenden Trommel, steht in keinem Verhältnis zum angestrebten Wärmeübertragungseffekt. Außerdem wird dieser Effekt zwangsläufig im Verlauf des Prozesses durch in der Trommel verbleibende Verkohlungsrückstände negativ beeinflußt. Dieser somit insgesamt unbefriedigende Wärmeeintrag bedingt erhöhte Verschwelzeiten und somit für die Gesamtanlage relativ geringe Durchsätze. Weiterhin ist durch den langsamen Wärmeeintrag in das Schwelgut die Qualität der Schwelprodukte wenig beeinflußbar, so daß eine schwelproduktorientierte Betriebsweise nur bedingt möglich ist.

In der DE-AS 2400284 wird ein Verfahren zur Trockendestillation von vulkanisiertem oder unvulkanisiertem Kautschuk beschrieben, indem Kautschukblöcke unter Rühren in Gegenwart von Feststoffpartikeln erhitzt sowie nachfolgend pulverisiert werden. Die in der Wirbelschicht verbleibenden pulverisierten Eingabeprodukte werden bei weiterer Wärmezufuhr pyrolysiert. Darüber hinaus kann innerhalb des Verfahrens auch eine gleichzeitige Pulverisierung und Pyrolyse der Eingabeprodukte vorgenommen werden. Die Wärmezufuhr wird durch partiell vorgewärmtes Wirbelgas und durch partielles Verbrennen desselben gewährleistet.

Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Wärmeerzeugung innerhalb der Wirbelschicht selbst. Die notwendige Sauerstoffzufuhr bewirkt eine Teiloxidation der gebildeten Produkte, so daß deren Qualität vermindert wird und nur eine begrenzte storfwirtschaftliche Benutzung möglich ist. Die Existenz eines von außen angetriebenen Rührwerkes bedingt zusätzliche Energiequellen und schafft Möglichkeiten für unkontrollierte Produktaustritte aus dem Reaktor. Des weiteren besteht die Gefahr, daß Restbestandteile der zu pyrolysierenden Produkte am Rührer hängenbleiben beziehungsweise verkoken und somit die Wirksamkeit des Rührers verringern oder den Prozeß insgesamt zum Erliegen bringen. In der DE-OS 2658371 wird ein Verfahren zur Pyrolyse von unzerkleinerten oder grobstückigen Altreifen dargestellt. Kennzeichnendes Merkmal dieses Verfahrens ist die indirekte Anströmung der Wirbelschicht durch die nach unten gerichteten und auch so geöffneten Wirbelgasleitrohre, was eine gleichmäßige und auch bei Einsatz von unzerkleinerten Altreifen eine unempfindliche Wirbelschicht zur Folge hat. Auch hier ist vorgesehen, daß dem Wirbelbett eine Drehbewegung beziehungsweise Pulsation aufgezwungen wird, um so den Vermischungseffeki in dem Wirbelbett zu vergrößern. Erreicht werden soll dies mit Hilfe kurzzeitigen Schließens einzelner Stränge des Wirbelgasleitsystems mittels Magnetventilen, so daß in einzelnen Sektoren des Reaktionsquerschnittes kurzzeitig kein Wirbelgas eintritt. Die Drehbewegung läßt sich durch partiell geneigte Ausströmöffnungen des Wirbelgasverteilungssystems beschleunigen.