DE102005040490A1 - Apparatus and Process for a Biofuel Refinery: Direct thermochemical conversion of organic substances to liquid fuels - Google Patents

Apparatus and Process for a Biofuel Refinery: Direct thermochemical conversion of organic substances to liquid fuels Download PDF

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur direkten thermochemischen Umwandlung von organischen Substanzen in hochwerte organische Produkte, die bei Raumtemperatur als niedrigviskose Flüssigkeiten vorliegen und brennbar sind. Das zweistufige direkte Verflüssigungsverfahren ist gekennzeichnet durch sehr schnelle Erwärmung der Rohstoffe mit anschließender druckloser Verölung oder vorangegangener druckloser Verölung, das heißt, zuerst eine drucklose katalytische Verölung mit anschließender schneller Erwärmung der Rohstoffe und Ausführung der Umwandlungsreaktionen im autokatalytischen Kreislauf schwerflüchtiger Produktfraktionen in einem Sumpfphasenreaktor mit selektiver produktorientierter Verweilzeitsteuerung. Dadurch werden unerwartet gute Qualität und Ausbeute der Produkte erzielt, notwenidge Reaktionstemperaturen und Drücke erheblich gesenkt und der Auswand an zusätzlich einzusetzenden Katalysatoren stark verringert. Überraschenderweise kann zum Teil ganz auf zusätzliche Katalysatoren verzichtet werden. Weiterhin kann mit der zweistufen Verflüssigung der Sauerstoffgehalt und der Schwefelgehalt mehr reduziert werden als in allen anderen Verfahren. Die Absenkung notwendiger Überdrücke bezieht sich insbesondere auf Anwendungsfälle, in denen die Umwandlungsreaktionen unter reduzierender bzw. hydrierender Gasatmosphäre durchgeführt werden. Ferner wird die Anzahl der in flüssige Öle umwandelbaren Stoffe in einem unerwarteten Maße gesteigert. Dies betrifft vor allem die ...The invention describes a process for the direct thermochemical conversion of organic substances into high-quality organic products which are present as low-viscosity liquids at room temperature and are flammable. The two-stage direct liquefaction process is characterized by very rapid heating of the raw materials with subsequent pressureless oiling or previous pressureless oiling, i.e. first a pressureless catalytic oiling with subsequent rapid heating of the raw materials and execution of the conversion reactions in the autocatalytic cycle of low-volatility product fractions in a sump-phase reactor with a selective productive reactor Dwell time control. As a result, unexpectedly good quality and yield of the products are achieved, necessary reaction temperatures and pressures are considerably reduced and the amount of additional catalysts to be used is greatly reduced. Surprisingly, additional catalysts can in some cases be completely dispensed with. Furthermore, with the two-stage liquefaction, the oxygen content and the sulfur content can be reduced more than in any other process. The lowering of the necessary overpressures relates in particular to applications in which the conversion reactions are carried out under a reducing or hydrogenating gas atmosphere. Furthermore, the number of substances which can be converted into liquid oils is increased to an unexpected extent. This mainly concerns the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten thermochemischen Umwandlung von organischen Substanzen in hochwertige organische Produkte, die bei Raumtemperatur als niedrigviskose Flüssigkeiten vorliegen und brennbar sind.The The invention relates to a process for direct thermochemical conversion from organic substances to high quality organic products that present as low viscosity liquids at room temperature and flammable are.

Organischen Substanzen sind hier kohlenstoffhaltige Stoffe oder Stoffgemische, bestehend aus langkettigen oder vernetzten Molekülen. Das können einerseits nachwachsende Rohstoffe wie Biomasse, Energiepflanzen oder Pflanzenöl und Tierfett sowie Abfallstoffe beginnend bei Kohlenwasserstoffen wie Plastikabfällen, Altölen und Schwerölen, über Lignocellulosen pflanzlichen Ursprungs einschließlich ihrer Verarbeitungsprodukte wie kontaminierte Holzabfälle und entsprechende Hausmüllfraktionen bis hin zu eiweißhaltigen Problemstoffen tierischen Ursprungs wie Tier- und Knochenmehl. Des Weiteren zählen hierzu Sedimente mit erhöhten organischen Anteilen wie feinkörnige Siebfraktionen des Baggergutes aus Hafengewässern und Klärschlamm.organic Substances are here carbon-containing substances or substance mixtures, consisting of long-chain or crosslinked molecules. On the one hand, this can be renewable Raw materials such as biomass, energy crops or vegetable oil and animal fat and waste materials starting from hydrocarbons such as plastic waste, waste oils and Heavy oils, over lignocelluloses of vegetable origin, including their processed products like contaminated wood waste and corresponding household waste fractions up to protein-containing Problematic substances of animal origin such as animal and bone meal. Furthermore counting this sediment with increased organic components such as fine-grained Screening fractions of dredged material from harbor waters and sewage sludge.

Unter hochwertigen organischen Produkten sind hier niedrigviskose Flüssigkeiten mit hohem Kohlenwasserstoffanteil und hoher Wertschöpfung wie z. B. petrochemische Wertstoffe und Motorenkraftstoffe zu verstehen. Im Hinblick auf die Zielprodukte, die vorzugsweise reine Kohlenwasserstoffe sind, d. h. nur aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, lassen sich die organischen Anteile der Rohstoffe nach ihrem Heteroatomanteil charakterisieren. Unter Heteroatomen versteht man in diesem Zusammenhang andere Atome als Kohlenstoff und Wasserstoff. Hier kommen insbesondere Sauerstoff und Stickstoff aber auch Halogene sowie Schwefel, Phosphor usw. in Frage. Rohstoffe mit geringem Heteroatomanteil sind zum Beispiel Alt- und Schweröle aber auch Polyethylen und ähnliche Kunststoffe. Zu Rohstoffen mit hohem Heteroatomanteil gehören beispielsweise biologische Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs.Under high quality organic products are low viscosity liquids with high hydrocarbon content and high added value like z. B. petrochemical recyclables and engine fuels to understand. With regard to the target products, which are preferably pure hydrocarbons, d. H. consist only of the elements carbon and hydrogen, The organic components of the raw materials can be characterized according to their heteroatom content. Heteroatoms are other atoms in this context as carbon and hydrogen. Here come in particular oxygen and nitrogen but also halogens as well as sulfur, phosphorus etc. in question. For example, raw materials with a low content of heteroatoms are Old and heavy oils but also polyethylene and similar plastics. For example, high heteroatom content ingredients include biologicals Substances of plant and animal origin.

Separat von diesen organischen Rohstoffanteilen sind die anorganischen Bestandteile zu betrachten. Dazu zählen Mineralstoffe oder Ascheanteile aber auch reine Metalle wie z. B. in Elektrokabel- und Autoreifenabfällen. Die anorganischen Anteile der genannten Rohstoffe sind sehr unterschiedlich nach Gehalt und Zusammensetzung. Alt- und Schweröle sowie reine Plastikfraktionen aber auch reine Biomassefraktionen enthalten in der Regel sehr geringe Ascheanteile. Bei Knochenmehl und Hafenschlick dagegen können die anorganischen Anteile mehr als 50 Gew.% betragen.Separately of these organic raw material fractions are the inorganic constituents consider. These include Minerals or ash but also pure metals such. B. in electrical cable and car tire waste. The inorganic components of mentioned raw materials are very different according to content and composition. Old and heavy oils as well as pure plastic fractions but also pure biomass fractions usually contain very small amounts of ash. For bone meal and harbor silt against it can the inorganic content is more than 50% by weight.

Die thermodynamisch und chemisch sehr anspruchsvolle Aufgabe der Erfindung besteht darin, sowohl der anorganischen Seite als auch der organischen Seite gerecht zu werden.The thermodynamically and chemically very demanding object of the invention It consists of both the inorganic side and the organic one Page to meet.

Was die anorganische Seite betrifft, so soll sie nach dem Umwandlungsprozess in einer verbesserten, von organischen Anteilen befreiten und weiterverwendbaren Form vorliegen. Bei Schwermetallbelastetem Hafenschlick beispielsweise sollen die Schwermetalle quantitativ in der anorganischen Fraktion gebunden sein, damit die organischen Produkte schwermetallfrei sind. Gleichzeitig aber soll die Einbindung der Schwermetalle in die anorganische Matrix derart erfolgen, dass sie anschließend nicht mehr eluierbar sind. Dann kann die mineralische Produktfraktion problemlos entweder deponiert oder beispielsweise im Baugewerbe eingesetzt werden. Bei der Umwandlung der organischen Rohstoffanteile kommt es darauf an, gleichzeitig einerseits hochmolekulare, d. h. langkettige, organische Verbindungen selektiv zu kracken, also derart zu verkürzen, dass exakt der gewünschte Molekülkettenlängenbereich herauskommt, der beispielsweise bei Dieselöl mit einem Siedebereich vorzugsweise von 200 °C bis 380 °C etwa zwischen 11 und 21 C Atomen liegt, und andererseits die Heteroatome unter möglichst geringen Verlusten an Kohlenstoff und Wasserstoff selektiv zu entfernen. Hierbei können Mineralstoffanteile gewünschte katalytische Wirkung entfalten. Außerdem sollen nicht nur anorganische Giftstoffe wie Schwermetalle sondern auch organische Giftstoffe wie z. B. Prionen aus Tier- und Knochenmehl vollständig aus den organischen Produkten eliminiert und unschädlich gemacht werden, und es dürfen keine neuen Giftstoffe wie z. B. Dioxine erzeugt werden.What As far as the inorganic side is concerned, it should follow the transformation process in an improved, freed from organic shares and reusable Form present. For example, in the case of heavy metals contaminated harbor silt The heavy metals are intended to be quantitatively in the inorganic fraction be bound so that the organic products are free of heavy metals. At the same time, however, the integration of heavy metals in the inorganic matrix done so that they are then no longer elutable. Then the mineral product fraction can easily be dumped either or used in construction, for example. In the conversion the organic raw material shares are important, at the same time on the one hand high molecular weight, d. H. long-chain, organic compounds selectively to crack, so shorten, that exactly the desired one Molecule chain length range comes out, the example of diesel oil with a boiling range preferably from 200 ° C to 380 ° C approximately between 11 and 21 C. Atoms, and on the other hand, the heteroatoms under possible to selectively remove low losses of carbon and hydrogen. Here you can Desired mineral parts develop catalytic effect. In addition, not only inorganic Toxins like heavy metals but also organic toxins such as B. prions of animal and bone meal completely from the organic products are eliminated and rendered harmless, and it allowed to no new toxins such. As dioxins are generated.

Die geschilderte kombinierte Gesamtaufgabe ist mit bisher existierenden Verfahren nicht befriedigend gelöst worden, und es ist überraschend, dass ein solches Verfahren bei der Vielzahl der denkbaren Rohstoffe überhaupt erfindungsgemäß möglich ist. Bestehende thermische Verfahren, so genannte Pyrolyseverfahren, im großtechnischen Maßstab zur Umwandlung von organischen Abfallstoffen setzen hohe Temperaturen üblicherweise oberhalb von 800 °C ein. Hierbei werden, gemessen an dem oben genannten Zielprodukt, zu kleine Moleküle erzeugt, so dass ein Gasprodukt entsteht, das direkt energetisch verwertet oder als Synthesegas verwendet werden kann. Nachteilig sind die hohen Temperaturen zum einen im Hinblick auf den energetischen Wirkungsgrad und zum anderen im Falle von chlorhaltigen Rohstoffen wegen der Gefahr der Bildung von Dioxinen. Überdies erfordern die erzeugten Gase aufwendige Gasreinigungsprozesse, und die Gasprodukte sind nicht direkt sondern nur nach zusätzlichen und damit Kostensteigernden Umwandlungsprozessen als petrochemische Wertstoffe oder als konventionelle Motorenkraftstoffe einsetzbar.The described combined overall task has not been satisfactorily solved with previously existing methods, and it is surprising that such a method is possible according to the invention in the case of the multitude of conceivable raw materials. Existing thermal processes, so-called pyrolysis processes, on an industrial scale for the conversion of organic waste materials usually use high temperatures above 800 ° C. In this case, measured in terms of the above-mentioned target product, too small molecules are generated, so that a gas product is formed, which can be directly recycled or used as synthesis gas. The disadvantages are the high temperatures on the one hand with regard to the energy efficiency and on the other hand in the case of chlorine-containing raw materials because of the risk of the formation of dioxins. Moreover, the gases produced require expensive gas purification processes, and the gas products are not direct but only after additional and thus cost-increasing conversion processes can be used as petrochemical recyclables or as conventional motor fuels.

In der Entwicklung befindliche Niedertemperatur-Flashpyrolyseverfahren im Temperaturbereich etwa zwischen 400 und 500 °C, die beispielsweise zur direkten Verflüssigung von Holz in Wirbelschichtreaktoren durchgeführt werden, führen zu minderwertigen Ölprodukten, die keinesfalls den Qualitätsansprüchen konventioneller Motorenkraftstoffen entsprechen. Die Produkte haben in der Regel hohen Sauerstoff und Wasseranteile und dadurch geringe Heizwerte, sind korrosiv und in der Regel thermodynamisch instabil.In developing low-temperature flash pyrolysis process in the temperature range approximately between 400 and 500 ° C, for example, the direct liquefaction be performed by wood in fluidized bed reactors lead to low-grade oil products, by no means the quality standards of conventional Motor fuels correspond. The products usually have high oxygen and water content and thus low calorific values, are corrosive and usually thermodynamically unstable.

Alternativ in der Entwicklung befindliche direkte thermochemische Verfahren zur Verflüssigung holzartiger Biomasse arbeiten mit Wasser als Reaktionsmedium unter sehr hohem Drücken bis über 200 bar und bei Temperaturen bis etwa 400 °C. Nachteilig sind hier zum einen die sehr hohen Prozessdrücke, die aufwendige Apparaturen erfordern, und wiederum die äußerst schlechte Produktqualität. Das Flüssigprodukt ist eher ein zähflüssiger Teer als ein Öl und hat obendrein vergleichsweise hohe Sauerstoffgehalte und entsprechend niedrige Heizwerte. Bekannt ist die Hydrierung unter Druck in Rührkesseln oder Strömungsreaktoren zur Verbesserung der Produktqualität bei der Verflüssigung von organischen Stoffen mit Wasserstoffmangel wie z. B. Kohlen oder von organischen Stoffen mit erhöhtem Sauerstoffanteil wie z. B. Holz. Diese Verfahren zeichnen sich aus durch unwirtschaftlich hohe Kosten wegen sehr hoher Betriebsdrücke von über 100 bar, hohen Verbrauches an teurem Wasserstoff, hoher Verweilzeiten der umzusetzenden Stoffe im Reaktor, erheblichen Katalysatoreinsatzes und unbefriedigender Produktausbeute.alternative under development direct thermochemical processes for liquefaction of woody Biomass work with water as a reaction medium under very high levels To press to about 200 bar and at temperatures up to about 400 ° C. The disadvantages are here for one the very high process pressures that require expensive equipment, and again the extremely bad Product quality. The liquid product is more of a viscous tar as an oil and on top of that has comparatively high oxygen contents and accordingly low calorific values. The hydrogenation is known under pressure in stirred tanks or flow reactors to improve product quality in liquefaction of organic substances with hydrogen deficiency such. As coals or from organic substances with elevated Oxygen content such. Wood. These methods are characterized by Uneconomically high costs due to very high operating pressures of over 100 bar, high consumption of expensive hydrogen, high residence times the substances to be reacted in the reactor, considerable catalyst use and unsatisfactory product yield.

Auch bei der Direktverflüssigung organischer Substanzen sind Drücke bis 100 bar und Temperaturen von 450 °C notwendig. Die einstufige hydrierende Druckumwandlung dient der Verflüssigung von Biomasse bei 400-450°C und 20-80 bar Wasserstoffdrucks zur Erzeugung flüssiger Brenn- und Kraftstoffe. Es kommt wegen der hohen Temperatur zu starken Verkoksungen, da die Kokskristallbildungs-Temperatur bei 420°C liegt. Bei dieser Technik kommt es zu erhöhten Ablagerungen in den Leitungen, so das längere Standzeiten sowie hohe Wartungskosten die Folge sind. Das Verfahren arbeitet nach Schockerwärmung der Rohstoffe in Kombination mit Schwerölkreislaufführung mit einem integrierten Sumpfphasenreaktor. Dies funktioniert aber nur unter erschwerter technischer Reaktortechnik. Der Reaktor muss sowohl Destillationsfunktionen als auch Strippfunktionen erfüllen um Gasströme selektiv aufzunehmen. Außerdem handelt es sich sowohl bei der hydrierenden Druckumwandlung als auch bei den katalytischen Kraken um Verfahren mit einstufiger Verflüssigung fester Biomasse. Massen- und Energiebilanz: Bei diesem Verfahren kann von 100% Holz eine Ölausbeute von 31 % Öl erreicht werden jedoch liegt die Energieausbeute bei 73%. Sowohl der hohe Sauerstoff als auch der hohe Schwefelanteil ist bei diesen Verfahren nicht zufrieden stellend.Also in direct liquefaction Organic substances are pressures up to 100 bar and temperatures of 450 ° C necessary. The single-stage Hydrogenating pressure conversion is used to liquefy biomass at 400-450 ° C and 20-80 bar hydrogen pressure for the production of liquid fuels. It comes because of the high temperature to strong coking because the coke crystallization temperature is 420 ° C. In this technique it comes to elevated Deposits in the pipes, so the longer life and high Maintenance costs are the result. The procedure works after shock heating of the Raw materials in combination with heavy oil circulation with an integrated Sump phase reactor. This works only under difficult technical reactor technology. The reactor must have both distillation functions as well as Strippfunktionen meet around gas flows selectively record. Furthermore it is both in the hydrogenating pressure conversion as also in the case of catalytic octopuses to single-stage liquefaction solid biomass. Mass and energy balance: In this process can from 100% wood an oil yield of 31% oil however, the energy yield is 73%. Either the high oxygen and the high sulfur content is in these Procedure unsatisfactory.

Darüber hinaus gibt es die katalytische drucklose Verölung (katalytisches Kaken). Katalytische Verflüssigung von Biomasse bei 350-400°C unter Atmosphärendruck zur Herstellung von kohlenwasserstoffreichen flüssigen Brenn- und Kraftstoffen. Dieses Verfahren wurde ursprünglich entwickelt um aus Altölen und aus Ölschiffer Kraftstoffe zu gewinnen. Das Verfahren arbeitet immer unter Zugabe von Katalysatoren. Die Temperaturen können auch zwischen 280°C bis 350°C liegen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Katalysatoranteil von ca. 1 % der Rohstoffmenge sowie die hohen Abscheide Produkte. Die Verweilzeit liegt bei ca. 3 Minuten, so dass keine sehr großen Durchsätze möglich sind. Außerdem ist die Ausbeute bei organischen Stoffen unbefriedigender. Massen- und Energiebilanz: Bei diesem Verfahren kann von 100% Holz eine Ölausbeute von 50% Öl erreicht werden jedoch liegt die Energieausbeute bei 70%. Sowohl der hohe Sauerstoff als auch der hohe Schwefelanteil ist bei beiden Verfahren nicht zufrieden stellend.Furthermore there is the catalytic pressure-free oiling (catalytic Kaken). Catalytic liquefaction of biomass at 350-400 ° C under atmospheric pressure for the production of hydrocarbon-rich liquid fuels. This Procedure was originally developed from used oils and from oil skippers To win fuels. The procedure always works with addition of catalysts. The temperatures can also be between 280 ° C to 350 ° C. A disadvantage of this method is the high catalyst content of about 1% of the raw material quantity as well as the high deposition products. The Dwell time is about 3 minutes, so that no very large throughputs are possible. Furthermore is the yield of organic substances unsatisfactory. mass and energy balance: In this process, from 100% wood, an oil yield of 50% oil however, the energy yield is 70%. Either the high oxygen as well as the high sulfur content is in both Procedure unsatisfactory.

Die Erfindung löst die beschriebenen Probleme überraschenderweise, indem die Umwandlungsreaktionen in zwei Phasen optimiert werden. Je nach Einsatzbereich und Rohstoff kann erst in der ersten Stufe katalytisches druckloses Kraken vorgeschaltet werden und in der zweiten Stufe die hydrierende Druckumwandlung oder umgekehrt. Die Anlage kann automatisch umgeschaltet werden.The Invention solves the problems described surprisingly, by optimizing the conversion reactions in two phases. Depending on the application and raw material can only be in the first stage catalytic pressure-free Kraken be preceded and in the second stage the hydrostatic pressure conversion or vice versa. The System can be switched automatically.

Version1:version1:

In der ersten Phase wird nach Schockerwärmung der Rohstoffe im autokatalytischen Kreislauf schwerflüchtigen Produktes in einem Sumpfphasenreaktor unter Druck mit selektiver Produktorientierter Verweilzeitsteuerung durchgeführt werden. In der zweiten Phase wird der Rohstoff in einem drucklosen Rotationsreaktor verarbeitet. Bei diesem Verfahren können die Gründe im Rohstoff begründet sein, dass z.B. die Rohstoffe vor einer Umwandlung stofflich unter Druck vorbereitet werden.In The first phase is after shock heating of the raw materials in the autocatalytic Circulatory semi-volatiles Product in a sump phase reactor under pressure with selective Product-oriented residence time control can be performed. In the second phase, the raw material is in a pressureless rotary reactor processed. In this process, the reasons may be based on the raw material, that e.g. the raw materials are under pressure before being converted to get prepared.

Version2:Version 2:

Wird z.B. die hydrierende Druckumwandlung in die zweite Stufe geschaltet, so kann auf diese Weise z.B. der Sauerstoffgehalt und der Schwefelgehalt weiter gesenkt werden, die Ölausbeute und die Energieausbeute erheblich gesteigert werden.Becomes e.g. switched the hydrostatic pressure conversion to the second stage, thus, e.g. the oxygen content and the sulfur content continue be lowered, the oil yield and the energy yield can be significantly increased.

Dieses völlig neuartige Bündel an verfahrenstechnischen Maßnahmen führt zu ganz unerwarteten Resultaten. Es werden dadurch gleichzeitig überraschend gute Qualität und Ausbeute der Produkte erzielt, notwendige Reaktionstemperaturen und Drücke gesenkt und der Aufwand an zusätzlich einzusetzenden Katalysatoren stark verringert. Zum Teil kann auf zusätzliche Katalysatoren sogar ganz verzichtet werden. Durch diese extrem positiven und nicht vorhersehbaren Ergebnisse rückt die direkte thermochemische Verflüssigung von organischen Rohstoffen in den wirtschaftlich sehr attraktiven Bereich. Überdies wird die Anzahl der in dünnflüssige Öle umwandelbaren Stoffe in einem bisher nicht denkbaren Maße erweitert. Dies betrifft vor allem die Reststoffe, den sortierten Müll und die biologischen Rückstände und Problemstoffe. Für das erfindungsgemäße Verfahren von zentraler Bedeutung ist die Schockerwärmung mit anschließender druckloser Verölung. Sie wird erreicht, indem die Rohstoffe in wenigen Sekunden oder Bruchteilen von Sekunden auf Reaktionstemperatur aufgeheizt werden. Diese erfindungsgemäße Schnellerwärmung lässt sich beispielsweise durch direkte Einbringung ausreichend zerkleinerten Rohstoffes in die intensiv vermischte Sumpfphase des Reaktors realisieren. Vorzugsweise werden die Rohstoffe unmittelbar vor dieser Schnellerwärmung zunächst auf eine Temperatur knapp unterhalb der jeweils niedrigsten Kracktemperatur ihrer Komponenten vorgewärmt. Es wurde nun gefunden, dass die Schockerwärmungsbehandlung mit anschließender druckloser Verölung zwar notwendige Voraussetzung für die erstaunlichen Erfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, aber überraschenderweise nur dann zu besten positiven Resultaten führt, wenn sie in Kombination mit der Kreislaufführung schwerflüchtiger Produktphase angewandt wird.This completely novel bundle was made renatural measures leads to completely unexpected results. At the same time, surprisingly good quality and yield of the products are achieved, necessary reaction temperatures and pressures are lowered, and the amount of additional catalysts to be used is greatly reduced. In some cases, it is even possible to completely dispense with additional catalysts. These extremely positive and unpredictable results put the direct thermochemical liquefaction of organic raw materials in the economically very attractive range. Moreover, the number of substances that can be converted into low-viscosity oils is being expanded to a previously unimaginable extent. This mainly concerns the residues, the sorted waste and the biological residues and problem substances. For the process according to the invention of central importance is the shock heating with subsequent pressureless oiling. It is achieved by heating the raw materials to reaction temperature in a few seconds or fractions of a second. This rapid heating according to the invention can be realized for example by direct introduction of sufficiently comminuted raw material into the intensively mixed bottom phase of the reactor. Preferably, the raw materials are preheated immediately prior to this rapid heating initially to a temperature just below the respective lowest cracking temperature of their components. Although it has now been found that the shock-heating treatment with subsequent pressureless oiling is a necessary prerequisite for the astonishing successes of the process according to the invention, surprisingly it leads to the best positive results only if it is used in combination with the circulation of low-volatility product phase.

Überraschenderweise ist aber auch umgekehrt die Rückführung schwerflüchtigen Produktes in den Reaktor nicht allein sondern nur in Verbindung mit der Schockerwärmung mit anschließender druckloser Verölung oder zuerst mit druckloser Verölung und mit anschließender Schockerwärmung am erfolgreichsten, denn nur dann wurden völlig unerwartete autokatalytische Effekte dieser Produktphase festgestellt, wodurch erstaunliche Absenkungen der Kracktemperaturen und des Verbrauchs an zusätzlichen Krackkatalysatoren erreicht wurden. In vielen Fällen wie z. B. bei Holz und anderen lignocellulosehaltigen Roh- und Abfallstoffen sowie bei Hafenschlick wurde sogar gefunden, dass Krackkatalysatoren vollkommen verzichtbar sind. Liegen Rohstoffe mit einem Mangel an Wasserstoff und/oder einem erhöhten Heteroatomanteil vor, wird ein reduzierender Gasstrom fein verteilt durch das flüssige Reaktionsmedium geleitet. Als reduzierender Gasanteil wird vorzugsweise Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid verwendet. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Kombination aus Schockerwärmung mit anschließender druckloser Verölung und Reaktion im schwerflüchtigen Produktkreislauf wurden überraschenderweise auch hier, bei den Hydrierreaktionen, erstaunliche Verbesserungen und Einsparungen gegenüber konventionellen Hydrierprozessen gefunden. So konnten die nötigen Überdrücke erheblich reduziert werden, in der Regel auf Werte weit unter 80 bar. Überdies war auch der Bedarf an Hydrierkatalysatoren überraschend gering. Und auch im Hinblick auf die Hydrierung wurden sogar erstaunlich gute Resultate vollkommen ohne Hydrierkatalysatoren gefunden, oftmals gerade bei den Stoffen, bei denen auch auf zusätzliche Krackkatalysatoren verzichtet werden kann.Surprisingly but, conversely, the return is also low-volatility Product in the reactor not alone but only in conjunction with the shock warming with following unpressurized oiling or first with pressureless oiling and with following shock warming most successful, because only then were completely unexpected autocatalytic Found effects of this product phase, causing amazing reductions the cracking temperatures and the consumption of additional cracking catalysts were achieved. In many cases such as B. in wood and other lignocellulosic raw materials and waste as well as at Hafenschlick was even found that cracking catalysts are completely dispensable. Lying raw materials with a shortage Hydrogen and / or an elevated Heteroatomanteil before, a reducing gas stream is finely divided through the liquid Conducted reaction medium. As the reducing gas portion is preferably Hydrogen and / or carbon monoxide used. Combined with the combination according to the invention from shock heating with following unpressurized oiling and reaction in the semi-volatile Product cycle were surprisingly here, too, in the hydrogenation reactions, amazing improvements and savings over found conventional hydrogenation processes. So the necessary overpressures could considerably be reduced, usually to values far below 80 bar. moreover The demand for hydrogenation catalysts was surprisingly low. And also in terms of hydrogenation, even surprisingly good results found completely without hydrogenation catalysts, often just at the substances, which also rely on additional cracking catalysts can be waived.

Zusätzlich zu den Verbesserungen, die allein durch die Kombination der Schockerwärmung mit druckloser Verölung und Kreislaufführung schwerflüchtigen Produktes gegenüber bekannten Verfahren bereits erreicht werden, wird eine weitere, wirtschaftlich sehr wichtige Verbesserung überraschenderweise dadurch erreicht, dass man Schockerwärmung mit druckloser Verölung und Schwerölkreislaufführung erfindungsgemäß verbindet mit Sumpfphasenreaktion und selektiv Produktorientierter Verweilzeitsteuerung. Es wurde gefunden, dass sich hierdurch die Produktausbeute entscheidend steigern lässt, der Sauerstoff- und Schwefelanteil deutlich sinken und die Energiebilanz entsprechend steigt.In addition to the improvements made solely by the combination of shock heating with non-pressurized oiling and circulation low volatility Product opposite already known, a further, economically very important improvement surprisingly thereby that achieves shock heating with pressureless oiling and heavy oil circulation guide according to the invention connects with swamp phase reaction and selectively product-oriented residence time control. It was found that the product yield was decisive increase, the oxygen and sulfur levels drop significantly and the energy balance increases accordingly.

Diese Anwendung der Sumpfphasenreaktion in Kombination mit selektiv Produktorientierter Verweilzeitsteuerung ist gerade in der erfindungsgemäßen Verbindung mit der notwendigen Schockerwärmung der Rohstoffe im autokatalytischen Kreislauf keinesfalls nahe liegend, da unter üblichen technischen Kriterien davon ausgegangen werden muss, dass eine solche Verbindung gar nicht möglich ist. Selektiv Produktorientierte Verweilzeitsteuerung bedeutet nämlich, dass Krackprodukte sofort und gezielt aus der Reaktionszone entfernt werden, wenn deren Moleküle gerade die gewünschte Kettenlänge erreicht haben. Würden sie zu früh entfernt, wären die Ketten zu lang, und es würde ein zähflüssiges Schweröl erzeugt. Blieben sie dagegen zu lange im Reaktionsbereich, entstünden auf der einen Seite zu kurze Moleküle vornehmlich im Gasbereich, und auf der anderen Seite hätten die Moleküle Gelegenheit zu unerwünschten Vernetzungsreaktionen mit der Folge erhöhter Teer- und Koksproduktion. Die technisch nahe liegende Lösung wäre, die mittlere Strömungsverweilzeit, des flüssigen Reaktionsmediums über Reaktorvolumen und Volumenstrom einzustellen und an den jeweiligen Rohstoff anzupassen. Diese nahe liegende und technisch übliche Maßnahme zur Verweilzeitsteuerung ist aber bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht ausreichend, weil erstens der im Kreislauf geführte schwerflüchtige Produktstrom andere Verweilzeiten benötigt als die Rohstoffe, weil zweitens die hier in Betracht gezogenem Rohstoffe in der Regel bereits selber aus vielen unterschiedlichen chemischen Komponenten, die aller verschiedenen Verweilzeiten erfordern, bestehen und weil drittens sowohl die Schockerwärmung als auch die Entfaltung der autokatalytischen Wirkung des Kreislaufstromes eine intensive Vermischung der Stoffe im Reaktionsraum erfordern. Eine intensive Vermischung steht jedoch üblicherweise im totalen Widerspruch zu einer gezielten Verweilzeitsteuerung, weil dadurch extrem breite Verweilzeitverteilungen im Gemisch erzeugt werden, die die individuelle Verweilzeit einer bestimmten Komponente in der gesamten Breite vollkommen dem Zufall überlassen und damit der gezielten Steuerung entziehen.This application of the swamp phase reaction in combination with selectively product-oriented residence time control is in no way obvious in the compound according to the invention with the necessary shock heating of the raw materials in the autocatalytic cycle, since under normal technical criteria it must be assumed that such a compound is not possible at all. In fact, product selective residence time control means that cracking products are immediately and selectively removed from the reaction zone when their molecules have just reached the desired chain length. If they were removed too soon, the chains would be too long, and it would produce a viscous heavy oil. On the other hand, if they remained too long in the reaction zone, too short molecules would be formed on the one hand, primarily in the gas region, and on the other hand, the molecules would have an opportunity for undesirable crosslinking reactions, resulting in increased tar and coke production. The technically obvious solution would be to adjust the average flow residence time of the liquid reaction medium over the reactor volume and volume flow and to adapt it to the respective raw material. However, this obvious and technically common measure for residence time control is not sufficient in the inventive method because, firstly, the recirculated low-volatility product stream requires different residence than the raw materials, because secondly, the considered here Raw materials usually already themselves from many different chemical components, all of which require different residence times, exist and because, thirdly, both the shock heating and the unfolding of the autocatalytic effect of the circulation stream require intensive mixing of the substances in the reaction space. However, an intensive mixing is usually in complete contradiction to a targeted residence time control, because it produces extremely broad residence time distributions in the mixture, which leave the individual residence time of a particular component in the entire width completely to chance and thus escape the targeted control.

Die Erfindung löst das Problem der selektiven Produktorientierten Verweilzeitsteuerung überraschenderweise dadurch, dass entweder der erste oder der zweite Reaktor mit einer integrierten Phasentrennung ausgestattet wird und zusätzlich mit neuartigen Destillations- oder Strippeigenschaften bzw. Kombinationen daraus ausgestattet wird. Und der zweite Reaktor arbeitet nach der ersten Phasentrennung mit anschließender Nachverölung. Eine erfindungsgemäße Destillationsfunktion erhält der erste Reaktor, wenn er gleichzeitig als Verdampfer bei Siedetemperatur des Reaktionsgemisches arbeitet, wobei flüchtige, also verdampfbare Komponenten aus dem flüssigen Reaktionsgemisch entfernt werden, indem sie in die Dampfphase überwechseln. Eine erfindungsgemäße Strippfunktion wird erreicht, wenn ein Trägergasstrom durch das flüssige Reaktionsgemisch geleitet wird, der flüchtige Komponenten aus dem Reaktionsgemisch selektiv aufnimmt. Beide Maßnahmen lassen sich kombinieren, wenn der Reaktor bei Siedetemperatur arbeitet, während gleichzeitig ein Trägergasstrom durch das flüssige Reaktionsgemisch geleitet wird. Solche Zusatzfunktionen sind für Reaktoren gerade bei Prozessen, die im Überdruckbereich arbeiten, technisch nicht nahe liegend, weil die Trennwirkungen solcher Funktionen üblicherweise mit steigendem Druck abnehmen. Erschwerend kommt hinzu, dass eine zusätzliche Destillationsfunktion nur dann funktionieren kann, wenn die gewünschte Reaktionstemperatur mit der Gemischsiedetemperatur übereinstimmt. Die Siedetemperatur ihrerseits wird aber bekanntermaßen durch den Betriebsdruck bestimmt, der hier durch die ggf. nötige hydrierende Wirkung der Gasatmosphäre im Reaktor in engen Grenzen vorgegeben wird. Beispielsweise läge die Siedepunktserhöhung bei Kohlenwasserstoffen im Bereich der Heizöl- oder Dieselfraktion in der Größenordnung von etwa 200 Kelvin, wenn man den Druck von 1 bar auf 20 bar steigerte, bzw. etwa 300 Kelvin bei Druckerhöhung von 1 bar auf 50 bar. In beiden Fällen würde man den günstigen Temperaturbereich von maximal etwa 500 °C mit hoher Wahrscheinlichkeit übersteigen. Bei vielen bekannten Kohlenwasserstoffen sind sogar schon bei Drücken oberhalb von etwa 20 bar Siedezustände grundsätzlich überhaupt nicht mehr möglich und zwar immer dann, wenn der jeweilige Kohlenwasserstoff bzw. das Kohlenwasserstoffgemisch thermodynamisch bereits überkritisch geworden ist. Trotz dieser technisch nahe liegenden Einwände führen die Zusatzfunktionen im Rahmen der vollkommen neuartigen erfindungsgemäßen Verfahrensführung zu überraschend guten Ergebnissen. Sie hängen in besonderem Maße von dem zum Teil ungewöhnlichen thermodynamischen Phasengleichgewichtsverhalten der Stoffsysteme bei erhöhten Drücken und Temperaturen ab.The Invention solves the problem of selective product-oriented retention control surprisingly in that either the first or the second reactor with a integrated phase separation is equipped and in addition with novel Distillation or stripping properties or combinations thereof is equipped. And the second reactor works after the first Phase separation followed by Nachverölung. A distillation function according to the invention receives the first reactor, when at the same time as evaporator at boiling temperature the reaction mixture works, with volatile, that is vaporizable components the liquid Reaction mixture are removed by switching to the vapor phase. A stripping function according to the invention is achieved when a carrier gas flow through the liquid Is passed the reaction mixture, the volatile components from the Reaction mixture receives selectively. Both measures can be combined when the reactor is operating at boiling temperature while at the same time carrying a carrier gas stream through the liquid Is passed reaction mixture. Such additional functions are for reactors especially in processes that are in the overpressure area work, technically not obvious, because the separation effects such functions usually decrease with increasing pressure. To make matters worse, that one additional Distillation function can only work if the desired reaction temperature coincides with the mixture boiling temperature. The boiling point, however, is known to be due to the Operating pressure determined here by the possibly necessary hydrogenating Effect of the gas atmosphere in the reactor within narrow limits. For example, the boiling point increase would be included Hydrocarbons in the range of fuel oil or diesel fraction in the Magnitude of about 200 Kelvin, when the pressure was increased from 1 bar to 20 bar, or about 300 Kelvin at pressure increase from 1 bar to 50 bar. In both cases one would be the cheap one Temperature range of a maximum of about 500 ° C with high probability exceed. Many known hydrocarbons are even above pressures of about 20 bar boiling states basically at all not possible anymore and always when the respective hydrocarbon or the Hydrocarbon mixture already thermodynamically supercritical has become. Despite these technically obvious objections, the additional functions lead in the context of the completely novel process procedure according to the invention too surprising good results. they hang in particular of the sometimes unusual thermodynamic Phase equilibrium behavior of the material systems at elevated pressures and Temperatures off.

In 1 ist ein Blockfließbild für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das wie folgt im Einzelnen erklärt wird. Feste Rohstoffe werden zunächst zerkleinert, ggf. von störenden Fremdstoffen befreit und ggf. entwässert. Im Vergleich zu bekannten Umwandlungsverfahren erfordert das erfindungsgemäße Verfahren nur einen überraschend geringen Aufwand an Rohstoffaufbereitung wie Zerkleinerung, Trocknung und Fremdstoffabtrennung. Lediglich unter geringem Energieaufwand mechanisch entfernbare Wasseranteile und reine Metallfraktionen, wie sie beispielsweise bei Elektrokabel- und Autoreifenabfällen anfallen, sind vorher zu isolieren. Mineralstoffe können am Umwandlungsprozess teilnehmen und sind zum Teil sogar als Krackkatalysatoren wie z. B. bei Knochenmehl erwünscht. Die Zerkleinerung ist nur so weit durchzuführen, dass der Rohstoff in eine Überdruckapparatur gefördert werden kann und für die organischen Anteile ausreichend schnelle Aufheizzeiten bei der Schockerwärmung möglich sind. Feste Rohstoffe können beispielsweise über Schneckenmaschinen in Druckräume gefördert werden. Soll dabei im Falle hoher freier Wassergehalte ein Großteil davon vor der Erwärmung mechanisch entfernt werden, so können solche Schneckenmaschinen dann eine Doppelfunktion erfüllen, wenn sie als Seiherschneckenpressen ausgerüstet sind. In einem solchen Falle dienen sie sowohl der Förderung des Rohstoffes als auch der Auspressung des Wassers.In 1 Fig. 10 is a block flow diagram for an embodiment of the invention, which will be explained in detail as follows. Solid raw materials are first crushed, possibly freed of interfering impurities and possibly dehydrated. In comparison with known conversion processes, the process according to the invention requires only a surprisingly small amount of raw material processing, such as comminution, drying and removal of foreign matter. Only with low energy expenditure mechanically removable water fractions and pure metal fractions, such as those incurred for example in electrical cable and car tire waste, are previously to isolate. Minerals can participate in the conversion process and are sometimes even cracking catalysts such. B. in bone meal desired. The crushing is only to be carried out so far that the raw material can be promoted in an overpressure apparatus and for the organic components sufficiently fast heating times in the shock heating are possible. Solid raw materials can be conveyed via screw machines in pressure chambers, for example. If, in the case of high free water contents, a large part of this is to be removed mechanically before heating, then such screw machines can then fulfill a dual function if they are equipped as a Seiherschneckenpressen. In such a case, they serve both the promotion of the raw material and the squeezing of the water.

Die Förderung von flüssigen Rohstoffen wie Schwerölen und deren Suspensionen, wenn mineralische Katalysatoren zugesetzt werden sollen, kann beispielsweise über Pumpensysteme geschehen. Der Wärmeenergiebedarf nachfolgender Prozessschritte, dazu gehören insbesondere die Beheizung des Reaktors, des Verdampfers der Destillationskolonne, des Trockner für Ausgeschleuste Mineralstoffanteile sowie der Wasserdampfvergasung Ausgeschleusten organischen Rückstandes, kann beispielsweise über die Abgase eines Gasbrenners gedeckt werden. Der Gasbrenner wird vorzugsweise energieautark vollständig über das im Prozess als Nebenprodukt entstehendes Reaktionsgas versorgt. Dadurch wird lediglich zum Anfahren der Anlage Fremdenergie benötigt. Zusätzlich wird nach dem ersten Reaktor ein Gasexpansionsanlage geschaltet mit dem auf der einen Seite der hohe Druck des Reaktors abgebaut und auf der anderen Seite die Energie in Strom umgewandelt.The promotion of liquid raw materials such as heavy oils and their suspensions, if mineral catalysts are to be added, can be done for example via pump systems. The heat energy requirement of subsequent process steps, these include in particular the heating of the reactor, the evaporator of the distillation column, the dryer for discharged mineral content and the steam gasification Ausschleusten organic residue, can be covered for example via the exhaust gases of a gas burner. The gas burner is preferably completely self-sufficient in energy supplied via the by-produced in the process reaction gas. This will only start the system Foreign energy needed. In addition, after the first reactor, a gas expansion plant is switched with the degraded on one side of the high pressure of the reactor and on the other hand, the energy is converted into electricity.

Um die Aufheizzeit vor dem Krackreaktionsbereich zu minimieren, wird vorzugsweise eine Vorwärmung zwischengeschaltet. Diese kann gleichzeitig der Verbesserung der Energiebilanz durch Wärmerückgewinnung aus den Prozessströmen dienen oder aber auch durch die Abgase des Gasbrenners beheizt werden. Vorgewärmt werden der Rohstoffstrom und ggf. zuzuführende Feststoffkatalysatoren und Chemikalien. Die Endtemperatur der Vorwärmung sollte vorzugsweise knapp unterhalb derjenigen Temperatur liegen, bei den Krackreaktionen beginnen. Je nach Rohstoff kann dieser Bereich in der Größenordnung zwischen 200 °C und 330 °C liegen. So sind Hemicellulosen, die beispielsweise in Holz vorkommen, sehr temperaturempfindlich und liegen im unteren Bereich, während Cellulose und in noch stärkerem Maße stabile Kohlenwasserstoffe dem oberen Bereich zuzuordnen sind. Evtl. benötigte feste Katalysatoren und Chemikalien sind vorzugsweise pulverförmig beispielsweise über Schneckenförderer oder Schleusensysteme zuzugeben. Als Krackkatalysatoren sind beispielsweise Feststoffkatalysatoren auf Zeolithbasis geeignet. Wird hydrierend gearbeitet, kommen bei schwefelfreien Rohstoffen metallische Katalysatoren wie Nickel und Platin als Unterstützung in Frage. Im Falle des Einsatzes halogenhaltiger Rohstoffe wie z. B. chlorhaltiger Altöle oder PVC-Abfälle, können alkalische Feststoffchemikalien wie beispielsweise Calciumhydroxid zugegeben werden, die das Chlor noch vor Einsetzen der Krackreaktionen als Salz binden und somit aus der Reaktionszone entfernen. Hierin liegt ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Krackverfahrens in der Sumpfphase gegenüber konventionellen Krackprozessen in der Dampfphase, die diese Möglichkeit nicht hat. Der vorgewärmte Stoffstrom wird der beheizten Sumpfphase im Krackreaktor zugeführt. Dort findet erfindungsgemäß eine intensive Vermischung statt, und dort kann auch die erfindungsgemäße Schockerhitzung auf Krackreaktionstemperatur durchgeführt werden. Schnelle Erwärmung und Reaktion finden vorzugsweise in einem Apparat, dem Reaktor, statt. Ungeeignet dagegen sind konventionelle Erwärmungsmethoden beispielsweise über eine Vorgeschaltete separate Wärmetauscherstrecke oder das Einbringen in eine auf Reaktionstemperatur Vorgeheizte Gas-Dampf-Phase. Die geforderte gute Durchmischung im Reaktor kann sowohl durch Rührsysteme als auch durch turbulente Strömungszustände der eingebrachten Stoffströme erreicht werden. Die Scherkräfte an den beheizten Reaktorwänden müssen dabei so groß sein, dass sich dort keine Ablagerungen aufgrund von Verteerung oder Verkokung bilden.Around to minimize the heating time before the cracking reaction region preferably a preheating interposed. This can simultaneously improve the Energy balance through heat recovery from the process streams serve or be heated by the exhaust gases of the gas burner. preheated be the raw material stream and optionally supplied solid catalysts and chemicals. The final temperature of the preheating should preferably be short below that temperature, in the cracking reactions kick off. Depending on the raw material, this range may be on the order of magnitude between 200 ° C and 330 ° C lie. Hemicelluloses, for example, found in wood, very temperature sensitive and are at the bottom, while cellulose and in even stronger Dimensions stable Hydrocarbons are assigned to the upper range. Possibly. needed solid Catalysts and chemicals are preferably in powder form, for example via screw conveyors or Add lock systems. As cracking catalysts are, for example Zeolite-based solid catalysts are suitable. Will be hydrating worked, come with sulfur-free raw materials metallic catalysts such as nickel and platinum as support in question. In the case of Use of halogenated raw materials such. As chlorine-containing waste oils or PVC waste, alkaline Solid chemicals such as calcium hydroxide added be the chlorine before the onset of cracking reactions than Bind salt and thus remove it from the reaction zone. Herein lies an important advantage of the cracking process according to the invention in the Swamp phase opposite conventional cracking processes in the vapor phase, this possibility does not have. The preheated Stream is fed to the heated bottom phase in the cracking reactor. There finds according to the invention an intensive mixing instead, and there may also shock the invention to cracking reaction temperature be performed. Fast warming and reaction preferably take place in one apparatus, the reactor, instead of. In contrast, conventional heating methods are unsuitable for example about an upstream separate heat exchanger section or introducing it into a preheated to reaction temperature Gas-vapor phase. The required good mixing in the reactor can both by stirring systems as well as by turbulent flow conditions of introduced material flows be achieved. The shear forces on the heated reactor walls have to be so tall that there are no deposits due to esterification or coking form.

Im Reaktor werden die erfindungsgemäß erforderlichen Temperaturen, vorzugsweise zwischen 290 °C und 410 °C, und Drücke eingestellt. Letztere richten sich nach dem thermodynamischen Phasengleichgewichtsverhalten und den ggf. notwendigen Partialdrücken an reduzierenden bzw. hydrierenden Gaskomponenten im Reaktionsgemisch. Die erfindungsgemäß im Kreislauf zu führenden schwerflüchtigen flüssigen Produktanteile, die als so genannte Schwerölfraktionen aus dem Prozess dem Reaktor 1 und 2 zurückgeführt werden, fallen bei der mehrstufigen Phasentrennung 1, 2, und 3 der nachfolgenden Feststoffbehandlung als Flüssigphase, bei der Trocknung als Dampfphase und schließlich bei der Destillation des organischen Hauptproduktstromes als Sumpffraktion an. Diese Fraktionen werden im Reaktor weiteren Krackreaktionen unterzogen und entfalten gleichzeitig die überraschend gefundene katalytische Wirkung, welche zusätzliche Katalysatoren einspart, notwendige Reaktionszeiten für die Rohstoffe verkürzen, erforderliche Temperaturen und Drücke senkt sowie günstige Reaktionspfade unterstützt. Da die Schwerölfraktionen zu den Reaktionsprodukten gehören, kann man diesen bislang dort nicht vermuteten Effekt als autokatalytisch bezeichnen. Als weitere Reaktionsprodukte entstehen als so genanntes Produktöl die Zielfraktion niedrigmolekularer flüssiger Brennstoffe sowie Reaktionswasser und Reaktionsgas.in the Reactor are the inventively required Temperatures, preferably between 290 ° C and 410 ° C, and pressures set. The latter judge according to the thermodynamic phase equilibrium behavior and the possibly necessary partial pressures on reducing or hydrogenating gas components in the reaction mixture. The invention in the circulation leading to low volatility liquid Product components, referred to as so-called heavy-oil fractions from the process be returned to the reactor 1 and 2, fall in the multi-stage phase separation 1, 2, and 3 of the subsequent solid treatment as a liquid phase, during drying as a vapor phase and finally during the distillation of the main organic product stream as bottoms fraction. These Fractions are subjected to further cracking reactions in the reactor and simultaneously unfold the surprising found catalytic effect, which saves additional catalysts, necessary reaction times for shorten the raw materials, required temperatures and pressures lowers and favorable reaction paths supported. Because the heavy oil fractions belong to the reaction products, Can this so far there not suspected effect as autocatalytic describe. As further reaction products arise as so-called product oil, the target fraction low molecular weight liquid fuels and reaction water and reaction gas.

Ein erfindungsgemäß benötigter Gasstrom im Reaktor wird fein verteilt durch das flüssige Reaktionsmedium geleitet. Der Gasstrom kann die erfindungsgemäße Strippfunktion und/oder Hydrierfunktion übernehmen. Für erstgenannte Funktion wird vorzugsweise ein Anteil des Reaktionsgases in der Rückführung verwendet, während für letztgenannte Funktion vorzugsweise Wasserstoff in Frage kommt. Es können dafür aber beispielsweise auch Kohlenmonoxid oder Gemische aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid eingesetzt werden. Ggf. benötigter Wasserstoff kann vollkommen autark aus den Nebenprodukten des Prozesses erzeugt werden. Das heißt, dass kein Wasserstoff von außen zugekauft werden muss. Diese Tatsache ist für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens von besonderer Bedeutung. Die Produktion von Wasserstoff kann zweistufig erfolgen über eine Wasserdampfvergasung der festen koksartige und schwerflüchtige teerartigen Reaktionsrückstände in der ersten Stufe und einer Nachgeschalteten Kohlenmonoxid-Konvertierung in der zweiten Stufe. Der Wasserstoff dient einerseits der Stabilisierung der Krackprodukte durch Radikalabsättigung und zum anderen zur Erhöhung des Wasserstoffanteils im Produktöl. Dadurch werden Heizwert, Brenneigenschaften und Lagerstabilität des Produktöles verbessert. Damit der Wasserstoff seine hydrierende Wirkung entfaltet, ist ein erhöhter Betriebsdruck notwendig. Der nötige Überdruck ist unter anderem eine Funktion der Elementarzusammensetzung des Rohstoffes. Ist der Rohstoff, dem Zielprodukt chemisch bereits sehr ähnlich, d. h. arm an Heteroatomen, wie es z. B. bei Alt- und Schwerölen sowie Kohlenwasserstoffbasierten Plastikabfällen der Fall ist, so kann bei erfindungsgemäßer Prozessführung vollkommen auf Überdruck und Wasserstoffatmosphäre verzichtet werden. Zum Teil ist hier sogar Unterdruckbetrieb vorteilhaft. Bei erhöhten Sauerstoffanteilen, wie z. B. bei Holz mit etwa 43 Gew.% Sauerstoff in der Trockensubstanz, wurde bei erfindungsgemäßer Verfahrensführung überraschend gefunden, dass auch ohne zusätzliche Hydrierkatalysatoren schon Wasserstoffpartialdrücke von weniger als 80 bar in der Regel ausreichend sind. Das Reaktionsgemisch besteht erfindungsgemäß üblicherweise aus den drei Phasen Gas-Dampf-Phase, Flüssigphase und Festphase. Die Gas-Dampf-Phase enthält zum einen das Reaktionsgas, welches als Nebenprodukt durch die Krackreaktionen gebildet wird, und zum anderen die aufgenommenen Dämpfe, die erfindungsgemäß im Wesentlichen verdampfte Produktöl-Kohlenwasserstoffe sind. Rohstoff bedingt können auch Wasserdampfanteile dabei sein. Dazu können ggf. weitere Gaskomponenten wie z. B. Wasserstoff als Hydriergas kommen. Die Flüssigphase wird im Wesentlichen durch schwerflüchtige Ölfraktionen gebildet, während sich die Festphase zusammensetzt aus Asche- bzw. Mineralstoffanteilen des Rohstoffes, ggf. zugesetzten Feststoffkatalysatoren und Chemikalien sowie festen Reaktionsrückständen. Solche festen Reaktionsrückstände können z. B. Verkohlungsrückstände, die sich zum Teil als Nebenprodukte bilden, sein. Dieses Dreiphasengemisch wird nach der Reaktion der Phasentrennung 1 zugeführt. Hier wird die Flüssigphase zusammen mit der suspendierten Festphase von der Gas- Dampf-Phase getrennt. Dies kann beispielsweise in Fliehkraftabscheidern wie Zyklonen geschehen. Diese Phasentrennung läuft vorzugsweise unter dem gleichen Druck wie der erste Reaktor. Die in Phasentrennung 1 abgetrennte Suspension wird über eine Gasexpansionsanlage entspannt, wenn der Reaktor unter Überdruck betrieben wird, und durchläuft einen dreistufigen Trennprozess über Phasentrennung 2, Phasentrennung 3 und Trocknung zur Separierung und Rückgewinnung der schwerflüchtigen Ölphase, die wie beschrieben zurück zum Reaktor 1 und 2 geleitet wird. Die Phasentrennung 2 trennt den grobkörnigen Feststoffanteil zusammen mit daran haftenden feinkörnigen Partikeln beispielsweise nach dem Sedimentationsprinzip oder ebenfalls nach dem Fliehkraftprinzip ab. Die verbleibende schwerflüchtige Ölphase wird zusammen mit dem verbliebenen Feinanteil zurück zum Reaktor geleitet. In der Phasentrennung 3 wird die mit Grobgut angereicherte Suspension mechanisch z. B. über Schneckenpressen von weiterer anhaftender Ölphase, die ebenfalls zu den Reaktoren zurückgeführt wird, befreit. In der Trocknung schließlich wird der feststoffhaltige Strom von verdampfbaren Ölanteilen befreit. Auch diese können nach einer erneuten Kondensation dem internen Rücklauf zu den Reaktoren beigegeben werden. Die jetzt noch im Feststoffstrom verbleibende organische Substanz besteht im Wesentlichen aus festem Verkohlungsrückstand und teerartigen Restanteilen. Diese organischen Anteile können in der nachfolgenden Wasserdampfvergasung in Synthesegas, bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, umgewandelt werden. Die somit von organischen Anteilen befreiten mineralischen Feststoffe werden ausgeschleust und gegebenenfalls einer Aufarbeitung oder Regeneration zugeführt. Das Synthesegas kann entweder direkt als reduzierendes Gas dem Reaktor zugeführt oder in einer Nachgeschalteten Kohlenmonoxid-Konvertierung vollständig in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt werden. In letzterem Falle wird der Wasserstoff in der Gastrennung 2 unter Einsatz beispielsweise eines Membrantrennprozesses vom Kohlendioxid befreit und ggf. den Reaktoren als hydrierende Gaskomponente zugeführt. Wird mehr Wasserstoff produziert, als vom Prozess benötigt, so kann der Überschuss gewinnbringend vermarktet oder beispielsweise über einen Brennstoffzellenprozess in elektrischen Strom für den Anlagenbetrieb umgewandelt werden. Bei der Wasserdampfvergasung und der Kohlenmonoxid-Konvertierung wird das bei den Krackreaktionen sauerstoffhaltiger Rohstoffe als Nebenprodukt entstehende Reaktionswasser verwertet, so dass in der Regel ein abwasserfreier Prozess realisiert wird. Überschusswasser würde durch die Wasserdampfvergasung gleichzeitig gereinigt, so dass die gegebenenfalls übrig bleibende kleine Abwassermenge gleich sauber, das heißt frei von organischen Anteilen, anfällt. Sollte nicht genügend Reaktionswasser zur Verfügung stehen, ist noch etwas Frischwasser zuzusetzen. Die jeweiligen Mengenverhältnisse sind Rohstoff bedingt unterschiedlich und hängen vom Verhältnis des gebildeten Reaktionswassers zum festen bzw. schwerflüchtigen Reaktionsrückstand ab.A gas stream required according to the invention in the reactor is passed finely distributed through the liquid reaction medium. The gas stream can take over the stripping function and / or hydrogenation function according to the invention. For the former function, a portion of the reaction gas is preferably used in the recirculation, while for the latter function preferably hydrogen is suitable. However, it is also possible to use carbon monoxide or mixtures of hydrogen and carbon monoxide, for example. Possibly. required hydrogen can be generated completely self-sufficient from the by-products of the process. This means that no hydrogen has to be purchased from the outside. This fact is of particular importance for the economy of the process. The production of hydrogen can be carried out in two stages via a steam gasification of the solid coke-like and semi-volatile tarry reaction residues in the first stage and a downstream carbon monoxide conversion in the second stage. The hydrogen serves on the one hand to stabilize the cracking products by radical saturation and on the other hand to increase the hydrogen content in the product oil. This improves the calorific value, burning properties and storage stability of the product oil. For the hydrogen to develop its hydrogenating effect, an increased operating pressure is necessary. The necessary overpressure is, inter alia, a function of the elemental composition of the crude substance. Is the raw material, the target chemical already very similar, ie low in heteroatoms, as z. B. in used and heavy oils and hydrocarbon-based plastic waste is the case, it can be completely dispensed with inventive process control overpressure and hydrogen atmosphere. In part, even negative pressure operation is advantageous here. At elevated oxygen levels, such as. B. in wood with about 43 wt.% Oxygen in the dry matter, was surprisingly found in inventive process control that even without additional hydrogenation hydrogen partial pressures of less than 80 bar are usually sufficient. The reaction mixture according to the invention usually consists of the three phases gas-vapor phase, liquid phase and solid phase. The gas-vapor phase contains on the one hand the reaction gas, which is formed as a by-product of the cracking reactions, and on the other hand, the absorbed vapors, which are inventively substantially vaporized product oil hydrocarbons. Due to raw material, water vapor components can also be present. For this purpose, if necessary, further gas components such. B. hydrogen come as a hydrogenating gas. The liquid phase is essentially formed by low-volatility oil fractions, while the solid phase is composed of ash or mineral fractions of the raw material, optionally added solid catalysts and chemicals and solid reaction residues. Such solid reaction residues may, for. As charring residues, which form in part as by-products, be. This three-phase mixture is fed to the phase separation 1 after the reaction. Here, the liquid phase is separated together with the suspended solid phase of the gas-vapor phase. This can happen, for example, in centrifugal separators such as cyclones. This phase separation preferably runs under the same pressure as the first reactor. The separated in phase separation 1 suspension is expanded via a gas expansion plant when the reactor is operated under pressure, and undergoes a three-stage separation process via phase separation 2, phase separation 3 and drying to separate and recover the low-volatile oil phase, as described back to the reactor 1 and 2 is directed. The phase separation 2 separates the coarse-grained solids content together with fine-grained particles adhering thereto, for example, according to the sedimentation principle or also according to the centrifugal force principle. The remaining low-volatile oil phase is passed back to the reactor together with the remaining fines. In the phase separation 3, the coarse enriched suspension is mechanically z. B. via screw presses of further adhering oil phase, which is also returned to the reactors, freed. Finally, during drying, the solids-containing stream is freed from volatile oil fractions. These can also be added to the internal reflux to the reactors after a new condensation. The organic substance still remaining in the solids stream consists essentially of solid char residue and tarry residues. These organic fractions can be converted into synthesis gas consisting of carbon monoxide and hydrogen in the subsequent steam gasification. The thus freed from organic fractions mineral solids are discharged and optionally fed to a workup or regeneration. The synthesis gas can either be fed directly to the reactor as reducing gas or completely converted into hydrogen and carbon dioxide in a downstream carbon monoxide conversion. In the latter case, the hydrogen in the gas separation 2 is freed from carbon dioxide using, for example, a membrane separation process and optionally fed to the reactors as the hydrogenating gas component. If more hydrogen is produced than required by the process, the excess can be profitably marketed or converted, for example via a fuel cell process, into electricity for plant operation. In the case of steam gasification and carbon monoxide conversion, the reaction water formed as a by-product in the cracking reactions of oxygen-containing raw materials is utilized, so that as a rule an effluent-free process is realized. Excess water would be purified by the steam gasification simultaneously, so that any remaining small amount of waste water is the same clean, that is free of organic components, is obtained. If not enough water of reaction is available, add some fresh water. The respective proportions are different due to the raw material and depend on the ratio of the reaction water formed to the solid or low-volatility reaction residue.

Die in der oben beschriebenen Phasentrennung 1 isolierte Gas-Dampf-Phase wird im Falle erhöhter Gasanteile nach dem Reaktor 2 der Kondensation 1 zugeführt. Diese durch Kühlung realisierte Kondensation dient der Abtrennung der Gasanteile von den kondensierbaren Öl- und Wasseranteilen, bevor letztere der destillativen Auftrennung zugeführt werden. Die Kondensation 1 wird vorzugsweise bei dem gleichen Druck betrieben wie der Reaktor 1. Das hat bei Überdruckbetrieb die Vorteile, dass für die ggf. nachfolgende Gastrennung 1 der erforderliche Vordruck zur Verfügung steht, dass für die ggf. nachfolgende Wasserstoffrückführung in den Reaktor weniger Kompressionsenergie verbraucht wird und dass in nachfolgenden Entspannungsventilen das unerwünschte Auftreten von Mehrphasenströmungen, die dort zu erheblichen Betriebsstörungen führen könnten, vermieden wird. Die Gastrennung 1 kann entsprechend wie Gastrennung 2 beispielsweise als Membrantrennprozess realisiert werden. Der vom Reaktionsgas ggf. abgetrennte Wasserstoffanteil wird zurück zum Reaktor geführt. Das abgetrennte Reaktionsgas wird im Falle eines Überdruckprozesses durch eine zweite Gasexpansionsanlage entspannt und kann anschließend dem Brenner zur oben beschriebenen thermischen Energieversorgung des gesamten Verfahrens zugeführt werden. Noch vor der Entspannung kann ein Teil des Reaktionsgases, wenn es die oben beschriebene Strippfunktion des Reaktors erfordert, zum Reaktor zurückgeführt werden.The isolated in the above-described phase separation 1 gas-vapor phase is supplied in the case of elevated gas fractions after the reactor 2 of the condensation 1. This condensation, realized by cooling, serves to separate the gas fractions from the condensable oil and water fractions before the latter are fed to the distillative separation. The condensation 1 is preferably operated at the same pressure as the reactor 1. In overpressure operation, this has the advantages that the required admission pressure is available for the optionally subsequent gas separation 1, that less compression energy is consumed for the optionally subsequent hydrogen recirculation into the reactor and that in subsequent expansion valves, the undesirable occurrence of multiphase flows, which could lead there to significant malfunction, is avoided. The gas separation 1 can be realized in accordance with gas separation 2, for example, as a membrane separation process. Of the optionally separated from the reaction gas hydrogen content is fed back to the reactor. The separated reaction gas is expanded in the event of an overpressure process by a second gas expansion plant and can then be supplied to the burner for the above-described thermal energy supply of the entire process. Even before expansion, a portion of the reaction gas, if it requires the above-described stripping function of the reactor, can be returned to the reactor.

Die in Kondensation 1 kondensierte Öl- und Wasserphase wird ebenso über ein Expansionsturbine/Motor entspannt werden, falls die Reaktion unter Überdruck läuft, und anschließend der Destillation zugeführt. Bei dieser ggf. durchgeführten Entspannung werden gewisse im Öl unter Überdruck gelöste Gasanteile freigesetzt, die nach der Destillation in der Kondensation 2 abgetrennt und ebenfalls dem Brenner zugeführt werden können. Die Destillation wird vorzugsweise als Mehrstufenrektifikation ausgeführt, bei der die Ölanteile in Siedefraktionen zerlegt werden. Die Hochsiedende Sumpffraktion der Destillation wird als schwerflüchtiger Ölanteil, wie oben beschrieben, erfindungsgemäß zurück zum Reaktor 1 und 2 geführt. Nach Kühlungskondensation in Kondensation 2 wird die Flüssigphase in Phasentrennung 4 mechanisch durch Absetzen in eine üblicherweise oben schwimmende Ölphase, das gewünschte Produktöl, und eine üblicherweise unten schwimmende Wasserphase aufgetrennt. Das Produktöl wird im Produkttank gesammelt, während die Wasserphase der oben beschriebenen Wasserdampfvergasung und/oder Kohlenmonoxid-Konvertierung zugeführt werden kann.The condensed oil in condensation 1 and water phase is over as well an expansion turbine / engine can be relaxed if the reaction under overpressure running, and subsequently fed to the distillation. In this possibly performed Some relax in the oil under overpressure dissolved gas components released, which separated after the distillation in the condensation 2 and also fed to the burner can be. The distillation is preferably carried out as a Mehrstufenrektifikation, at the oil shares decomposed into boiling fractions. The high-boiling bottoms fraction The distillation is described as a low volatile oil content, as described above. according to the invention back to the reactor 1 and 2 led. After cooling condensation in condensation 2 becomes the liquid phase in phase separation 4 mechanically by settling in a conventional floating oil phase above, the desired product oil, and one usually separated below floating water phase. The product oil is used in Product tank collected while the water phase of the above-described steam gasification and / or Carbon monoxide conversion can be supplied.

Treten Rohstoff bedingt keine Wasseranteile auf, entfällt die Phasentrennung 4. Dies betrifft aber vor allem Rohstoffe ohne Sauerstoffanteil, bei denen in der Regel auch kein Hydriergas benötigt wird, so dass dann üblicherweise auch kein Wasserbedarf durch Wasserdampfvergasung und/oder Kohlenmonoxid-Konvertierung entsteht. Ergänzend zu der vorangegangenen Erfindungsbeschreibung sollen im Folgenden noch spezielle rohstoffspezifische Aspekte und Beispiele näher ausgeführt werden. Beim Einsatz eiweißhaltiger Rohstoffe wie Tier- und Knochenmehl ist es von besonderer Bedeutung, dass möglicherweise vorhandene Giftstoffe wie Prionen durch den beschriebenen Umwandlungsprozess vollständig zerstört werden. Dies wird durch die Reaktionstemperaturen von 350 °C auf jeden Fall sichergestellt. Eine Kontamination der Umgebung mit freigesetzten Prionen, die beispielsweise in Verbrennungsprozessen auftreten kann, ist hier wegen der luftfreien Kapselung des Prozesses ausgeschlossen. Der Stickstoffanteil der Eiweißmoleküle wird in der reduzierenden Atmosphäre des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen in Ammoniak umgewandelt und über die wässrige Phase ausgeschieden. Aus der Wasserphase kann der Ammoniakanteil durch eine einfache zusätzliche Rektifikation isoliert und vermarktet werden.To step Raw material causes no water content, eliminating the phase separation 4. This but mainly concerns raw materials without oxygen content, in which usually no hydrogenating gas is needed, so that then usually also no water requirement by steam gasification and / or carbon monoxide conversion arises. additional to the preceding description of the invention are in the following special raw material-specific aspects and examples are explained in more detail. When using protein-containing Raw materials such as animal and bone meal are of particular importance that possibly Existing toxins such as prions through the described transformation process Completely destroyed become. This is due to the reaction temperatures of 350 ° C on each Case ensured. Contamination of the environment with released Prions, which can occur in combustion processes, for example, is excluded here because of the air-free encapsulation of the process. The nitrogen content of the protein molecules becomes in the reducing atmosphere the method according to the invention essentially converted into ammonia and excreted over the aqueous phase. From the water phase, the ammonia content by a simple additional Rectification isolated and marketed.

Bei chlorhaltigen Rohstoffen ist zu garantieren, dass keine Dioxine entstehen können. Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dies durch die diesbezüglich niedrigen Reaktionstemperaturen von unter 400 °C sichergestellt. Beispiele für Schwermetallbelastete Sedimente mit erhöhtem organischem Anteil sind Klärschlämme und vom unbelasteten Sand befreite Feinkornfraktionen von Baggerschlämmen aus Flussläufen. Hierbei soll der Umwandlungsprozess im Reaktor gleichzeitig dafür sorgen, dass die Schwermetalle aus dem organischen Produkt entfernt und in der anorganischen Matrix derart fest eingebunden werden, dass die Eluate praktisch schwermetallfrei sind. Bei Einsatz von Hafenschlick aus dem Hamburger Hafen mit 367–410 ppm Pb, 17–19 ppm Cd, 2100–2233 ppm Zn und 370–377 ppm Cu sowie mit 25–26 % organischem Anteil in der Trockensubstanz wurden bei erfindungsgemäßer Behandlung dieses Rohstoffes ohne zusätzliche Katalysatoren mit 100 bar Wasserstoffdruck bei 450 °C folgende Resultate gefunden. Ein Anteil von 25–30 % der organischen Substanz wurde in ein hochwertiges dünnflüssiges Öl umgewandelt, während 99,99 % des Pb, 99,99 % des Cd, 99,8 % des Zn und 99,98 % des Cu im anorganischen Rückstand verblieben. Sowohl die produzierte Ölphase als auch die Wasserphase waren praktisch schwermetallfrei. Überraschenderweise veränderten sich die Bindungsformen der Schwermetalle in der anorganischen Matrix unter den angewandten erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen vollkommen ohne die bekannte Verglasung, die wesentlich höhere Temperaturen erfordert, derart, dass alle genannten Schwermetalle in festere Bindungsformen wechselten, so dass einerseits praktisch gar kein Pb und Cu und andererseits weniger als 1 % des Cd und weniger als 5 % des Zn noch in einer austauschbaren, also eluierbaren, Kationenform vorlagen. Zum Vergleich lagen im eingesetzten Rohstoff vor dem erfindungsgemäßen Umwandlungsprozess noch etwa 1 des Pb und Cu, etwa 14 % des Cd und knapp 30 % des Zn in der eluierbaren Form vor.at Chlorine-containing raw materials is to guarantee that no dioxins can arise. In the case of the method according to the invention This will be through the relevant low reaction temperatures of below 400 ° C ensured. Examples for heavy metal contaminated Sediments with elevated organic matter are sewage sludge and From the unloaded sand freed fine grain fractions of dredging sludge Rivers. At the same time, the conversion process in the reactor should ensure that that the heavy metals are removed from the organic product and be so firmly integrated in the inorganic matrix, that the eluates are virtually free of heavy metals. When using harbor silt from the port of Hamburg with 367-410 ppm Pb, 17-19 ppm Cd, 2100-2233 ppm Zn and 370-377 ppm Cu and with 25-26 % organic content in the dry matter were in inventive treatment of this raw material without additional Catalysts with 100 bar hydrogen pressure at 450 ° C following Results found. A proportion of 25-30% of the organic substance was converted into a high-quality low-viscosity oil, while 99.99% of Pb, 99.99% of Cd, 99.8% of Zn and 99.98% of Cu remained in the inorganic residue. Both the produced oil phase as well as the water phase were practically free of heavy metals. Surprisingly changed the bonding forms of the heavy metals in the inorganic matrix completely under the reaction conditions of the invention used without the known glazing, which requires much higher temperatures, such that all the heavy metals mentioned in tighter bond forms changed so that on the one hand practically no Pb and Cu and on the other hand, less than 1% of Cd and less than 5% of Zn still in an exchangeable, ie elutable, cation form. For comparison, in the raw material used before the conversion process of the invention still about 1 of Pb and Cu, about 14% of Cd and almost 30% of Zn in the elutable form.

Bei Anwendung der Erfindung auf Holz als Modellrohstoff für lignocellulosehaltige Roh- und Abfallstoffe wurden ohne zusätzliche Katalysatoren mit 80 bar Wasserstoffdrucks mit anschließender druckloser Verölung bei einer Temperatur von 350 °C folgende Ergebnisse gefunden. Hochwertiges dünnflüssiges Produktöl wurde in einer Ausbeute von etwa 37 Gew.%, bezogen auf eingesetzte Holztrockensubstanz, gewonnen. Dieses Öl hatte einen Sauerstoffgehalt von etwa 4–5 Gew.%, einen Heizwert von etwa 42 MJ/kg und einen Siedebereich von 180 °C bis 370 °C. Dazu wurden im Reaktor etwa 4 Gew.% Wasserstoff, bezogen auf eingesetzte Holztrockensubstanz, umgesetzt, wobei die Ausbeute sowohl an Reaktionsgas als auch an Reaktionswasser jeweils etwa 30 Gew.% betrug. Das erzeugte Reaktionsgas mit einem Heizwert von etwa 8,5 MJ pro kg Gas reicht zur Deckung des gesamten Prozesswärmebedarfs von etwa 2,5 MJ pro kg Holz aus. Gemessen an dem Heizwert des eingesetzten Holzes von etwa 18 MJ/kg, ergibt sich damit für diesen erfindungsgemäßen Verflüssigungsprozess ein energetischer Gesamtwirkungsgrad von etwa 86 %.When applying the invention to wood as a model raw material for lignocellulose raw and waste materials, the following results were found without additional catalysts with 80 bar hydrogen pressure followed by pressureless oiling at a temperature of 350 ° C. High-quality low-viscosity product oil was obtained in a yield of about 37% by weight, based on the amount of wood dry substance used. This oil had an oxygen content of about 4-5 wt%, a calorific value of about 42 MJ / kg and a boiling range of 180 ° C to 370 ° C. For this purpose, about 4 wt.% Water were in the reactor material, based on the wood pulp used, reacted, wherein the yield of both reaction gas and water of reaction in each case about 30 wt.% Was. The generated reaction gas with a calorific value of about 8.5 MJ per kg of gas is sufficient to cover the total process heat requirement of about 2.5 MJ per kg of wood. Measured by the calorific value of the wood used of about 18 MJ / kg, this results in an overall energy efficiency of about 86% for this liquefaction process according to the invention.

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  • fester Rohstoff flüssiger Rohstoffsolid raw material liquid raw material
  • O+A+W+M O+WO + A + W + M O + W
  • Zerkleinerungcrushing
  • Metallabtrennung MMetal separation M
  • Vorentwässerung Wpredehydration W
  • K VorwärmungK preheating
  • schnellefast
  • Erwärmung SÖ+Fwarming SE + F
  • Reaktionreaction
  • G+H2 Phasentrennung1 SÖ+R+A+K Phasentrennung2G + H2 phase separation1 SÖ + R + A + K phase separation2
  • ÖlD+WD+G+H2 SÖ+R+A+KÖld + WD + G + H2 SE + R + A + K
  • Kondensation1 Phasentrennung3Condensation1 phase separation3
  • zum Brenner G+H2 Öl+W+G SÖ+R+A+Kto burner G + H2 oil + W + G SE + R + A + K
  • G Gastrennung1 TrocknungG Gas separation1 Drying
  • H2 R+A+KH2 R + A + K
  • Destillation SÖDistillation SÖ
  • ÖlD+WD+G W W.-D.-Vergasung A+KÖld + WD + G W W. D. Gasification A + K
  • G Kondensation2 CO+H2G condensation2 CO + H2
  • Phasentrennung4 W CO-KonvertierungPhase separation4 W CO conversion
  • Produktöl CO2+N2product oil CO2 + N2
  • H2 Gastrennung2 CO2H2 gas separation2 CO2

Bezeichnungen in 1 Designations in 1

  • O = organischer Anteil des RohstoffesO = organic content of the raw material
  • A = anorganischer Anteil des RohstoffesA = inorganic content of the raw material
  • M = Metallanteile des RohstoffesM = metal content of the raw material
  • W = Wasseranteile des Rohstoffes, Reaktionswasser und FrischwasserW = water content of the raw material, water of reaction and fresh water
  • K = feste Katalysatoren und ChemikalienK = solid catalysts and chemicals
  • SÖ = flüssige SchwerölfraktionSÖ = liquid Heavy oil fraction
  • F = feinkörnige FeststoffanteileF = fine-grained Solids
  • G = Reaktionsgas G = reaction gas
  • H2 = WasserstoffH2 = hydrogen
  • R = fester und teerartiger ReaktionsrückstandR = solid and tarry reaction residue
  • ÖlD = Öldampföld = Oil vapor
  • WD = WasserdampfWD = water vapor
  • Öl = flüssige Ölfraktionoil = liquid oil fraction
  • CO = KohlenmonoxidCO = carbon monoxide
  • CO2 = KohlendioxidCO2 = carbon dioxide
  • Phasentrennung1 = Trennung von Gas-/Dampfphase und feststoffhaltiger FlüssigphasePhase separation1 = separation of gas / vapor phase and solids-containing liquid phase
  • Phasentrennung2 = Trennung von grobkörnigem Feststoff mit Flüssigphasenanteilen und Flüssigphase mit feinkörnigem FeststoffanteilPhase separation2 = separation of coarse-grained solid with liquid phase fractions and liquid phase with fine grained Solids
  • Phasentrennung3 = Trennung von Flüssigphase und Feststoffphase mit anhaftender RestflüssigphasePhase separation3 = separation of liquid phase and solid phase with adherent residual liquid phase
  • Phasentrennung4 = Trennung von Wasserphase und ÖlphasePhase separation4 = separation of water phase and oil phase
  • Kondensation1 = Trennung von Gasphase und kondensierbarer FlüssigphaseCondensation1 = separation of gas phase and condensable liquid phase
  • Kondensation2 = Trennung von Gasphase und kondensierbarer FlüssigphaseCondensation2 = separation of gas phase and condensable liquid phase
  • Gastrennung1 = Trennung von Reaktionsgas und WasserstoffGas separation1 = separation of reaction gas and hydrogen
  • Gastrennung2 = Trennung von Kohlendioxid und WasserstoffGas separation2 = separation of carbon dioxide and hydrogen
  • W.-D.-Vergasung = WasserdampfvergasungW.-D. gasification = steam gasification
  • CO-Konvertierung = Kohlenmonoxid-KonvertierungCO conversion = carbon monoxide conversion

Claims (25)

Verfahren zur direkten thermochemischen Umwandlung von hochmolekularen organischen Substanzen in hochwertige niedermolekulare organische Produkte, die bei Raumtemperatur als niedrigviskose Flüssigkeiten vorliegen und brennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach sehr schneller Aufheizung des Rohstoffes die Umwandlungsreaktionen in der Sumpfphase mit anschließender oder vorangegangener druckloser Verölung vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 290 °C und 410 °C unter Ausnutzung autokatalytischer Effekte im Kreislauf geführter schwerflüchtiger Produktfraktionen mit selektiver Produktorientierter Verweilzeitsteuerung durchgeführt werden.Process for the direct thermochemical conversion of high molecular weight organic substances into high-quality low-molecular-weight organic products, which are present as low-viscosity liquids at room temperature and are flammable, characterized in that after very rapid heating of the raw material, the conversion reactions in the liquid phase with subsequent or previous pressureless oiling preferably in the temperature range be carried out between 290 ° C and 410 ° C taking advantage of autocatalytic effects in the cycle of low-volatility product fractions with selective product-oriented residence time control. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsreaktionen in zwei Reaktoreinheiten durchgeführt werden, die vorzugsweise folgende Funktionen simultan erfüllen: Intensive Vermischung und sehr schnelle Aufheizung mit anschließender druckloser Verölung der eingebrachten Stoffe oder umgekehrt, dass zuerst drucklos verölt wird und anschließend schnell aufgeheizt und vermischt wird. Durchführung von Krackreaktionen sowie Destillations- und/oder Strippfunktion zur Entfernung flüchtiger Ölproduktkomponenten aus dem flüssigen Reaktionsgemisch.Method according to claim 1, characterized in that that the conversion reactions are carried out in two reactor units, which preferably fulfill the following functions simultaneously: Intensive Mixing and very rapid heating with subsequent depressurization oiling the introduced substances or vice versa, that is first oiled without pressure and subsequently heated up quickly and mixed. Execution of cracking reactions as well Distillation and / or stripping function to remove volatile oil product components from the liquid Reaction mixture. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Energiebedarf des Prozesses über Verbrennung des Reaktionsgases gedeckt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the thermal energy needs of the process via combustion of the reaction gas is covered. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische und der elektrische Energiebedarf des Prozesses auch über die Expansionsanlage gedeckt werden. Die mehr erzeugte Energie kann ans Netz eingespeist werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the thermal and electrical energy needs of the process also about the Expansion plant are covered. The more generated energy can be fed to the grid. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Produktöl und oder das Produktgas und oder das Wasserstoff als Brennstoff zur Verbrennung in einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von thermischer und Elektrischer Energie genutzt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the product oil and or the product gas and or the hydrogen as Fuel used for combustion in a fuel cell for the production of thermal and electrical energy. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsreaktionen in reduzierender Überdruck-Atmosphäre durchgeführt werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the conversion reactions are carried out in reducing overpressure atmosphere. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsreaktionen vorzugsweise unter einer Atmosphäre, die mit Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid angereichert ist, bei Drücken bis 80 bar durchgeführt werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the conversion reactions are preferably under an atmosphere associated with Hydrogen and / or carbon monoxide is enriched, at pressures up 80 bar performed become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Wasserstoff durch Wasserdampfvergasung oder durch Wasserdampfvergasung mit Nachgeschalteter Kohlenmonoxid-Konvertierung mit Hilfe prozesseigener Nebenprodukte der Umwandlungsreaktionen erzeugt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the hydrogen used by steam gasification or by steam gasification with downstream carbon monoxide conversion with the help of process-related by-products of the transformation reactions is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 1 der nach der Umwandlungsreaktion abgeführte produktölhaltige Stoffstrom über die Prozessstufen Phasentrennung 1, Kondensation 1, Destillation, Kondensation 2 und Phasentrennung 4 bis zum Produktöl geführt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that accordingly 1 the product oil-containing material stream discharged after the conversion reaction is passed through the process stages phase separation 1, condensation 1, distillation, condensation 2 and phase separation 4 to the product oil. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 1 der nach der Umwandlungsreaktion abgeführte feststoffhaltige Stoffstrom über die Prozessstufen Phasentrennung 1, Phasentrennung 2, Phasentrennung 3 und Trocknung bis zu einer angereicherten Feststofffraktion geführt wird, während die jeweils abgetrennten Schwerölanteile ganz oder teilweise im Kreislauf zurück zur Umwandlungsreaktionseinheit geführt werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that accordingly 1 the solids-containing material stream discharged after the conversion reaction is passed through the process stages phase separation 1, phase separation 2, phase separation 3 and drying to an enriched solids fraction, while the respectively separated heavy oil portions are completely or partially recirculated to the conversion reaction unit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die angereicherte Feststofffraktion allein oder zusammen mit zugeführtem Reaktionswasser durch nachfolgende Wasserdampfvergasung von den organischen Bestandteilen befreit wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized that the enriched solids fraction alone or together with supplied Reaction water by subsequent steam gasification of the organic components is released. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umwandlungsreaktionseinheit Krackkatalysatoren eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that cracking catalysts are used in the conversion reaction unit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umwandlungsreaktionseinheit alkalische Chemikalien zur Halogenbindung eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 12, characterized that in the conversion reaction unit alkaline chemicals for Halogen bond can be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umwandlungsreaktionseinheit Hydrierkatalysatoren eingesetzt werden. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that hydrogenation catalysts are used in the conversion reaction unit become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff kontaminiertes oder nicht kontaminiertes Holz oder entsprechender Holzabfall eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 14, characterized that as a raw contaminated or not contaminated wood or corresponding wood waste is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Biomasse und/oder Energiepflanzen eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 15, characterized that biomass and / or energy crops are used as the raw material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Pflanzenöle und/oder Tierfette eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 16, characterized that as raw material vegetable oils and / or animal fats are used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Altöl, Schweröl, Bitumen und/oder Teer eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 17, characterized that as raw material waste oil, heavy oil, bitumen and / or tar. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff halogenhaltiger oder nichthalogenhaltiger Kunststoffabfall eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 18, characterized that as a raw material halogen-containing or non-halogenated plastic waste is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Elektrokabelabfall eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 19, characterized that electrical cable waste is used as raw material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Autoreifenabfall eingesetzt wird. Method according to one of claims 1 to 20, characterized that as a raw material tire waste is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Hausmüll eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 21, characterized that as a commodity household waste is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Klärschlamm eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 22, characterized that as a raw material sewage sludge is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Feinkornfraktionen von Baggerschlämmen eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 23, characterized that fine grain fractions of dredger sludge are used as raw material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Tier- und/oder Knochenmehl eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 24, characterized that animal and / or bone meal are used as raw material.
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