DE102008029927B4 - Flash pyrolysis of organic substances with ionic liquid as a heat carrier for the production of oily or gaseous intermediates - Google Patents

Flash pyrolysis of organic substances with ionic liquid as a heat carrier for the production of oily or gaseous intermediates Download PDF

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Abstract

Flash-Pyrolyseverfahren für Biomasse- und organischen Reststoff-Input unter Verwendung einer geeigneten Ionischen Flüssigkeit zur Herstellung eines Pyrolysegases zum Einsatz für Gas-BHKW's oder einer Slurry oder einer Pyrolyseölfraktion, wobei die Aufbereitung organischen wasserhaltigen Inputmaterials durch eine Teilanlage bestehend aus Häcksler (1), Fördereinrichtung (2), Warmmischer (3), Kolloidpumpe (4) und Zwischenbehälter (5) mit Entgasung/Entlüftung (6) bewirkt wird und durch die Zumischung von ionischer Flüssigkeit mit einer Temperatur im Bereich von ca. 200–250°C sich eine Mischtemperatur einstellt, die im Zwischenbehälter einen entsprechenden Dampfdruck erzeugt und sich gleichzeitig eine Erweichung der organischen Substanz einstellt, wodurch in der Kolloidpumpe eine Feinemulsion realisiert wird, wobei die eigentliche Pyrolyse in der Anlagenkombination Heißmischer (7), Hauptprozesspumpe (8), Entspannungs- und Trenngefäß (9) sowie einen Zyklon (9) realisiert wird, die Aufenthaltszeit im Bereich Heißmischer-Pumpe im Bereich von 1–10 s durch Medienrückführung eingestellt werden kann und eventuell mitgerissene Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit in einem internen oder externen Abscheider (9) zurückgehalten werden.Flash pyrolysis method for biomass and organic residue input using a suitable ionic liquid for the production of a pyrolysis gas for use in gas CHPs or a slurry or a pyrolysis oil fraction, wherein the preparation of organic water-containing input material by a subassembly consisting of shredder (1), Conveying device (2), warm mixer (3), colloid pump (4) and intermediate container (5) with degassing / venting (6) is effected and by the admixture of ionic liquid having a temperature in the range of about 200-250 ° C is a Adjusting the mixing temperature, which produces a corresponding vapor pressure in the intermediate container and simultaneously sets a softening of the organic substance, whereby in the colloid pump a fine emulsion is realized, the actual pyrolysis in the plant combination hot mixer (7), main process pump (8), expansion and separation vessel (9) and a cyclone (9) is realized , the residence time in the area of the hot mixer pump can be adjusted in the range of 1-10 s by means of media recirculation and possibly entrained droplets of the ionic liquid are retained in an internal or external separator (9).

Description

Die Erfindung betrifft die Flash-Pyrolyse von organischen Stoffen.The invention relates to the flash pyrolysis of organic substances.

Flash-Pyrolyse wird in Verbindung mit Biomasse zur Erzeugung eines ölhaltigen Zwischenproduktes (Slurry) eingesetzt, welches dann vorrangig zu Kraftstoff weiterverarbeitet werden kann ( DE 10 2004 038 491 A1 und DE 10 2004 031 023 B4 ). Als Wärmeträger werden hier vorzugsweise Sande bzw. Stahlkugeln verwendet.Flash pyrolysis is used in conjunction with biomass to produce an oil-containing intermediate (slurry), which can then be processed further to fuel ( DE 10 2004 038 491 A1 and DE 10 2004 031 023 B4 ). As a heat carrier sand or steel balls are preferably used here.

Auch der Einsatz von organischen Abfallstoffen ist bekannt, wie z. B. von Reifen (Paten(Patente DE 101 36 619 A1 und DE 102 12 104 A1 ). Hier wird als Wärmeträger z. B. flüssiges Zinn verwendet.The use of organic waste is known, such. B. of tires (patents (patents DE 101 36 619 A1 and DE 102 12 104 A1 ). Here is used as heat transfer z. As liquid tin used.

Neben Pyrolysegas, -öl und -koks fallen dabei noch Wertstoffe wie Aktivkohle und Stahleinlagen an. Die Pyrolysetemperatur liegt in der Regel zwischen 500 und 600°C. Die Pyrolyse selbst findet in speziellen Reaktoren statt, die z. B. als zirkulierende Wirbelschichtanlage ( EP0676465 ) oder Kugelmühle ( DE3741623 C2 ) ausgeführt sind oder auch als liegende Behälter, durch die der Wärmeträger mittels Schneckenwellen ( DE 10 2004 038 491 A1 ) befördert wird.Besides pyrolysis gas, oil and coke, valuable materials such as activated carbon and steel deposits are also produced. The pyrolysis temperature is usually between 500 and 600 ° C. The pyrolysis itself takes place in special reactors z. B. as a circulating fluidized bed plant ( EP0676465 ) or ball mill ( DE3741623 C2 ) or as a horizontal container, through which the heat carrier by means of screw shafts ( DE 10 2004 038 491 A1 ).

DE 10 2005 017 715 A1 beschreibt verschiedene ionische Flüssigkeiten, die geeignet sind, Cellulose aufzulösen. Dabei darf die Temperatur im Löse- und Bearbeitungsprozess höchstens 180°C betragen, die bevorzugte Temperatur liegt unter 100°C. DE 10 2005 017 715 A1 describes various ionic liquids which are suitable for dissolving cellulose. The temperature during the dissolving and processing process must not exceed 180 ° C, the preferred temperature is below 100 ° C.

In WO2008/098036 A1 wird die Thermolyse von Lignocellulosematerial in ionischen Flüssigkeiten im Temperaturbereich von 150°C bis 300°C beschrieben. Die Reaktion läuft gut unter anaeroben Bedingungen in Anwesenheit eines sauren Katalysators. Eigene Untersuchungen ergeben, dass Voraussetzungen für eine optimale Pyrolyse sind:

  • • ein Verfahren, welches ein schnelles und gleichmäßiges Aufwärmung der Inputstoffe mit einer guten Regelfähigkeit und somit einer hohen Ausbeute von Pyrolyseöl gewährleistet sowie
  • • eine sich daraus ergebende kompakte, sichere und verschleißarme Anlagetechnik.
In WO2008 / 098036 A1 describes the thermolysis of lignocellulosic material in ionic liquids in the temperature range of 150 ° C to 300 ° C. The reaction proceeds well under anaerobic conditions in the presence of an acidic catalyst. Our own investigations show that the prerequisites for optimal pyrolysis are:
  • • a process that ensures a rapid and uniform heating of the input materials with a good controllability and thus a high yield of pyrolysis oil and
  • • a resulting compact, safe and low-wear system technology.

Durch das neue Verfahren sollen Nachteile der o. g. Ausführungen vermieden werden.By the new method disadvantages of o. G. Designs are avoided.

Verfahrens- und AnlagenbeschreibungProcess and plant description

Als Wärmeträgermedium wird eine ionische Flüssigkeit verwendet, die langzeitstabil in einem Temperaturbereich von ca. 200–600°C gegenüber den zum Einsatz kommenden Inputmaterialien ist.As the heat transfer medium, an ionic liquid is used which is long-term stable in a temperature range of about 200-600 ° C compared to the input materials used.

Die ionische Flüssigkeit kann gegebenenfalls einen Katalysator enthalten, der den Crackprozess verbessert.The ionic liquid may optionally contain a catalyst that improves the cracking process.

Die ionische Flüssigkeit (IF) ermöglicht eine gleichmäßige und maximale Wärmeübertragung auf die organische Einsatzmasse, die durch eine zweistufige Vorwärmung und Mischung gleichzeitig noch

  • • optimal zerkleinert und vermischt sowie
  • • entgast und entwässert wird.
The ionic liquid (IF) allows a uniform and maximum heat transfer to the organic feedstock, which at the same time by a two-stage preheating and mixing
  • • optimally minced and mixed as well
  • • degassed and dehydrated.

Im Gesamtprozess hat man damit ein gut handelbares pumpfähiges Medium mit guten Einstellmöglichkeiten der optimalen Prozessparameter, mit kurzen Wegen, keinem Verschleiß oder sonstigen Gefährdungen.In the overall process you have a good tradable pumpable medium with good adjustment options of the optimal process parameters, with short distances, no wear or other hazards.

An Hand der Bilder 1 bis 3 wird nachfolgend der Prozess beschrieben.The process is described below with reference to FIGS. 1 to 3.

Der Input wird in einem Shredder (1) mechanisch aufbereitet und über eine Fördereinrichtung (2) in einem Mischer (3) mit der ionischen Flüssigkeit vermischt, so dass sich eine Mischtemperatur von ca. 150°C einstellt. Die Inputmaterialien werden bei diesen Temperaturen weich, werden in einer Kolloidpumpe (4) weiter aufbereitet und in den Zwischenbehälter (5) gedrückt.The input is in a shredder ( 1 ) mechanically processed and via a conveyor ( 2 ) in a mixer ( 3 ) mixed with the ionic liquid, so that sets a mixing temperature of about 150 ° C. The input materials soften at these temperatures, in a colloid pump ( 4 ) and into the intermediate container ( 5 ).

Bei Biomasse als Input kommt es hier infolge Steam-Explosion zur weiteren Desintegration des Materials, außerdem werden mit den Dampfwrasen Gase und Luft über die Entgasung (6) abgezogen. Eine Teilmenge des Materials kann auch im Kreislauf geführt werden.In the case of biomass as input, the result of the steam explosion is the further disintegration of the material. In addition, steam and gases are used to degas ( 6 ) deducted. A subset of the material can also be recycled.

Aus dem Zwischenhalter (5) wird das IF-Gemisch im Heißmischer (7) durch Zumischung weiterer heißer IF auf die optimale Pyrolysetemperatur gebracht.From the intermediate holder ( 5 ), the IF mixture in the hot mixer ( 7 ) by adding further hot IF to the optimum pyrolysis temperature.

In der Hauptprozesspumpe (8) erfolgt quasi die Pyrolyse und im Entspannungs- und Trenngefäß (9) werden die Pyrolysedämpfe zur Weiterverarbeitung über einen äußeren (10) oder inneren Abscheider abgeführt.In the main process pump ( 8th ), the pyrolysis takes place, as it were, and in the expansion and separation vessel ( 9 ), the pyrolysis vapors are sent for further processing via an external ( 10 ) or internal separator discharged.

Aus dem Entspannungs- und Trenngefäß (9) wird die IF über Pumpen (11, 12) in den warmen bzw. heißen IF-Kreislauf gefördert. Der warme IF-Kreislauf speist den o. g. Warmmischer. Die erforderliche Temperatur wird über einen Wärmetauscher eingestellt.From the expansion and separation vessel ( 9 ), the IF is pumped ( 11 . 12 ) promoted in the warm or hot IF cycle. The warm IF cycle feeds the above-mentioned warm mixer. The required temperature is set via a heat exchanger.

Der heiße IF-Kreislauf versorgt den Heißmischer (7). Seine Temperatur wird entweder über einen Pyrolysegas beheizten Wärmetauscher oder über den NT-Vergaser, der den Restpyrolysekoks vergast, eingestellt.The hot IF circuit supplies the hot mixer ( 7 ). Its temperature is set either by a pyrolysis gas heated heat exchanger or by the NT carburetor, which gasifies the residual pyrolysis coke.

Die in dem organischen Einsatzmaterial enthaltene Asche wird kontinuierlich aus dem Entspannungs- und Trenngefäß (9) ausgekreist.The ash contained in the organic feedstock is continuously withdrawn from the expansion and separation vessel ( 9 ).

Die Weiterverarbeitung der Pyrolysedämpfe (die hochreaktive Mikrokokspartikel enthalten) erfolgt je nach gewünschten Endprodukt.The further processing of the pyrolysis vapors (which contain highly reactive microcoolant particles) takes place depending on the desired end product.

Es werden 3 Hauptanwendungsfälle (Bild 1 bis 3) der Endprodukte dargestellt.3 main applications (Figures 1 to 3) of the final products are presented.

Im ersten Beispiel (Bild 1) werden die heißen Pyrolysedämpfe und das Synthesegas aus dem NT-Vergaser direkt in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit modifiziertem Gasmotor verwendet.In the first example (Figure 1), the hot pyrolysis vapors and the synthesis gas from the NT carburetor are used directly in a combined heat and power plant (CHP) with a modified gas engine.

Im zweiten Beispiel (Bild 2) werden die heißen Pyrolysedämpfe zu einer Slurry aufbereitet. Die Slurry wird abgegeben – vorzugsweise zu einer FT-Kraftstoff-Verarbeitung. Das Rest-Pyrolysegas und das Synthesegas versorgen ein BHKW.In the second example (Figure 2), the hot pyrolysis vapors are treated to a slurry. The slurry is released - preferably for FT fuel processing. The residual pyrolysis gas and the synthesis gas supply a CHP.

Im dritten Beispiel (Bild 3) wird ergänzend zum vorhergehenden Beispiel noch eine niedrig siedende Fraktion Pyrolyseöl hergestellt, das als BHKW-Kraftstoff eingesetzt wird.In the third example (Figure 3), in addition to the previous example, a low-boiling fraction of pyrolysis oil is produced, which is used as CHP fuel.

Claims (5)

Flash-Pyrolyseverfahren für Biomasse- und organischen Reststoff-Input unter Verwendung einer geeigneten Ionischen Flüssigkeit zur Herstellung eines Pyrolysegases zum Einsatz für Gas-BHKW's oder einer Slurry oder einer Pyrolyseölfraktion, wobei die Aufbereitung organischen wasserhaltigen Inputmaterials durch eine Teilanlage bestehend aus Häcksler (1), Fördereinrichtung (2), Warmmischer (3), Kolloidpumpe (4) und Zwischenbehälter (5) mit Entgasung/Entlüftung (6) bewirkt wird und durch die Zumischung von ionischer Flüssigkeit mit einer Temperatur im Bereich von ca. 200–250°C sich eine Mischtemperatur einstellt, die im Zwischenbehälter einen entsprechenden Dampfdruck erzeugt und sich gleichzeitig eine Erweichung der organischen Substanz einstellt, wodurch in der Kolloidpumpe eine Feinemulsion realisiert wird, wobei die eigentliche Pyrolyse in der Anlagenkombination Heißmischer (7), Hauptprozesspumpe (8), Entspannungs- und Trenngefäß (9) sowie einen Zyklon (9) realisiert wird, die Aufenthaltszeit im Bereich Heißmischer-Pumpe im Bereich von 1–10 s durch Medienrückführung eingestellt werden kann und eventuell mitgerissene Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit in einem internen oder externen Abscheider (9) zurückgehalten werden.Flash pyrolysis process for biomass and organic residue input using a suitable ionic liquid for the production of a pyrolysis gas for use in gas CHPs or a slurry or a pyrolysis oil fraction, wherein the treatment of organic water-containing input material by a subassembly consisting of shredder ( 1 ), Conveyor ( 2 ), Warm mixer ( 3 ), Colloid pump ( 4 ) and intermediate container ( 5 ) with degassing / venting ( 6 ) is effected and by the addition of ionic liquid having a temperature in the range of about 200-250 ° C, a mixing temperature is established, which generates a corresponding vapor pressure in the intermediate container and at the same time sets a softening of the organic substance, whereby in the colloid pump Fine emulsion is realized, the actual pyrolysis in the plant combination hot mixers ( 7 ), Main process pump ( 8th ), Expansion and separation vessel ( 9 ) as well as a cyclone ( 9 ), the residence time in the area of the hot mixer pump can be adjusted in the range of 1-10 s by means of media recirculation and possibly entrained droplets of the ionic liquid in an internal or external separator ( 9 ) are held back. Flash-Pyrolyseverfahren für Biomasse- und organischen Reststoff-Input nach AAnspruch 1 unter Verwendung einer geeigneten ionischen Flüssigkeit zur Herstellung einer Slurry als einer Emulsion aus Pyrolyseöl und Pyrolysekoks zur Weiterverarbeitung zu FT-Kraftstoff.Flash pyrolysis process for biomass and organic residue input according to claim 1 using a suitable ionic liquid to produce a slurry as an emulsion of pyrolysis oil and pyrolysis coke for further processing into FT fuel. Flash-Pyrolyseverfahren für Biomasse- und organischen Reststoff-Input entsprechend Ansprüchen 1 oder 2, wobei niedriger siedende Pyrolyseölfraktionen zur Verwendung als BHKW-Kraftstoff ausgekoppelt werden.Flash pyrolysis process for biomass and organic residue input according to claims 1 or 2, wherein lower boiling pyrolysis oil fractions are decoupled for use as CHP fuel. Flash-Pyrolyseverfahren für Biomasse- und organischen Reststoff-Input entsprechend Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Wiederaufheizung der ionischen Flüssigkeit durch einen mit Pyrolysegas beheizten Wärmetauscher erfolgt, vorzugsweise jedoch durch den NT-Vergaser (13).Flash pyrolysis method for biomass and organic residue input according to claims 1 to 3, wherein the reheating of the ionic liquid is carried out by a heat exchanger heated with pyrolysis gas, but preferably by the NT gasifier ( 13 ). Flash-Pyrolyseverfahren für Biomasse- und organischen Reststoff-Input entsprechend Ansprüchen 1 bis 3, wobei insbesondere bei Dampfanfall in der Entgasung eine Energierückgewinnung durch eine Mikroturbine mit nachfolgender Kondensation und ggf. einer Wasser-/Wertstoffaufbereitung erfolgt (18).Flash pyrolysis process for biomass and organic waste material input according to claims 1 to 3, wherein in particular in case of vapor attack in the degassing energy recovery by a microturbine with subsequent condensation and optionally a water / recycling material is carried out ( 18 ).
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