-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Diesel
oder Heizöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen
sowie eine Vorrichtung dazu.
-
Stand der Technik
-
Aus
dem Stand der Technik sind katalytische Verfahren zur Umwandlung
kohlenwasserstoffhaltiger Rückstände zur Erzeugung
von Diesel bekannt, die zumeist bei Temperaturen von 300 bis 440°C durchgeführt
werden.
-
So
beschreibt die
WO
2006/092306 A1 ein Verfahren zur Depolymerisation von kohlenwasserstoffhaltigen
Rückständen zu Diesel, wobei einerseits ein beheizter
Reaktor, in dem die katalytische Spaltung des Rohmaterials stattfindet,
verwendet wird und andererseits das Rohmaterial vorgeheizt und unter
Druck in den Reaktor eingespritzt wird.
-
Allerdings
führt eine schrittweise Aufheizung des Rohmaterials dazu,
dass sich – beispielsweise durch lokale Überhitzung – Kohlenstoff
an Wandungen der zur Durchführung der Verfahren verwendeten
Vorrichtungen absetzt. Dies stört den Wärmeübergang
im Gemisch und gefährdet die Sicherheit des Prozesses.
Die Verwendung von Katalysatoren zur Depolymerisation ist ferner
teuer und bedarf weiterer Einrichtungen, um den Katalysator zu regenerieren
oder auszutauschen. Eine kontinuierliche Prozessführung
ist daher nur mit erhöhtem apparativem Aufwand möglich.
-
Es
ist folglich wünschenswert, ein Verfahren zur Gewinnung
von Diesel oder Heizöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen,
die die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen.
-
Aufgabe und Lösung
-
Folglich
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Gewinnung
von Diesel oder Heizöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen
sowie eine Vorrichtung dazu bereitzustellen, die die geschilderten
Nachteile nicht aufweisen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Rohmaterial in einer geeigneten Verdampfungseinrichtung
schlagartig verdampft wird.
-
Das
Rohmaterial wird nicht langsam aufgeheizt, was zu den oben beschriebenen
Nachteilen führen würde, sondern innerhalb kürzester
Zeit auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150°C bis
etwa 450°C, bevorzugt etwa 250°C bis etwa 400°C
erhitzt, wodurch der thermische Zerfall der im Rohmaterial enthaltenen
Kohlenwasserstoffketten unmittelbar eintritt. Das erfindungsgemäße
Verfahren benötigt keinen Katalysator, um die Kohlenwasserstoffketten zu
spalten.
-
Vorteilhafterweise
wird bei der so durchgeführten Spaltung langer Kohlenwasserstoffketten eine
erhöhte Ausbeute an kürzeren Kohlenwasserstoffketten,
nämlich mit einer Kettenlänge im Bereich von etwa
10 bis etwa 25 Kohlenstoffatomen, beobachtet.
-
Die
schlagartige Verdampfung des Rohmaterials kann beispielsweise in
einem Dünnschichtverdampfer und/oder in einem beispielsweise
von einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung bedienten bzw. beheizten
Schneckenfördersystem durchgeführt werden.
-
Nachfolgend
werden einige wichtige Verfahrensschritte und -parameter beschrieben.
-
Rohmaterial
-
Als
kohlenwasserstoffhaltige Rückstände (Rohmaterial)
zur Durchführung des Verfahrens sind beispielsweise Alt-,
Schwer- und Bilgenöle, Raffinerierückstände
und Kunststoffe oder auch ölbeladene Sande geeignet. Grundsätzlich
kommen Alt-, Rest- und Abfallstoffe in Betracht, wie Kunststoffe, Öle,
Fette, natürliche und synthetische Gummisorten. Mischungen
aller vorgenannten Stoffe eignen sich ebenfalls als Rohmaterial
für das Verfahren der vorliegenden Erfindung. Insbesondere
geeignet sind Mischungen aus Altöl und Kunststoffen.
-
Vorbereitung
-
Der
eigentlichen Spaltung des Rohmaterials können mindestens
eine Entschwefelungs- und/oder Entchlorungsstufe vorgeschaltet sein.
Durch den Zusatz von geeigneten Additiven zum Rohmaterial kann die
Entschwefelung und/oder Entchlorung des Rohmaterials erfolgen.
-
Ferner
kann es notwendig sein, die Rohmaterialien thermisch vorzubehandeln,
um beispielsweise bessere rheologische Eigenschaften zu erzielen. So
kann Altöl beispielsweise auf etwa 120°C vorgeheizt
werden, bevor es der Spaltungsstufe mit höheren Temperaturen
zugeführt wird. Bei Kunststoffen und Kunststoffgranulaten
kann es vorteilhaft sein, diese einem Trocknungsschritt zu unterziehen.
-
Spaltung des Rohmaterials
-
Erfindungsgemäß kann
die Spaltung des Rohmaterials in einem Dünnschichtverdampfer
oder in einem beispielsweise von einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung
bedienten bzw. beheizten Schneckenfördersystem durchgeführt
werden.
-
Flüssige
Rohmaterialien, wie Alt-, Schwer- und Bilgenöle, Raffinerierückstände
und geschmolzene Kunststoffe werden bevorzugt unter Anwendung eines
Dünnschichtverdampfers gespalten. Das in ölbeladenen
Sanden enthaltene Rohmaterial wird bevorzugt unter Anwendung des
genannten Schneckenfördersystems gespalten.
-
Dünnschichtverdampfer
-
Dünnschichtverdampfung
ist die thermische Abtrennung von Stoffen aus einem mechanisch erzeugten,
dünnen und hochturbulenten Flüssigkeitsfilm. Die
Flüssigkeit kommt nach dem Eintritt in den Dünnschichtverdampfer
mit einem Rotor in Berührung: sie wird durch einen Verteilring
gleichmäßig auf den Umfang verteilt, von ersten,
darunter liegenden Rotorblättern erfasst und als Film (z.
B. 0.5 bis 3.5 mm Filmdicke) auf eine beheizte Wand verteilt. Vor jedem
Rotorblatt bildet die Flüssigkeit eine Bugwelle. Diese
wird vom Rotorblatt aufgenommen und geht im Spalt zwischen Rotor
und Wand in eine hochturbulente Zone über, in der es in
radialer Richtung zu intensivem Wärme- und Stoffaustausch
kommt. Die hohe Turbulenz sorgt auch bei viskosen Flüssigkeiten
für hohe Wärmeübergangszahlen. Durch
die intensive Produktdurchmischung in der Bugwelle werden auch temperaturempfindliche
Produkte vor Überhitzung geschützt und der Belagbildung
auf der Heizfläche entgegengewirkt.
-
Das
Einbringen der Rohmaterialien erfolgt je nach gewähltem
Stoffstrom über Granuliermaschine oder Einspritzdüse,
jeweils unter dem dafür üblichen verfahrenstechnischen
Druck. Im Dünnschichtverdampfer werden die eingegebenen
flüssigen Rohmaterialien schlagartig verdampft. Die erzeugten
Kohlenwasserstoffdämpfe steigen in eine Rektifikationseinrichtung
und können nachfolgend in einer optionalen Stufe mit überhitztem
Dampf behandelt werden, um freie Valenzen abzusättigen.
-
Schneckenfördersystem
-
Hierbei
wird in einem Schneckenfördersystem auf etwa 150°C
bis 450°C, bevorzugt etwa 250°C bis etwa 400°C
beheiztes feinkörniges Granulat, beispielsweise Sand oder
Quarzsand, bewegt. Die Rohstoffe werden beispielsweise mittels einer Zahnradpumpe
direkt in das Granulat eingebracht bzw. auf das Granulat aufgebracht
und unmittelbar nach dem Eintrag in bzw. Auftrag auf das beheizte Granulat
gespalten. Die Reststoffe (z. B. Koks, Metalle und Salze) werden
an das feinkörnige Granulat gebunden.
-
Das
Beheizen des Schneckenfördersystems erfolgt beispielsweise
mit einer daran gekoppelten zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung.
Bevorzugt kann eine zirkulierende Wirbelschichtfeuerung mit Brennkammer,
Zyklon und Wirbelschichtschleuse verwendet werden.
-
In
der Wirbelschicht wird das Granulat im Kreislauf über Zyklon
und Schleuse auf die notwendige Temperatur erwärmt. Beim
Anfahrprozess wird die Anlage mit einem Gasbrenner auf eine Temperatur von
max. 1400°C gefahren; im stationären Betrieb wird
ein Teil der benötigten Energie durch Koksabbrand zugeführt.
Grundsätzlich kann die Wirbelschichtfeuerung mit einer
Temperatur von etwa 450°C bis etwa 1400°C betrieben
werden.
-
Die
oben genannten Reststoffe werden mit dem in der Wirbelschicht befindlichen
feinkörnigen, nicht verglasenden Granulat zurück
in die Wirbelschicht gefördert. Dort wird das Granulat
bei maximal etwa 1400°C gereinigt und erneut dem Kreislauf
zugeführt.
-
Die
entstehende Abluft wird gereinigt und beispielsweise einem Abluftkamin
zugeführt.
-
Die
Wirbelschicht hat folglich einerseits die Aufgabe, das Granulat
auf die für die Konversion notwendige Temperatur zu heizen,
und andererseits die Regenerierung des bei der Konversion mit Reststoffen
verunreinigten Granulates zu ermöglichen.
-
Das
Verfahren der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung zeichnet sich
durch gleichmäßige Temperaturführung
sowie hohe Stoff- und Wärmeübergänge
beim Betrieb der Anlage aus.
-
Optional
kann das Schneckenfördersystem (Mischschnecke) und/oder
die im Folgenden beschriebene Destillationskolonne mit Unterdruck
gefahren werden.
-
Rektifizierung und Aufbereitung
-
Zur
Rektifizierung, die der Abtrennung von Leichtsiedern und Spaltgasen,
gegebenenfalls deren Entsorgung in der Wirbelschicht sowie der Kondensation
des Flüssigproduktes dient, kann beispielsweise eine Destillationskolonne
mit Verdampfer und Kondensator verwendet werden.
-
Unter
Destillation und Rektifikation versteht man die stoffliche Trennung
von Gemischen. Die den Destillier- oder Rektifikationsapparaten
dampfförmig oder flüssig zugeführten
Eintrittsgemische werden in ihre Komponenten zerlegt oder in Teilgemische
getrennt.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Rektifizierung, beispielsweise
in Kolonnenapparaten mit verschiedenen Einbauten wie Rektifizierböden,
Füllkörperschüttungen und/oder Packungen durchgeführt.
Es bestehen keine besonderen Anforderungen an die Kolonnen. Beispielsweise
können fünf Kolonnenschüsse verwendet
werden.
-
Nach
der Rektifizierung können die erhaltenen Kohlenwasserstoffe
zur Bindung der freien Valenzen mit überhitztem Wasserdampf,
beispielsweise bei Temperaturen von mehr als etwa 1000°C,
unter Druck behandelt werden. So kann sichergestellt werden, dass
ein sauberes und lagerbeständiges Produkt hergestellt wird.
-
Abschließend
wird das Produkt gekühlt und steht zur weiteren Verwendung
zur Verfügung.
-
Verwendung der Produkte
-
Die
erfindungsgemäß erhaltenen Produkte können
zur Stromerzeugung in entsprechenden Kraftwerken, als Heizöl
oder als Treibstoff für Dieselmotoren verwendet werden.
-
Erfindungsgemäßes
Verfahren und Vorrichtung
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren kann folgende Schritte
umfassen:
- A) Bereitstellung von Rohmaterial
mit langkettigen Kohlenwasserstoffen;
- B) gegebenenfalls Entschwefelung und/oder Entchlorung des Rohmaterials;
- C) Spaltung des Rohmaterials durch schlagartige Verdampfung
in einem Temperaturbereich von etwa 150°C bis etwa 450°C,
bevorzugt in Kohlenwasserstoffe mit einer Kohlenstoffkettenlänge
von etwa 10 bis etwa 25;
- D) Rektifizierung der Spaltprodukte;
- E) gegebenenfalls Aufbereitung der Spaltprodukte.
-
Die
Spaltung des Rohmaterials gemäß Schritt C) des
Verfahrens kann mittels Dünnschichtverdampfer oder in einem
von einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung bedientem Schneckenfördersystem
durchgeführt werden. Wesentlich ist, dass zur Spaltung
kein Katalysator verwendet wird.
-
Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung kann folgende Einrichtungen
umfassen:
- I) mindestens ein Pyrolysereaktor
in Form eines
- Ia) Schneckenfördersystems mit Wirbelschichtfeuerung
oder
- Ib) Dünnschichtverdampfers; sowie
- II) mindestens eine Rektifikationseinrichtung, umfassend beispielsweise
eine Destillationskolonne und einen Verdampfer für den
Kondensator, die der Abtrennung von Leichtsiedern und Spaltgasen
und deren Entsorgung in der Wirbelschicht und der Kondensation des
Flüssigproduktes dient.
-
Zusätzlich
können mindestens ein Abhitzekessel und/oder mindestens
eine Turbine und/oder mindestens ein Überhitzer von der
Vorrichtung umfasst sein. Bevorzugt ist der Überhitzer
nur dann vorhanden, wenn der Pyrolysereaktor als Schneckenfördersystem
ausgebildet ist.
-
Die
Rektifizierungseinrichtung ist dem Pyrolysereaktor nachgelagert.
-
Es
versteht sich, dass weitere Einrichtung vorhanden sein können,
beispielsweise Leitungen, um die diversen Einrichtungen miteinander
zu verbinden, Rohre wie Abluftrohre, Mess-, Steuer- und Regelungsgeräte,
Treppen, Bühnen, Ent- und Belüftungsleitungen.
-
Figuren
-
Die
Erfindung wird durch die beigefügten Figuren näher
erläutert, ohne dass sie durch diese beschränkt
werden soll.
-
Es
zeigen:
-
1 das
Flussdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 das
Flussdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen
Verfahrens,
-
3 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit Wirbelschicht,
-
4 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit Dünnschichtverdampfer
in stehender Ausführung und
-
5 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit Dünnschichtverdampfer
in liegender Ausführung.
-
Das
in 1 dargestellte Verfahren umfasst einen Entschwefelungsschritt
und einen Entchlorungsschritt, mit denen der Schwefel- und Chlorgehalt
der Rohstoffe (Kunststoffe und Altöle), die in entsprechenden
Lagern aufbewahrt werden, reduziert werden. Die so behandelten Kunststoffe
werden getrocknet; die so behandelten Altöle werden auf
ca. 120°C vorgewärmt. Die getrockneten Kunststoffe und
vorgewärmten Altöle werden vermischt und zusammen
mit weiterem getrockneten Kunststoff und/oder vorgewärmten
Altöl einem Dünnschichtverdampfer zugeführt.
Das im Dünnschichtverdampfer erzeugte Produktgemisch wird
mit überhitztem Wasserdampf behandelt, anschließend
in einer Destillationskolonne rektifiziert und schließlich
abgekühlt. Erhalten werden Diesel bzw. Heizöl,
die der DIN Norm 51 601 und der Euro Norm EN
590 für Diesel und Heizöl-extraleicht
entsprechen.
-
Das
in 2 dargestellte Verfahren umfasst einen Entschwefelungsschritt
und einen Entchlorungsschritt, mit denen der Schwefel- und Chlorgehalt
der Rohstoffe (Kunststoffe und Altöle), die in entsprechenden
Lagern aufbewahrt werden, reduziert werden. Die so behandelten Kunststoffe
werden getrocknet; die so behandelten Altöle werden auf
ca. 120°C vorgewärmt. Die getrockneten Kunststoffe und
vorgewärmten Altöle werden vermischt und zusammen
mit weiterem getrockneten Kunststoff und/oder vorgewärmten
Altöl einem Pyrolysereaktor (Schneckenfördersystem)
zugeführt, der bei etwa 150°C bis etwa 450°C,
bevorzugt etwa 250°C bis etwa 400°C betrieben
wird. Das Granulat für das Schneckenfördersystem
wird mit einer Wirbelschichtfeuerung beheizt und gereinigt. Vor
Eintritt des Granulats in den Pyrolysereaktor wird das Granulat
auf die gewünschte Temperatur abgekühlt. Das im
Pyrolysereaktor erzeugte Produktgemisch wird mit überhitztem
Wasserdampf behandelt, anschließend in einer Destillationskolonne
rektifiziert und schließlich abgekühlt. Erhalten
werden Diesel bzw. Heizöl, die der DIN Norm 51
601 und der Euro Norm EN 590 für Diesel
und Heizöl-extraleicht entsprechen.
-
3 zeigt
eine erfindungsgemäße Wirbelschichtanlage, beispielsweise
zur Durchführung des in 2 skizzierten
Verfahrens. Gezeigt ist eine zirkulierende Wirbelschicht 10,
die mit einem Schneckenfördersystem 11a verbunden
ist. Über ein Sandrückführungsrohr 14 wird
der verwendete Sand im Kreislauf geführt. Ein Brenner 15 sorgt
für die Aufheizung des Sands. Dem Schneckenfördersystem 11a wird über
ein Rohr 31 kontinuierlich Altöl zugeführt. Die
durch schlagartige Verdampfung des Altöls im Schneckenfördersystem
Via erhaltenen Produkte werden einer Kolonne 12 zugeführt,
in der sie rektifiziert werden. Im nachgeschalteten Kopfkondensator 13 werden
die gewünschten Produkte kondensiert, anschließend
abgekühlt und über das Rohr 30 einem Aufbewahrungstank
zugeführt. Die Anlage umfasst weiterhin einen Aktivkohlefilter 16 zur
Reinigung der Abluft aus der Wirbelschicht. Die Abluft wird dem
Aktivkohlefilter 16 über ein Abluftrohr 20 zugeführt.
Die aus dem Aktivkohlefilter 16 austretende Abluft wird über
das Rohr 21 einem Abluftkamin zugeführt.
-
4 zeigt
eine erfindungsgemäße Anlage mit aufrecht stehendem
Dünnschichtverdampfer 11b. Die für die
Verdampfung erforderliche Temperatur wird mit einem Brenner 15 erzeugt. Über
einen Pufferbehälter 18 kann dem Brenner 15 Brennstoff
zugeführt werden, der aus leichtflüchtigen, brennbaren Bestandteilen
aus dem verdampften Kunststoff und dem erzeugten Destillat besteht
(entsprechende Zuführungsleitungen sind nicht dargestellt).
Dem Dünnschichtverdampfer 11b wird mittels Fluidbetttrockner 17 getrockneter
Kunststoff zugeführt. Ein Kunststoffförderband 32 führt
dem Trockner den Kunststoff zu. Die durch schlagartige Verdampfung
des Kunststoffes im Dünnschichtverdampfer 11b erhaltenen
Produkte werden einer Kolonne 12 zugeführt, in
der sie rektifiziert werden. Im nachgeschalteten Kopfkondensator 13 werden
die gewünschten Produkte kondensiert, anschließend
abgekühlt und über das Rohr 30 einem
Aufbewahrungstank zugeführt. Gezeigt ist eine Kolonne mit
zwei Abgängen, wobei auch bis zu sieben Abgänge
möglich sind. Die Anlage umfasst weiterhin einen Aktivkohlefilter 16 zur
Reinigung der im Verfahren entstehenden Abluft.
-
5 zeigt
eine erfindungsgemäße Anlage mit waagrecht liegendem
Dünnschichtverdampfer 11c. Die für die
Verdampfung erforderliche Temperatur wird mit einem Brenner 15 erzeugt.
Dem Dünnschichtverdampfer 11c wird mittels Entschwefelungseinrichtung 41 entschwefeltes
und mittels Vorwärmer 19 vorgewärmtes
Altöl zugeführt. Gezeigt sind in diesem Zusammenhang
das Rohr 40, das den Vorwärmer 19 mit
der Entschwefelungseinrichtung 41 verbindet und Rohr 31 vom
Altöltank in den Vorwärmer 19. Die durch
schlagartige Verdampfung des Altöls im Dünnschichtverdampfer 11c erhaltenen
Produkte werden einer Kolonne 12 zugeführt, in
der sie rektifiziert werden. Im nachgeschalteten Kopfkondensator 13 werden
die gewünschten Produkte kondensiert, anschließend
abgekühlt und über das Rohr 30 einem Aufbewahrungstank
zugeführt. Gezeigt ist eine Kolonne mit zwei Abgängen,
wobei auch bis zu sieben Abgänge möglich sind.
Die Anlage umfasst weiterhin einen Aktivkohlefilter 16 zur
Reinigung der im Verfahren entstehenden Abluft. Dargestellt ist
auch ein Abluftrohr 21 zu einem Kamin. Nicht gezeigt sind
Zuführungsleitungen, um leichtflüchtige, brennbare
Bestandteile aus dem in der Kolonne 12 erzeugten Destillat
und dem Vorwärmer 19 dem Brenner 15 zuzuführen.
-
- 10
- zirkulierende
Wirbelschicht
- 11a
- Schneckenfördersystem
(Verdampfer)
- 11b
- Dünnschichtverdampfer
- 11c
- Dünnschichtverdampfer
- 12
- Kolonne
- 13
- Kopfkondensator
- 14
- Sandrückförderungsrohr
- 15
- Brenner
- 16
- Aktivkohlefilter
- 17
- Trockner
- 18
- Pufferbehälter
- 19
- Vorwärmen
- 20
- Abluftrohr
aus Wirbelschicht
- 21
- Rohr
zum Abluftkamin
- 30
- Rohr
zur Tankanlage
- 31
- Rohr
vom Altöltank
- 32
- Kunststoffförderband
- 40
- Rohr
vom Vorwärmer zur Entschwefelungseinrichtung
- 41
- Entschwefelungseinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/092306
A1 [0003]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN Norm 51
601 [0046]
- - EN 590 [0046]
- - DIN Norm 51 601 [0047]
- - EN 590 [0047]