DE10055764A1

DE10055764A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur indirekten und direkten thermischen Behandlung von rieselfähigen Gummi-und Kunststoffabfällen insbesondere von Altreifengranulaten

Info

Publication number: DE10055764A1
Application number: DE10055764A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Schulz
Original assignee: WEIDLEPLAN INDUSTRY GmbH
Current assignee: WEIDLEPLAN INDUSTRY GmbH
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-05-23
Also published as: EP1334146A2; AU2002218275A1; WO2002038658A3; WO2002038658A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur indirekten und direkten thermischen Behandlung von rieselfähigen Gummi- und Kunststoffabfällen, insbesondere von Altreifengranulaten, wobei die besagten Abfälle einen vertikalen Pyrolysereaktor 1 von oben nach unten durchlaufen und gleichzeitig auf eine Verfahrenstemperatur im Bereich von 400 bis 950 DEG C erwärmt werden, so dass in einem inneren Reaktor 1.8 Pyrolysereaktionen stattfinden, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Erwärmung auf die Verfahrenstemperatur sowohl indirekt durch ein vorerhitztes Heizgas über die Außenfläche des inneren Reaktors als auch direkt durch ein in den inneren Reaktor 1.8 eingeleitetes Permanentgas erfolgt, wodurch die besagten Abfälle unmittelbar nach Eintritt in den inneren Reaktor 1.8 schlagartig auf die vorgegebene Verfahrenstemperatur erwärmt werden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und auf einen Einspritzkondensator, welche Komponenten beide im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können. Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Der gleichermassen ökonomisch wie ökologisch effizienten Entsorgung von Gummi- und Kunststoffabfällen, insbesondere von Altreifengranulaten, kommt aufgrund des in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegenen Aufkommens derartiger Abfälle mittlerweile eine erhebli che Bedeutung in allen Industrienationen zu.

Entsprechend dem Stand der Technik wird diese Entsorgung üblicherweise mit Hilfe von Py rolyseverfahren in geeigneten Reaktoren vorgenommen, so wie dies beispielsweise in den beiden europäischen Patentanmeldungen des Standes der Technik mit den Veröffentlichungs nummern EP-0 816 035 und EP-1 016 508 offenbart wird.

Bei derartigen Verfahren ergibt sich jedoch das Problem, dass das vorgelegte Gummigranulat beim Erwärmen zu Beginn des Pyrolysevorganges an der Materialoberfläche teilweise auf schmilzt, wodurch eine klebrige Oberfläche entsteht. Dieses Phänomen führt dazu, dass das Pyrolysegut während der Durchführung der Pyrolyse zu einer homogenen, amorphen Masse zusammenbackt, die nach dem Ende des Pyrolysevorgangs zuerst aus dem Reaktor entfernt werden muss, ehe dieser wieder neu beschickt werden und das Verfahren fortgesetzt werden kann. Das Pyrolyseverfahren kann also insgesamt nicht kontinuierlich im Zustand eines sta bilen Fließgleichgewichts betrieben werden, sondern es ist lediglich ein chargenweiser und somit diskontinuierlicher Reaktorbetrieb möglich.

Es besteht daher gemäß dem Stand der Technik Bedarf an einem Pyrolyseverfahren zur Ent sorgung von Gummi- und Kunststoffabfällen, durch welches dieser Nachteil der Verfahren des Standes der Technik behoben und ein kontinuierlicher Pyrolysebetrieb ermöglicht wird.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die nachgeordneten Unteransprüche 2 bis 6 besondere Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Verfahrens beschreiben. Die Ansprüche 7 bis 10 beschreiben zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Reaktoren bzw. eine entsprechend vorgebildete Anlage.

Beschreibung der Figuren

Die Fig. 1 stellt eine schematische Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flußdiagramms dar. Die einzelnen Bezugszeichen haben dabei folgende Bedeutungen: 1 Reaktor
2 Heissgaserzeuger
3 Wärmetauscher: Luft/Luft
4 Heissgas-Rezirkulationsventilator
5 Kamin
6 Schüttschichtfilter
7 Einspritzkondensator
8 Ventilator für Permanentgas
9 Wärmetauscher: Wasser/Öl
10 Ölumwälz- und Förderpumpe
11 Thermische Abluftreinigungsanlage
12 Abhitzekessel
13 Turbine/Generator
14 Aktivierungsdrehrohr
15 Kühlschnecke
16 Wäscher
17 Abluftventilator

Die Fig. 2 entspricht einer schematischen Darstellung einer speziellen Ausführungsform des erfindunsgemäßen Verfahrens in Form eines Flußdiagramms, welche zur Verarbeitung klei nerer Massendurchsätze im Bereich von ca. 50 bis 500 kg/h Granulat geeignet ist. Dabei ha ben die Bezugszeichen 1 bis 17 dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1, während die zusätzlichen Bezugszeichen 18 bis 23 folgende Bedeutungen haben: 18 Brennkammer
19 Motor
20 Generator
21 Wärmetauscher
22 Katalysator
23 Wärmetauscher

Die Fig. 3 und Fig. 4 entsprechen jeweils einer Querschnittsansicht und einer Aufsicht auf ei nen erfindungsgemäßen Reaktor, entsprechend dem Bezugszeichen 1 in Fig. 1. Dabei haben die Bezugszeichen 1.1 bis 1.15 folgende Bedeutungen: 1.1 Aussenbehälter
1.2 Deckel
1.3 Boden
1.4 Materialeintrittstutzen
1.5 Materialaustrittstutzen
1.6 Heizgaseintrittstutzen
1.7 Heizgasaustrittstutzen
1.8 Innerer Reaktorbehälter
1.9 Permanentgaseintrittstutzen
1.10 Permanentgaswärmetauscher/Leiteinrichtung
1.11 Pyrolysegasaustrittstutzen
1.12 Inneres Verteilerrohr
1.13 Halterungen
1.14 Innere Einbauten/Leiteinrichtung
1.15 Feuerfeste Auskleidung/Isolierung

Die Fig. 5 entspricht einer Querschnittsansicht des Außenbehälters 1.1 eines erfindungsgemä ßen Reaktors.

Die Fig. 6 entspricht einer Querschnittsansicht des inneren Reaktorbehälters 1.8 eines erfin dungsgemäßen Reaktors, wobei den Bezugszeichen 1.5, 1.9, 1.10, 1.11 und 1.12 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 4 zukommt.

Die Fig. 7 entspricht einer Detailansicht der inneren Einbauten eines erfindungsgemäßen Re aktors mit Deckel und Materialeinstrittstutzen gemäß den Bezugszeichen 1.2, 1.4, 1.13 und 1.14 in Fig. 4.

Die Fig. 8 entspricht einer schematischen Wiedergabe einer Querschnittsansicht des im Rah men eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Einspritzkondensators gemäß Be zugszeichen 7 in Fig. 1, wobei die einzelnen Bezugszeichen folgende Bedeutung haben: A Gaseintrittsmodul
B Mittlere Module
C Permanentgasaustrittsmodul
7.1 Behältermodul
7.2 Pyrolysegaseintrittstutzen
7.3 Entleerungsstutzen
7.4 Pyrolyseölstutzen
7.5 Zirkulationsstutzen
7.6 Düsenstock
7.7 Gasüberströmrohr
7.8 Überlaufrohr
7.9 Bodenplatte
7.10 Flüssigkeitsabscheider
7.11 Deckel
7.12 Permanentgasaustrittstutzen
9 Wärmetauscher: Wasser/Öl
10 Ölumwälz- und Förderpumpe

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich konkret auf ein Verfahren und Vorrichtungen zur indirekten und direkten, thermischen Behandlung von rieselfähigen Gummi- und Kunststoffabfällen, insbe sondere von Altreifengranulaten, durch ein spezielles, kontinuierliches Pyrolyseverfahren. Sie dient dazu, zerkleinerte Altreifengranulate oder Kunststoffabfälle, die einen hohen Gehalt an polymeren, organischen Substanzen besitzen, in gasförmige, flüssige und feste Pyrolysepro dukte zu konvertieren. Das wird entsprechend dem Flußdiagramm in Fig. 1 dadurch erreicht, dass die Granulate einen vertikalen Pyrolysereaktor 1 von oben nach unten durchlaufen, wo bei ein Heizgas indirekt und ein Permanentgas direkt die Granulate auf eine Verfahrenstempe ratur von 400 bis 950°C, vorzugsweise 500 bis 750°C erwärmen, so dass Pyrolysereaktionen im inneren Reaktor 1.8 stattfinden.

Der entstehende feste, kohlenstoffreiche Rückstand - Pyrolysekoks - wird am unteren Stut zen 1.5 des Pyrolysereaktors 1 kontinuierlich über ein inertisierbares Schleusensystem abge zogen. Er kann vorzugsweise entweder durch Aktivierung der Oberfläche zu Aktivkoks in ei nem Drehrohrofen 14 weiter verarbeitet oder alternativ in der vorliegenden Form als Ad sorptionsmittel mit einer BET-Oberfläche im Bereich von 60-100 m²/g verwendet werden. Die entstehende Gasfraktion - Pyrolysegas - wird am Stutzen 1.11 des Reaktors 1 mit einer Temperatur im Bereich von vorzugsweise 500 bis 750°C abgezogen und einem Schüttschicht filter 6 zugeführt. In der Schüttschicht des Filters 6 werden ca. 50 bis 80% der im Pyrolyse gas vorhandenen Schwefelverbindungen durch ein Additiv gebunden und kontinuierlich aus getragen. Das Additiv besteht vorzugsweise aus ca. 60 Gew.-% Zementklinker, ca. 20 Gew.-% Kalkstein und ca. 20 Gew.-% Kalkhydrat.

Anschließend wird das entschwefelte Pyrolysegas einem gestuften Einspritzkondensator 7 zugeleitet. Im Einspritzkondensator 7 erfolgt durch eine fraktionierende Kondensation die Aufspaltung in Permanentgas und Pyrolyseölfraktionen. Analog wie bei einer Rektifikation können durch unterschiedliche Betriebstemperaturen in den Wärmetauschern 9 und in den Modulen des Einspritzkondensators die Siedepunkte bzw. Kondensationstemperaturen und somit die Fraktionsschnitte und Trennschärfe eingestellt werden.

Die einzelnen, mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Einspritzkondensators erhaltenen Fraktio nen können wie folgt unterteilt werden:

Am Kopf des Kondensators 7 wird über den Stutzen 7.12 das Permanentgas und über den Stutzen 7.4 das Pyrolyseöl mit dem niedrigsten Siedebereich (Leichtöl, Ts 30 bis 100°C) ab gezogen. Am unteren Teil des Kondensators 7 wird über den Stutzen 7.4 das Pyrolyseöl mit dem höchsten Siedebereich (Schweröl, Ts < 320°C) abgezogen. Am Fuß des Kondensators 7 wird über den Stutzen 7.3 der Destillationsrückstand (Ts < 370°C) abgeführt.

Das Permanentgas mit einem durchschnittlichen Heizwert im Bereich von Hu ≈ 30.000 bis 43.000 kJ/Nm³ wird mittels Ventilator 8 zum Brenner des Heizgaserzeugers 2 gefördert und dient zur autarken Energieversorgung des Pyrolyseprozesses. Ein Teilstrom des Permanentga ses wird zum Stutzen 1.9 des Reaktors 1 gefördert und im Permanentgaswärmetauscher 1.10 auf eine Temperatur im Bereich von vorzugsweise ca. 600 bis 750°C erhitzt. Danach wird es direkt über Ringspalte bzw. Düsen im inneren Verteilerrohr 1.12 dem Pyrolyseprozess zuge führt, was zu einer Stabilisierung des Prozesses und einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.

Die Ölfraktionen werden in Tanks bevorratet und zur weiteren Verarbeitung an Raffinerien abgegeben. Die Schwerölfraktion und der Destillationsrückstand dienen zur Beheizung der thermischen Abluftreinigungsanlage (TAR) 11 und des Aktivierungsdrehrohres 14.

Um die in der 17. Bundesimissionsschutzverordnung (BimSchV) geforderten Emissions grenzwerte gemäß § 5 sicher einhalten und den Anforderungen des § 4 genügen zu können, wird/muss in der Regel zur Abluftreinigung eine TAR 11 dem Pyrolyseprozess nachgeschal tet werden. Sowohl der Einsatz von einstufigen als auch zweistufigen TAR ist möglich, da in beiden Fällen eine Verbrennungs-Mindesttemperatur im Bereich von 850°C bzw. 1200°C, eine Mindestverweilzeit von ca. 2 Sekunden bei einem Mindestvolumengehalt an Sauerstoff von ca. 6% sicher eingehalten werden müssen.

Um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu erhöhen, wird der TAR 11 ein Abhitzekessel 12 zur Dampferzeugung, eine Turbinen-Generator-Kombination 13 zur elektrischen Energieer zeugung nachgeschaltet. Da das geschilderte Verfahren mehr Energie erzeugt als es zur autar ken Versorgung benötigt, kann der den Eigenbedarf überschreitende Stromüberschuss ins öf fentliche Netz eingespeist werden.

Aus 3.200 kg/h Altreifengranulat können so beispielsweise erfindungsgemäß 16 t/h Dampf (T = 450°C, p = 41 bar) und daraus ca. 3.200 kW elektrische Leistung gewonnen werden.

Die Reinigung der aus dem Abhitzekessel kommenden ca. 200 bis 230°C warmen Rauchgase erfolgt in einem zweistufigen Nasswäscher 16 mit vorgeschalteter Venturi-Quenche. In der ersten Stufe erfolgt eine saure Wäsche; in der zweiten Stufe eine leicht alkalische Wäsche, wobei durch Fällung und anschließende Filtrierung Salzverbindungen und Schwermetalle ausgetragen werden. Alternativ ist auch eine trockene Abgasreinigung möglich. Ein Abluft ventilator 17 fördert die gereinigte Abluft über den Kamin 5 in die Atmosphäre.

Die Umwandlung des Abfallstoffes Altreifengranulat in Wertstoffe erfolgt erfindungsgemäß nahezu rückstandsfrei. Die Menge der nicht verwertbaren Reststoffe liegt bei weniger als 1 Gew.-% des Ausgangsmaterials. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beruht weiterhin auf der Eigenenergieversorgung des für den technologischen Prozess erforderlichen, elektrischen und thermischen Energiebedarfes.

Das Verfahren erfüllt uneingeschränkt die Anforderungen des Kreislaufwirtschaftsgesetzes zur Schonung der natürlichen Ressourcen, des Abfallgesetzes zur Abfallvermeidung und Ab fallverwertung.

Für kleinere Massendurchsätze im Bereich von beispielsweise 50 bis 500 kg/h Granulat ist es wirtschaftlicher, entsprechend der im Rahmen von Fig. 2 als Flußdiagramm schematisch wiedergegebenen Ausführungsform folgende Änderungen in der Technologie vorzunehmen:
Die für den Pyrolyseprozess erforderlichen Heizgase werden in einer modifizierten Brenn kammer 18 erzeugt. Ein Teilstrom der entstehenden Heizgase wird einem/mehreren Stirling motor/(en) 19 zugeführt, der/(die) mit einem Generator 20 zur Stromerzeugung verbunden ist/(sind). Die den/die Stirlingmotor/(en) 19 verlassenden, heißen Abgase werden einem Kleindampferzeuger 21 zur Dampf-/Heißwassergewinnung zugeführt. Anschließend werden die Abgase durch einen Katalysator 22 zur katalytischen Abgasreinigung geleitet. Ein nachge schalteter Luft-/Luftwärmetauscher 23 dient zur Vorwärmung der Verbrennungsluft an der Brennkammer 18. Danach gelangen die gereinigten Abgase mittels Abluftventilator 17 zum Kamin 5.

Der andere Teilstrom der Heizgase wird dem Aktivator 14 und anschließend dem Reaktor 1 zur Beheizung zugeführt. Die den Reaktor 1 verlassenden Abgase werden der Brennkammer 18 als Sekundärluft wieder zugeführt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Der vertikale Pyrolysereaktor besteht aus einem äußeren, zylindrischen Stahlmantel 1.1. Er ist als feuerfest ausgekleideter Heizraum 1.15 ausgeführt. Er besitzt einen inneren, zylindrischen Stahlmantel 1.8 mit kegelförmigem Materialaustritt sowie inneren Einbauten 1.14 für die Materialumwälzung und für die Pyrolysegasabsaugung 1.11.

Der Reaktor 1 ist gasdicht ausgeführt und kann wahlweise durch einen Heizgaserzeuger mit integriertem Brenner oder durch Heizgaszuführung indirekt und direkt beheizt werden.

Der Materialeintrag erfolgt beispielsweise im Kopfteil 1.4 des Reaktors 1 über gasdichte Do siereinrichtungen. Wahlweise kann beispielsweise über Kombinationen von Stoffschiebern, Zellradschleusen, Klappen oder Doppelpendelklappen das Material eingetragen werden, wo bei immer in den Passstücken zwischen zwei Armaturen Anschlüsse für Inertisierungsmittel installiert sind, um Sauerstoffanreicherungen zu verhindern. Als Inertisierungsmittel wird be vorzugt Stickstoff verwendet.

Der Materialfluß durch den vertikalen Reaktor 1 und eine Durchmischung des zu pyrolysie renden Granulates erfolgen in konstruktiv vorgegebenen Geometrien 1.14 (kegelförmig- zylindrische "Glocken") gravimetrisch von oben nach unten. Die Verweilzeit des Granulates im Reaktor 1 wird durch die Bauhöhe, die Anzahl der Leiteinrichtungen 1.14 und die Mate rialabzugsgeschwindigkeit geregelt. Der Zeitraum, in dem die einzelnen Granulate im Reak toroberteil verweilen, beträgt ca. ein bis zwei Sekunden, durch den gesamten Reaktor 1 ca. ei ne Stunde. Der Materialfluss im Reaktor 1 erfolgt im Gegenstrom zum indirekten Heizmedi um und im Gleichstrom zum Permanentgas.

Die Wärmeübertragung auf das Granulat geschieht einerseits indirekt durch ein Heizgas über die äußere Mantelfläche des inneren Behälters 1.8. Andererseits erfolgt sie auch direkt durch ein indirekt im Spiralwärmetauscher 1.10 erhitztes Permanentgas, sowohl im Reaktoroberteil als auch in der Schüttschicht des Granulates, im Ringspalt zwischen innerem Behälter 1.8 und den inneren Einbauten 1.14. Das Permanentgas wird vorzugsweise gleichmäßig und konti nuierlich durch Düsen bzw. Ringspalte des inneren Verteilerrohres 1.12 im Reaktoroberteil eingedüst und zielgerichtet auf die eintretenden Granulate gelenkt. Die Granulate werden dadurch schockartig erhitzt und überwinden dabei die mit einer klebrig-plastischen Granulato berfläche einhergehende Pyrolysephase schlagartig und sekundenschnell, so dass es zu keinen Anbackungen am Reaktormantel 1.8 oder den Leiteinrichtungen 1.14 kommt. Im Reaktoro berteil findet somit eine Fallstrompyrolyse in turbulenter Strömung statt, die eine sehr gute Wärmeübertragung auf das Granulat erzielt. Infolgedessen kann das gesamte Pyrolysever fahren kontinuierlich nach Art eines stabilen Fließgleichgewichts durchgeführt werden. Die mit einem lediglich chargenweisen Betrieb entsprechend dem Stand der Technik einherge henden Nachteile und praktischen Schwierigkeiten werden somit vermieden.

Die Einstellung der Pyrolysetemperatur erfolgt produktspezifisch vorzugsweise in einem ge sonderten Heizgaserzeuger und kann im Bereich von 400°C und 950°C durch handelsübli che Brennerregelungen variiert werden. Es können beispielsweise Erdgas-/Pyrolysegas-, Heizöl-/Pyrolyseöl-, als auch Erdgas-/Heizölbrenner zur Energieerzeugung verwendet wer den. Die Zufuhr der Heizgase erfolgt vorzugsweise im unteren Teil des Reaktors über ein bzw. mehrere, vorzugsweise tangential angeordnete Eintrittsstutzen. Die Heizgase werden vorzugsweise tangential auf die Mantelfläche des inneren Reaktorbehälters 1.8 gelenkt und umlaufen zwangsgeführt durch Leiteinrichtungen 1.10 turbulent und spiralförmig den Heiz gasraum im Gegenstrom zur Granulatfließrichtung. Vorzugsweise werden etwa 75% des Energiebedarfes für den Pyrolyseprozess dem Reaktor 1 indirekt über Heizgas und entspre chend dimensionierte Wärmeübertragungsflächen (Manteloberfläche des inneren Reaktorbe hälters 1.8) zugeführt. Die restliche Energie wird über das Permanentgas dem Reaktor direkt zugeführt. Die Schichtdicke des Granulates zwischen dem inneren Reaktorbehälter 1.8 und den Leiteinrichtungen 1.14 (Ringspaltfläche) variiert entsprechend der Wärmeleitfähigkeit des zu pyrolysierenden Granulates und kann konstruktiv angepasst und verändert werden. Sie ent spricht bei Altreifengranulat der Körnung 3-8 mm einem Bereich von ca. 35 bis 50 mm.

Im Schüttschichtbett des Reaktors (Ringspaltfläche × Füllhöhe) erfolgt die Wärmeübertra gung auf die Granulatpartikel ebenfalls durch das die Partikel umgebende Permanentgas und durch die Strahlungswärme der indirekt erwärmten Mantelfläche des inneren Reaktorbehälters 1.8. Die Wärmeübertragungswerte können von jedem einschlägig vorgebildeten Fachmann sowohl theoretisch durch ein geeignetes Rechnerprogramm, als auch experimentell durch Versuche ermittelt werden.

Eine katalytische Beeinflussung des Pyrolyseprozesses bezogen auf die Pyrolysegaszusam mensetzung und der nachfolgenden Kondensatzusammensetzung (Ölfraktionen) kann durch in der Petrochemie bekannte Metallmischkatalysatoren bereits im Reaktor erfolgen. Wichtig dabei ist, dass der Mischkatalysator annähernd die gleiche Schüttdichte wie das zu pyrolysie rende Granulat besitzt, damit eine vorzeitige Entmischung im Reaktor vermieden wird. Be sonders geeignet sind hierfür in Blähtongranalien eingebundene SiO₂/Al₂O₃, Al₂O₃/Fe₂O₃ und Cr₂O₃/Fe₂O₃-Verbindungen, die im Zementklinker Bentonit, Tonerde, Bauxit und Chromits teinen in ausreichenden Konzentrationen vorhanden sind.

Sowohl das dem Fachmann bekannte Thermofor-(TCC), das Fluid Catalyst-(FCC) als auch das Houdry-Verfahren entsprechend dem Stand der Technik lassen sich im vorher beschrie benen Vertikalreaktor verfahrenstechnisch realisieren.

Die für diese Verfahren notwendigen, technologischen Voraussetzungen, wie z. B.:

Reaktionstemperaturen: im Bereich von 400 bis ca. 600°C;
Betriebsdrücke: im Bereich von 0,5 bis 1,5 bar;
Katalysatorbasis: SiO₂/Al₂O₃;
Kontaktzeit: bis zu 60 min.,

können problemlos in einem erfindungsgemäßen Vertikalreaktor durchgeführt werden.

Der Feststoffaustrag (Pyrolysekoks) aus dem inneren Reaktorbehälter 1.8 erfolgt am unteren, kegelförmigen Auslauf über den Stutzen 1.5. Vorzugsweise verhindert ein analoges Schleu sensystem wie am Materialeintrittsstutzen 1.4 unkontrollierte Sauerstoffanreicherungen. Vor zugsweise ermöglicht eine stufenlose Drehzahlregelung über Frequenzumformer an dem Schleusensystem (bei Zellradschleusen) einen sehr genauen Materialabzug. Die Pyrolysegas abführung erfolgt vorzugsweise durch Spalte zwischen den einzelnen Leiteinrichtungen 1.14 (Glocken) am unteren, heißesten Teil des Reaktors über den/die Stutzen 1.1. Die Strömungs richtung und die Gasgeschwindigkeit des Pyrolysegases werden durch den vorhandenen Un terdruck im nachgeschalteten Einspritzkondensator 7 und einem Ventilator für Permanentgas 8 bestimmt, wobei ein Unterdruck im Pyrolysereaktor eine höhere Pyrolysegasgewinnung bewirkt.

Der Außenmantel des Reaktors 1.1 und der Boden 1.3 werden in der Regel aus Kesselblech H II o. ä. Werkstoff gefertigt. Die übrigen, wärmebelasteten Bauteile werden je nach Tempera turbelastung aus wärmebeständigem Stahl, z. B. AVESTA 253 MA, Nicrofer 45 TM, AVESTA 353 MA, 1.4828 o. ä. Werkstoffen gefertigt, so dass Betriebstemperaturen bis zu 1.100°C möglich sind. Durch eine vollkommene Einkapselung des Reaktors und eine opti male Isolierungsausführung sind die Wärmeverluste sehr gering. Die Wärmeausdehnung des Reaktors in vertikaler Richtung erfolgt nach unten, da die heißgehenden Teile des Reaktors (innerer Reaktorbehälter 1.8 und Permanentgaswärmetauscher 1.10) am oberen Außenbe hälterflansch einseitig eingespannt sind und frei nach unten hängen.

Die Aufstellung des Reaktors kann sowohl auf der Bodenplatte 1.3 auf einem Fundament, als auch alternativ hängend über Tragpratzen am Außenmantel 1.1 erfolgen.

Beispiel für die Geometrie eines erfindungsgemäßen Reaktors mit einem Materialdurchsatz von 3.200 kg/h Gummigranulat:

Gesamtbauhöhe	8.000 mm
Außendurchmesser Teil 1.1	3.800 mm
Außendurchmesser Teil 1.8	2.800 mm
Nennweite Materialein- und Austritt	DN 400
Nennweite Heizgaseintritt	DN 650
Nennweite Permanentgasspiralrohr Teil 1.9	DN 200

Einige der wichtigsten technologischen und wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen, vertikalen Pyrolysereaktors gegenüber konventionellen Pyrolysedrehrohren des Standes der Technik sind z. B.:

- Er besitzt keine sich drehenden Teile und braucht daher keine Spezialdrehdichtungen, keine Antriebe und Lagerungen;
- Er hat einen sehr geringen, mechanischen Verschleiß und keine Betriebskosten betreffs Elektroenergievebrauch;
- Er ist gasdicht bis zu einem Überdruck von vorzugsweise 1,5 bar ausgeführt;
- Er ist aus temperaturbeständigem Material gefertigt und ermöglicht hohe Betriebstempe raturen ohne zusätzliche, dynamische Belastungen aus Rotation und Durchbiegungen;
- Er hat wesentlich geringere Herstellungskosten als vergleichbare Pyrolyseaggregate;
- Er besitzt eine gleichmäßigere am Reaktormantel verteilte Materialschichtdicke mit ei nem konstanten Wärmeeintrag an der gesamten Mantelfläche gegenüber einem Drehrohr mit einem örtlich begrenzten Füllvolumen (Füllungsgrad ϕ im DRO max. 20% bei Py rolyse) und daher einen wesentlich höheren, thermischen Wirkungsgrad.

Das erfindungsgemäße Pyrolyseverfahren und die entsprechend vorgebildeten Vorrichtungen wird/werden im Rahmen des nachfolgenden Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Fig. 1 bis 8 näher beschrieben.

Ausführungsbeispiel Tabelle 1 Beispiel für Ausgangsmaterial: Reifenzusammensetzung (Ma = Massenanteil)

ca. 14 Ma% Naturkautschuk
ca. 26 Ma% Synthesekautschuk
ca. 5 Ma% Regenerat
ca. 44 Ma% Füllstoffe (z. B. Ruß)
ca. 4 Ma% Weichmacher
ca. 1,5 Ma% Zinkoxyd
ca. 1,5 Ma% Schwefel
ca. 1 Ma% Stearinsäure
ca. 3 Ma% Sonstige Stoffe

Tabelle 2 Erfindungsgemäß erhaltene Pyrolyseprodukte aus Altreifengranulat (Ma = Massenanteil; Hu = Heizwert)

Feststoff (Pyrolysekoks)	ca. 30 bis 52 Ma%, Hu ≈ 23 bis 30.000 kJ/kg
Permanentgas	ca. 6 bis 30 Ma%, Hu ≈ 26 bis 45.000 kJ/kg
Pyrolyseöle	ca. 30 bis 50 Ma%, Hu ≈ 36 bis 46.000 kJ/kg

Tabelle 3 Ergebnisse aus Versuchsanlage gemäß erfindungsgemäßer Technologie bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen und Verweilzeiten (Ma = Massenanteil)

ca. 45 bis 51 Ma% Pyrolyseöle
ca. 7 bis 15 Ma% Permanentgas
ca. 45 bis 51 Ma% Pyrolysekoks

Tabelle 4 Ergebnisse bei durchschnittlicher Betriebstemperatur von 625°C und Verweilzeit von einer Stunde (Ma = Massenanteil)

ca. 50 Ma% Pyrolyseöle
ca. 12,5 Ma% Permanentgas
ca. 37,5 Ma% Pyrolysekoks

Tabelle 5

Schematische Wiedergabe eines erfindungsgemäßen Fallbeispiels

Massenstrom bei Pyrolyse von 3000 kg/h Gummigranulat; Betriebstemperatur ca. 650°C; Verweilzeit im Reaktor ca. 60 Minuten

Tabelle 6

Zusammensetzung der erfindungsgemäß erhaltenen Pyrolyseölfraktionen

Tabelle 7

Aktivierungsergebnisse Pyrolysekoks zu Aktivkoks

Tabelle 8

Kenngrößen der Inhaltsstoffe Pyrolysegas (Grenzwerte)

Claims

1. Verfahren zur indirekten und direkten, thermischen Behandlung von rieselfähi gen Gummi- und Kunststoffabfällen, insbesondere von Altreifengranulaten, wobei die besag ten Abfälle einen vertikalen Pyrolysereaktor 1 von oben nach unten durchlaufen und gleich zeitig auf eine Verfahrenstemperatur im Bereich von 400 bis 950°C erwärmt werden, so dass in einem inneren Reaktor 1.8 Pyrolysereaktionen stattfinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf die Verfahrenstemperatur sowohl indirekt durch ein vorerhitztes Heizgas über die Außenfläche des inneren Reaktors, als auch direkt durch ein in den inneren Reaktor 1.8 eingeleitetes Permanentgas erfolgt, wodurch die besagten Abfälle unmittelbar nach Ein tritt in den inneren Reaktor 1.8 schlagartig auf die vorgegebene Verfahrenstemperatur er wärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrolysegas nach dem Austritt aus dem Pyrolysereaktor einem gestuften Einspritzkondensator 7 zugeleitet wird, in welchem durch fraktionierende Kondensation die Aufspaltung des Pyrolysegasstroms in Permanentgas und Pyrolysefraktionen erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrenstemperatur in einem Bereich von etwa 500 bis 750°C vorgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenzeichnet, dass der Betriebsdruck im inneren Reaktor 1.8 entsprechend einem Wert im Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 bar vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse in Anwesenheit eines Mischkatalysators vorgenommen wird, vorzugsweise in Anwesenheit von Materialien auf der Basis der Verbindungen SiO₂/Al₂O₃, Al₂O₃/Fe₂O₃ und Cr₂O₃/Fe₂O₃, insbesondere in Anwesenheit von Materialien auf der Basis von SiO₂/Al₂O₃.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verweilzeit im Pyrolysereaktor im Bereich von bis zu etwa 60 Minuten vorgegeben wird.

7. Vorrichtung zur indirekten und direkten, thermischen Behandlung von riesel fähigen Gummi- und Kunststoffabfällen, insbesondere von Altreifengranulaten, umfassend einen gasdicht ausgeführten, vorzugsweise vertikal angeordneten Pyrolysereaktor, der einen äußeren, vorzugsweise zylindrischen Reaktormantel 1.1 aufweist, welcher als feuerfest aus gekleideter Heizraum 1.15 ausgeführt ist, einen inneren, vorzugsweise zylindrischen Reak tormantel 1.8 mit vorzugsweise kegelförmigem Materialaustritt sowie außerdem innere Ein bauten 1.14 für die Materialumwälzung und für die Pyrolysegasabsaugung 1.11, dadurch ge kennzeichnet, dass im vorzugsweise oberen Bereich des inneren Reaktormantels 1.8 minde stens ein vorzugsweise spiralförmig auf der Innenwand des inneren Reaktormantels 1.8 ver laufendes, mit einer Mehrzahl von Düsen und/oder Ringspalten versehenes, inneres Verteiler rohr 1.12 für die Einleitung von Permanentgas in den Reaktor angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Py rolysereaktor gasdicht bis zu einem Überdruck von 1,5 bar ausgeführt ist.

9. Einspritzkondensator zur fraktionierenden Kondensation von Pyroly segasströmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkondensator eine Mehrzahl von miteinander in räumlicher Verbindung stehenden, übereinander oder benachbart angeordneten Kondensationsmodulen aufweist, deren Betriebstemperatur durch Wärmetauscher 9 jeweils unabhängig voneinander vorgegeben und aufrecht erhalten werden kann, so dass die Konden sation der Pyrolysegase im jeweiligen Kondensationsmodul durch Fraktionskondensate dieses speziellen Moduls erfolgt.

10. Anlage zur indirekten und direkten, thermischen Behandlung von rieselfähigen Gummi- und Kunststoffabfällen, insbesondere von Altreifengranulaten, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anlage mindestens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und mindestens einen Einspritzkondensator nach Anspruch 9 umfasst.