DD267391A3

DD267391A3 - DEVICE FOR PYROLYSIS AND DRY STILLATION OF CARBONATED RAW AND WASTE MATERIALS

Info

Publication number: DD267391A3
Application number: DD24605682A
Authority: DD
Inventors: Bernd Kulbe; Werner Kubick; Detlef Pursion; Joachim Koenig; Lutz Kretzschmar; Bernd Scholz
Original assignee: Bernd Kulbe; Werner Kubick; Detlef Pursion; Joachim Koenig; Lutz Kretzschmar; Bernd Scholz
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1989-05-03

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. FigurThe invention can be used for the pyrolysis and dry distillation of liquid and / or solid hydrocarbon-containing raw materials and waste. The object of the invention is to pyrolyze raw materials and waste materials with the aid of a reactor in a fluidized bed, without disturbances occurring in the fluidized bed, and an uncomplicated discharge of the pyrolyzed material from the process is possible. According to the invention, this is achieved by dividing a reactor into a preheat, reaction and solids zone, the separate preheat and reaction zones being interconnected by a multichannel system having at one end in the preheat zone a fluidizing gas flow regulator, at the other end in the lower part of the reaction zone into a multi-part fluidizing gas distributor. figure

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.The main disadvantage of this mode of operation is that certain sectors are without fluidizing gas supply. This results in that the fluidized bed in this area is temporarily non-existent. The re-commissioning of the fluidized bed in the respective sectors requires a higher pressure difference, which remains associated with an unstable operation of the fluidized gas supply system. Furthermore, there is a risk of the formation of conglomerates in this area, so that after commissioning of the fluidized bed in a short time a performance loss must be expected.

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.The heat is supplied directly or indirectly, wherein the fluidizing gas in the reaction chamber at a temperature passes, which is well below the required pyrolysis temperature. Consequently, a considerable portion of the necessary heat energy must be supplied separately to the reaction space. Due to this, only a partial use of the fluidized bed for the actual pyrolysis process is guaranteed.

Object of the invention

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.The aim of the invention is a device with which economically in a reactor solid and / or liquid hydrocarbonaceous raw materials and waste products can be pyrolyzed product-oriented in a fluidized bed, at the same time disturbances of the operation of the fluidized bed by a rotating, horizontal, limited pulsation can be avoided.

Explanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to provide a device for product-oriented, effective pyrolysis of solid and / or liquid hydrocarbonaceous raw and waste materials in a fluidized bed by the entire space occupied by the swirling medium space is used at a constant pyrolysis temperature for pyrolysis.

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.According to the invention this is achieved in that the reactor is divided into a preheating and reaction zone, wherein in the preheating the fluidizing gas is heated to pyrolysis, passes from this via a Wirbelgasstromregler by means of a multi-channel system in the reaction zone, in which each channel of the multi-channel system in a Fluidizing gas distributor opens. The fluidized-gas flow regulator in this case consists of the stator and rotor, which are separated from one another by a gap, the latter of which still has separate passage openings in the lateral surface. The heat energy necessary for the pyrolysis is supplied to the fluidized bed in the reaction zone. Non-pyrolyzable residues, which are not detected, migrate due to their greater fluid density and the classifying effect of the fluidized bed through the fluidizing gas distributor and are discharged below it from the reaction zone. An introduction of solid hydrocarbon-containing raw materials and waste into the reaction zone occurs at large input pieces from above, small-sized, powdery and liquid hydrocarbonaceous raw materials and waste materials, however, are fed directly into the fluidized bed or in the immediate vicinity thereof in the reaction zone.

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.The deduction of the gaseous and vaporous pyrolysis products and the fluidizing gas itself takes place in the upper region of the reaction zone. In this case, this product stream may be loaded with solid pyrolysis products. The further processing of this fraction takes place according to known technologies.

embodiment

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß beiliegender Figur näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment according to the enclosed figure.

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.The device for pyrolysis and dry distillation of hydrocarbonaceous raw materials and waste consists of a two-part overall system whose individual systems are interconnected. The preheating zone 1 of the overall system has an inlet opening 3 for the fluidizing gas. In the preheating zone 1 burners 4 are arranged for heating the fluidizing gas. The output of the preheating zone 1 forms the fluidized-gas flow regulator, which is formed by rotor 6 and stator 5, which are separated from one another by a gap. From the stator 5 of the Wirbelgasstromreglers from the supply of multi-channel system 8 is carried out with fluidizing gas, wherein the supply of the individual strands of the multi-channel system 8 is controllably possible through openings 7 in the rotor 6. In the present case, the openings 7 are formed in the rotor 6 as cylindrical bores, but other geometrical shapes are conceivable. The individual channels of the multi-channel system 8 connect the preheating zone 1 with the «reaction zone 2 and open into this in the lower part in the Wirbelgasverteilersystem 9. The Wirbelgasverteilersystem 9 consists of several Wirbelgasverteilern together, each individual distributor of a channel of the multi-channel system 8 with fluidizing gas is supplied from the preheating zone 1. The opening ratio of the fluidizing gas outlet cross section to the reaction zone cross section is between 0.001 and 0.002. In addition, 9 free passage surfaces for small-sized, non-pyrolyzable residues are present in the fluidized gas distribution system. The discharge of these residues takes place with the aid of a discharge device 13 arranged below the fluidizing gas distributor. Above the fluidizing gas distribution system 9 are the burners 4 for supplying the pyrolysis energy. Also in this area opens the feeder 10 for the liquid and / or small-sized or powdery solid hydrocarbonaceous raw and waste materials, which are fed directly into the fluidized bed. In the upper region of the reaction zone 2, an opening 11 is still provided for the large-sized and still to be pyrolyzed products. Also, the addition of pyrolysis-influencing components can be made through this opening 11. The gaseous and vaporous pyrolysis products, the fluidizing gas and solid, pulverulent pyrolysis products leave the reaction zone 2 via the openings 12 provided in the latter. The invention will now be explained in more detail by means of a practical application example.

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 alleThe fluidizing gas passes with an increased pressure in the preheating zone 1 and is brought in this by means of indirect heating to the desired pyrolysis. Before entering the preheating zone 1, the fluidizing gas can be mixed with reaction-influencing components, so that it is intensively mixed with the same at the moment of flowing through the preheating zone 1. The preheated fluidizing gas comes through the fluidizing gas flow regulator and the multi-channel system 8 for fluidizing gas distribution system 9. The structure of the fluidized gas flow regulator ensures that the gas flow rate through all

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.Channels of the multi-channel system 9 proceeds and the conditions for a constant turbulence of the fluidized medium are given. This is achieved in particular by a defined gap between stator 5 and rotor 6. Upon rotation of the rotor 6 from the fluidized-gas flow regulator, additional openings 7 for the fluidizing gas per individual channel of the multi-channel system 8 are released at periodic intervals as a function of the rotational speed. This results in a periodic supply of the fluidized gas distribution system 9 with an additional amount of fluidizing gas. This so created periodic fluidizing gas flow causes in the lower part of the fluidized bed a pulsation, which mixes the fluidizing medium more intense and counteracts the formation of conglomerates or clogging of the openings in the fluidizing gas distributor. Overall, resulting from this pulsation of the fluidized medium with parallel supply of a minimum amount through all channels of the multi-channel system 8 stabilization of the fluidized bed and the creation of improved conditions for heat exchange and the pyrolysis process. Analogously, the supply of liquid and / or small-sized or powdery solid hydrocarbon-containing products directly into the fluidized bed by means of the feeder 10 is possible. The feeding of these products can be done simultaneously for the introduction of the large-scale products, but also a periodic change of the introduction is conceivable. Depending on the composition, the entrained products in the reaction zone 2 pyrolyze to gaseous, vaporous and solid components. Via an opening 12 of the reaction zone 2, fluidizing gas and the gaseous and vaporous pyrolysis products, together with the fluidizing gas, flow away, whereby dusty, solid pyrolysis products are entrained with light weight. This entire product stream is forwarded for further processing according to known technologies.

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.The advantages of the solution according to the invention are that primarily large-scale pyrolysis materials can be fed into the reactor, without causing the same during the pyrolysis process to blockages or malfunction.

Die erfindungsgemäß angebotene Lösung läßt einen hohen Durchsatz von zu pyrolysierenden Materialien zu und beinhaltet ein Prinzip, das mit hoher Wirtschaftlichkeit eingesetzt werden kann.The solution offered according to the invention allows a high throughput of materials to be pyrolyzed and includes a principle that can be used with high efficiency.

Claims

1. An apparatus for pyrolysis and dry distillation of hydrocarbonaceous raw materials and waste in the fluidized bed of a reactor for the production of gases, liquids and solids, wherein the reactor consists of a preheating, reaction and Feststoffaustragzone, characterized in that the separate preheating (1) and reaction zone (2) by a multi-channel system (8) are coupled together, one end of which with each individual channel in a lower region of the reaction zone (2) located fluidizing gas distributor of the multi-part vortex gas distribution system (9) and the other end in a in the preheating zone (1) located Wirbelgasstromregler opens, which has a single-stranded fluid gas supply and from the separated by a defined gap stator (5) and with one or more openings (7) provided rotor (6).

2. Apparatus for pyrolysis and dry distillation of hydrocarbonaceous raw and waste materials according to item 1, characterized in that the fluidized gas distribution system (9) consists of a plurality of independently operating gas distributor, wherein the ratio of the gas outlet cross section to the main reaction zone cross section is between 0.001 and 0.002.

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Field of application of the invention

The invention can be used for the pyrolysis and dry distillation of liquid and / or solid hydrocarbon-containing raw materials and waste in a fluidized bed, wherein the products formed by thermal decomposition products, gases, liquids, solids are material economy and energy.

Characteristic of the known technical solutions

According to DE-AS 2713031 an indirectly heated carbonization drum for Verschwelen of waste from household or industrial waste, scrap tires, plastic waste, etc. is proposed where the interior of a rotating drum provided with arcuate, hollow conveyor ribs, which are traversed by hot gases equipped. By the arcuate conveyor ribs to the Schwelgut a circulating or falling movement is forced in the drum, the heat transfer effect is to be improved when flowing through hot gases due to the formation of the conveyor ribs.

The hot gases and thus the internal temperatures of the carbonization drum are controlled by input and output side arranged Heizgassammeikammern in which burners are mounted. With the help of blowers, the circulation of the fuel gas can be accelerated. The constructive complexity of this device, due to the welded-in hollow ribs in connection of fixed line parts with the rotating drum, is disproportionate to the desired heat transfer effect. In addition, this effect is inevitably adversely affected in the course of the process by remaining in the drum charring residues. This thus overall unsatisfactory heat input requires increased Verschwelzeiten and thus relatively low throughputs for the entire system. Furthermore, the quality of the carbonization products is little influenced by the slow heat input into the Schwelgut, so that a schwelproduktorientierte mode of operation is only partially possible.

DE-AS 2400284 describes a process for the dry distillation of vulcanized or unvulcanized rubber by heating rubber blocks with stirring in the presence of solid particles and subsequently pulverizing them. The powdered input products remaining in the fluidized bed are pyrolyzed on further supply of heat. In addition, within the process, a simultaneous pulverization and pyrolysis of the input products can be made. The heat supply is ensured by partially preheated fluidizing gas and by partial combustion thereof.

A major disadvantage of this method is the heat generation within the fluidized bed itself. The necessary supply of oxygen causes a partial oxidation of the products formed, so that their quality is reduced and only a limited storfwirtschaftliche use is possible. The existence of an externally driven agitator requires additional energy sources and provides opportunities for uncontrolled product exits from the reactor. Furthermore, there is a risk that residual components of the products to be pyrolyzed stuck to the stirrer or coke and thus reduce the effectiveness of the stirrer or bring the process to a halt altogether. In DE-OS 2658371 a process for pyrolysis of uncrushed or lumpy old tires is shown. Characteristic feature of this method is the indirect flow of the fluidized bed through the downwardly directed and also so opened Wirbelgasleitrohre, which has a uniform and even when using uncrushed old tires an insensitive fluidized bed result. Again, it is provided that the fluidized bed, a rotational movement or pulsation is imposed so as to increase the Mischmischungseffeki in the fluidized bed. This is to be achieved by means of short-term closing individual strands of the fluidizing gas control system by means of solenoid valves, so that in some sectors of the reaction cross-section briefly no fluidizing gas occurs. The rotational movement can be accelerated by partially inclined outflow openings of the fluidized gas distribution system.