DE102012001660A1 - Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur besseren Depolymerisation - Google Patents
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Abstract
Die vorgeschlagene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur besseren Depolymerisation, insbesondere zur besseren mikrowellen-unterstützten thermokatalytischen Depolymerisation, welche eine bessere Stabilität und eine höhere Ausbeute an flüssigen Energieträgern verspricht. Das zu verarbeitenden kohlenwasserstoffhaltige Eingangsmaterial, versetzt mit einem oder mehreren Katalysatoren und Laugen, wird in einem Vorprozess unter hohem mechanischem Druck zu Pellets, stark verdichteten Materialteilen verpresst. Die in den Pellets eingeschlossenen Katalysatorkristalle weisen einen höheren dielektrischen Wert als die zu verarbeitenden Materialien auf. Im darauf folgenden Pyrolyseprozess durch Mikrowellenerhitzung erhitzen sich die Katalysatorkristalle als erstes und es findet eine Reaktion an deren Oberfläche statt. Während dieser Reaktion entstehen positiv geladene Kohlenstoffatome, die bedingt durch ihre Polarität und Aufladung, zu Entladungen im hochfrequenten Feld der Mikrowelle und damit zur Bildung von Niederdruck-Plasma führen. Dieses Plasma erhitzt die umgebenden Wassermoleküle kurzfristig und fördert hierdurch die Bildung von freiem Wasserstoff in den geschlossenen Pellets. Es kommt zu einer Hydrierung der Kohlenwasserstoffketten und zu einer höheren Ausbeute bei der Depolymerisation. Neben der höheren Ausbeute an flüssigen, lager- und transportfähigen Energieträgern gewährleistet das vorgeschlagene Verfahren eine bessere Stabilität der Öle und somit eine höhere Wirtschaftlichkeit. Im Öl enthaltener Sauerstoff und Prozesswasser wird durch die Zugabe von Calziumhydroxid oder Natriumhydroxid in die Pellets gebunden.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur Depolymerisation von Biomasse und kohlenwasserstoffhaltigen Abfällen, besonders zur mikrowellenunterstützten thermokatalytischen Depolymerisation, bei der die vorbereiteten Eingangsmaterialien in einem Zersetzungsprozess in Kohle, Öl und Gas umgewandelt wird.
- Stand der Technik
- Thermochemische Umwandlungsprozesse von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen, wie beispielsweise Biomasse, die flüssige, feste und gasförmige Energieträger erzeugen sind seit längerem bekannt. Im Hinblick auf die jedoch unvermeidbare Ölverknappung gewinnen diese thermochemischen Prozesse an immer mehr Bedeutung, um eine alternative Energieversorgung für die Zukunft sicherzustellen.
- Hintergrund der Erfindung
- Davon ausgehend liegt die Obliegenheit der Erfindung darin ein verbessertes Verfahren zur Vorbereitung von Biomasse zur besseren Depolymerisation, insbesondere zur besseren mikrowellen-unterstützen thermokatalytischen Depolymerisation, vorzuschlagen, welches eine höhere Ausbeute und bessere Stabilität der flüssigen Energieträgern verspricht.
- Beschreibung der Erfindung
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Absicht zugrunde, unter Sauerstoffabschluss aus kohlenwasserstoffhaltigen Wert- und Abfallprodukten als Hauptprodukt einen flüssigen und als Nebenprodukt einen formstabilen und festen Energieträger zu gewinnen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen aus den kohlenwasserstoffhaltigen Eingangsmaterialien, vorzugsweise Biomasse, aber auch organische Abfallstoffe, Formkörper herzustellen. Das zu verarbeitenden Eingangsmaterial wird mit einem oder mehreren Katalysatoren sowie Zusatzstoffen wie z. B. Natriumhydroxid oder Calziumhydroxid in einem Vorprozess unter hohem mechanischem Druck zu Pellets, stark verdichteten Materialteilen, von etwa 8 × 60 mm Größe, verpresst. Dabei wurde unerwartet herausgefunden, dass ein Verpressen des Eingangsmaterials, das im Vorfeld schon mit einem oder mehreren Katalysatoren in Pulverform versetzt ist, zu formstabileren und robusteren Pellets führt.
- Zum Versetzten des Eingangsmaterials werden zeolithische Katalysatoren eingesetzt, die mit Natrium, Kalzium, Kalium oder Magnesium oder Seltenerden Metallen dotiert sind. Gleichzeitig kann Natriumhydroxid oder Calziumhydroxid zugesetzt werden um eine Bindung der im Material enthaltenen Sauerstoffanteile im späteren Pyrolyseprozess zu erreichen.
- Im Zuge der Erfindung wurde zudem überraschend festgestellt, dass bei dem beschriebenen Verfahren ein Wassergehalt der Eingangsmasse von bis zu 15% für eine schnellere Reaktion hilfreich ist und gleichzeitig die Hydrierung der Kohlenstoffatome unterstützt. Bei der Reaktion fördert der Wassergehalt die Reaktion zusätzlich, da das Wasser gegenüber dem der Eingangsmaterialien einen höheren dielektrischen Wert besitzt. Durch die unterschiedliche Resonanz der Wassermoleküle erwärmen sich diese schneller und durch Wärmeableitung an die Reaktionsmasse wird die Erwärmung der Masse beschleunigt
- Versuche haben gezeigt, dass bei einem Energieeintrag durch starke Mikrowellenstrahlung die Pellets homogen erhitzt werden und sich bereits nach kurzer Zeit Kohlenwasserstoffdämpfe bilden. Durch die homogene Erhitzung der Pellets und durch elektrische Entladungen zwischen Kohlenstoffpartikeln entsteht im Unterdruck ein Mikroplasma und es findet eine Molekülverkürzung der im Eingangsmaterial enthaltenen Kohlenwasserstoffe statt.
- Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass sich die in den Pellets enthaltenen Katalysatorkristalle, die einen höheren dielektrischen Wert ausweisen als die zu verarbeitenden Materialien und das Wasser, unter Mikrowelleneinstrahlung als erstes erhitzen und somit eine Reaktion an der Oberfläche der Katalysatorkristalle stattfindet. Während dieser Reaktion entstehen positiv geladene Kohlenstoffatome, die bedingt durch ihre Polarität und Aufladung, zu Entladungen im hochfrequenten Feld der Mikrowelle und damit zur Bildung von Niederdruck-Plasma führen. Dieses Plasma erhitzt die umgebenden Wassermoleküle kurzfristig und fördert hierdurch die Bildung von überkritischem Wasser oder führt sogar zur molekularen Zersetzung in Wasserstoff und Sauerstoff innerhalb der stark verdichteten Pellets. Es kommt zu einer Hydrierung der Kohlenwasserstoffketten und der Kohlenstoffmoleküle sowie zu einer höheren Ausbeute bei der Depolymerisation. Gleichzeitig erfolgt eine Wärmeableitung in die Reaktionsmasse. Freier Sauerstoff und Prozesswasser bindet sich am Calzium- oder Natriumhydroxid sofern zugesetzt.
- Neben der höheren Ausbeute haben die Versuche auch unerwartet gezeigt, dass mittels des beschriebenen Verfahrens eine bessere Stabilität des Öls durch weniger Rußablagerungen im Öl erzeugt wird. Das Öl ist länger transport- und lagerfähig und der Aufwand der Nachbehandlung des Öls durch spezielle Stabilitätsverbesserer wird geringer. Unter diesen Aspekten wird einen bessere Depolymerisation gewährleistet, die zu einer höheren Wirtschaftlichkeit des Prozesses führt. Organische Säuren werden durch die zugegebenen Basen gebunden und erleichtern die Weiterverarbeitung des Öls.
- Nach folgend ist anhand eine Skizze (
Claims (8)
- Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur besseren Depolymerisation ist dadurch gekennzeichnet, dass Formkörper, die aus kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen, die mit einem oder mehreren Katalysatoren und/oder anorganischen Laugen in Pulverform versetzt sind, unter hohem mechanischen Druck hergestellt werden, zur Erzeugung von flüssigen, festen und gasförmigen Energieträgern in einem mikrowellengestützten Pyrolyseprozess genutzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysatoren Zeolithe eingesetzt werden, die mit Natrium, Calzium, Kalium oder Magnesium oder Seltenerden Metallen dotiert sind, wobei der Anteil der Katalysatoren an den kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen 0,05 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 8 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der versetzten Substanzen beträgt.
- Verfahren dadurch gekennzeichnet das anorganische Laugen wie z. B. Calziumhydroxid oder Natriumhydroxid zugesetzt werden um freien Sauerstoff und Wasser bei den hohen Temperaturen zu binden.
- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Depolymerisationsprozess, bevorzugt der mikrowellen-unterstützte thermokatalytische Depolymerisationsprozess, vorzugsweise auf eine maximale Ausbeute an flüssigen Energieträgern bei Temperaturen zwischen 250°C bis 800°C und einem Arbeitsdruck von 0,1–2 bar optimiert wird.
- Verfahren nach zu mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen um kohlenwasserstoffhaltige Abfälle und/oder Biomasse handelt.
- Verfahren nach zu mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Formkörper in jeglicher verpresster Form und Größe verwendet werden.
- Verfahren nach zu mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper nach der pyrolytischen Verarbeitung aus mehr als 80% Kohlenstoff bestehen, als Biokohle physikalische Eigenschaften von Steinkohlekoks aufweisen und als nachhaltiger Brennstoff oder Bodenverbesserer eingesetzt werden kann.
- Verfahren nach zu mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das die, durch die beschriebene Vorbereitung der Biomasse/Abfälle und anschließenden pyrolytischen Prozess entstehenden Öle die Eigenschaften von hochwertigen Kraftstoffe, ähnlich dem bekannten Dieselkraftstoff aufweisen.
Priority Applications (1)
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DE201210001660 DE102012001660A1 (de) | 2012-01-28 | 2012-01-28 | Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur besseren Depolymerisation |
Applications Claiming Priority (1)
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DE201210001660 DE102012001660A1 (de) | 2012-01-28 | 2012-01-28 | Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur besseren Depolymerisation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102012001660A1 true DE102012001660A1 (de) | 2013-08-01 |
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Family Applications (1)
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DE201210001660 Withdrawn DE102012001660A1 (de) | 2012-01-28 | 2012-01-28 | Verfahren zur Vorbereitung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen zur besseren Depolymerisation |
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DE (1) | DE102012001660A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109735359A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-05-10 | 太原理工大学 | 抑制民用焦炭燃烧烟尘逸散的钾基复合助剂制备及应用 |
CN112899005A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-04 | 南宁学院 | 生物质材料碳化处理方法 |
-
2012
- 2012-01-28 DE DE201210001660 patent/DE102012001660A1/de not_active Withdrawn
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CN109735359A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-05-10 | 太原理工大学 | 抑制民用焦炭燃烧烟尘逸散的钾基复合助剂制备及应用 |
CN112899005A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-04 | 南宁学院 | 生物质材料碳化处理方法 |
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