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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Verwertungsstoffen durch
- - Depolymerisation der Verwertungsstoffe,
- - Einleiten des im Schritt der Depolymerisation erzeugten ölhaltigen Dampfes in einen Kondensator zur Bildung von kondensierten Ölen, und
- - Auffangen der im Kondensator kondensierten Öle.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Verwertungsstoffen mit einem Verdampfer, der eine Verdampfungskammer zur Aufnahme der Verwertungsstoffe und eine Heizung zum Erhitzen der Verwertungsstoffe hat, und mit einem Kondensator, der mit dem Verdampfer verbunden und zur Bildung von kondensierten Ölen aus im Verdampfer erzeugten ölhaltigen Dampf eingerichtet ist.
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Die Verwertung kohlenwasserstoffhaltiger Verwertungsstoffe, insbesondere von Kunststoffen, kann dadurch erfolgen, dass diese verbrannt werden. Dabei erfolgt eine Depolymerisation der Verwertungsstoffe bei einer gleichzeitigen Oxidation der dabei entstehenden Kohlenwasserstoffe. Ein Nachteil bei einer Verwertung von Kunststoffen besteht darin, dass ein großer Teil weiterer Zusatzstoffe in die Abgasphase übergeht und sehr aufwendig aus dem Abgas entfernt werden muss. Zudem können während des Verbrennungsprozesses hochtoxische neue Verbindungen entstehen, die gegebenenfalls aufwendig entfernt werden müssen.
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Kohlenwasserstoffhaltige Verwertungsstoffe können aber auch verölt werden. Dies hat den Vorteil, dass die problematischen Stör- und Zusatzstoffe entweder bereits während der Verölung oder aus dem flüssigen Endprodukt entfernt werden können. Dies ist einfacher zu handhaben, als die Reinigung eines heißen Abgasstroms.
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DE 103 16 969 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von Reststoffen in kontinuierlich gereinigten und beheizten Rohrbündelreaktoren. Hierbei wird mit ionentauschenden Katalysatoren in einem Öl-Katalysator-Suspensions-Kreislauf ein Öl erzeugt, das dieselmotorisch verwendet werden kann. Die Verwertungsstoffe werden dabei in einem aufgeheizten Reaktorbehälter eingeleitet, wobei flüssige Eingangsstoffe über eine mechanische und thermische Wasserabscheidung in den unteren Bereich des Reaktorbehälters eingeleitet werden. Durch einen katalytischen Depolymerisationsprozess im Reaktorbehälter wird Dampf erzeugt.
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DE 100 49 377 C2 beschreibt ein Verfahren zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Abfällen, bei denen ein Katalysator aus Natriumaluminiumsilikaten in einem Umlaufverdampfer im Kreislauf mit einem hochsiedenden Kohlenwasserstoff verrührt wird und in dem Reaktorteil unter einer Destillationsanlage die kohlenwasserstoffhaltigen Abfälle zugegeben werden.
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DE 10 2007 057 827 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Sekundären Energieträgern aus schockbehandelten Biomassen. Durch ein wechselseitiges ein- oder mehrmaliges Einwirken von Temperatur und Druck sowie druckreduzierter/-loser Behandlungsstufen auf die Biomassen werden die lösbaren Stoffe der Biomassen für die Anwendung als Brenn-Treibstoff bereitgestellt. Die beim Verfahren anfallenden festen Reststoffe können weiterverarbeitet werden.
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Die schockartige Behandlung der Biomasse durch Druck und ggf. auch Temperaturabfall führt zu einer Entspannung und Oberflächenöffnung der Biomasse.
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DE 10 2011 111 526 A1 offenbart ein Verfahren zur Konvertierung von Wertstoffen mit einem wärmeisolierten Wertstoffkonverter, wobei die Wertstoffe in einer ersten Heizphase bis etwa 110°C erwärmt werden, wodurch entstandener Wasserdampf vollständig und zusätzlich bereits verdampftes Öl aus dem Wertstoffkonverter entweichen. Es schließt sich unmittelbar eine zweite nunmehr wasser- und sauerstofffreie Heizphase mit einem Temperaturbereich von etwa 110°C bis ca. 280°C an, in der die Wertstoffe unterstützt durch ein Hilfsstoffgemisch zu Öldämpfen konvertieren. Die Wasser- und Öldämpfe werden in wenigstens einem Kondensationselement kondensiert und getrennt und das verdampfte Öl aus der zweiten Heizphase wird in wenigstens einem weiteren Kondensationselement kondensiert.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Verwertungsstoffen zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Schritt der Depolymerisation in mehreren Stufen mit unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt wird und die in den Stufen jeweils gebildeten Fraktionen von kondensierten Ölen separat voneinander aufgefangen werden, wobei ein Umschalten der Depolymerisationsstufen durch Erhöhen der Depolymerisationstemperatur erfolgt, wenn die Temperatur von Kühlmedium in dem Kondensator absinkt.
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Durch die schrittweise Erhöhung der Depolymerisationstemperatur gelingt es nicht nur, zunächst den Verwertungsstoff zu trocknen und Wasser zu entziehen. Durch diese mehreren Depolymerisationsstufen wird erreicht, dass immer nur der bei der erreichten Depolymerisationstemperatur depolymerisierende und dann aufsteigende und kondensierende Stoff sich in der Gasphase befindet. Diese Umsetzung in die Gasphase wird vorliegend unter Einschluss von Verdunstung im weitesten Sinne auch als Verdampfen bezeichnet, auch wenn dabei die Siedetemperatur noch nicht erreicht wird. Damit werden im Gasraum und im Kondensator Sekundärreaktionen zwischen unterschiedlichen Stoffen verhindert, die den Prozess behindern können. Zudem entstehen im Kondensator dann auch nur die spezifischen Öle aus der jeweiligen Dampfphase, die in unterschiedlichen Fraktionssammelbehältern aufgefangen werden. Damit wird es möglich, eine Trennung unterschiedlicher Öle bereits durch die unterschiedliche Verdampfung (d.h. Verdunstung und ggf. Verdampfung) zu erreichen und nicht erst in einer Rektifikationskolonne. Zudem kann durch diese schrittweise Erhöhung der Depolymerisationstemperatur die benötigte Gesamtenergie reduziert werden, da nicht der gesamte Stoff auf die maximale Temperatur erhitzt werden muss, sondern jeder Stoff nur bis zu einer spezifischen Vergasungstemperatur erhitzt wird und dann entweicht und das Volumen für die nächste Depolymerisationsstufe immer weiter reduziert wird.
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Im Laufe der Depolymerisation der spezifischen Stoffe in der Depolymerisationsstufe nimmt das verfügbare Volumen dieser spezifischen Stoffe mit der Zeit ab. Dies führt dann zu einer merklichen Absenkung der Temperatur des Kühlmediums im Kondensator, wenn die spezifische Stoffmenge weitgehend abgebaut ist. Daher kann die Temperatur des Kühlmediums genutzt werden, um den Depolymerisationsprozess auf einfache und zuverlässige Weise zu steuern und in die nächste Depolymerisationsstufe mit höherer Depolymerisationstemperatur umzuschalten.
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Eine brennbare Gasfraktion kann zu einem Zündstrahlmotor (z.B. Gasmotor und/oder Ölverbrennungsmotor) oder u.U. sogar einer Gasturbine zugeführt werden, um Energie aus dieser Gasfraktion in mechanische Energie, elektrische Energie und/oder Wärmeenergie umzuwandeln. Damit werden bei der Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Verwertungsstoffen nicht nur Ölfraktionen aufgefangen, sondern die Gasphase kann auch direkt in nutzbare Energie umgewandelt werden. Denkbar ist aber auch, dass die brennbare Gasfraktion ebenfalls aufgefangen und zur späteren Verwendung gesammelt wird. Durch den Anschluss an einen Zündstrahlmotor, der die Gasfraktion absaugt, ist es möglich, die gesamte Anlage im Unterdruck zu betreiben. Damit kann der Aufwand für Filter zur Umgebung verringert werden oder sogar ganz entfallen.
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In einem ersten Schritt kann eine Depolymerisation mit einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 150°C zur Verdampfung von Wasser und zum Ablaufen von kondensierten Wasser aus dem Kondensator erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Verwertungsstoffe in dieser ersten Depolymerisationsstufe getrocknet werden und Luftsauerstoff aus dem Gasraum verdrängt wird.
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Denkbar ist auch ein Zusatz von Zusatzstoffen zu den kohlenwasserstoffhaltigen Verwertungsstoffen zur katalytischen Unterstützung der Depolymerisation und/oder zur chemischen Neutralisation oder zur Bindung von Bestandteilen der Verwertungsstoffe. Durch den Einsatz von solchen Katalysatoren kann die Zersetzungstemperatur herabgesetzt werden. Durch die Zugabe von Katalysatoren kann die Umwandlung von langkettigen Kohlenwasserstoffen und kurzkettige Kohlenwasserstoffe unterstützt werden. Störende Bestandteil der eingesetzten Abfallstoffe, wie z.B. Stickstoff, Chlor, Schwefel etc. können durch Zugabe geeigneter Chemikalien bereits in der flüssigen Phase im Verdampfer (d.h. dem Depolymerisator) neutralisiert, bzw. als Salze, Oxide, Hydroxide usw. im festen Zustand des Prozesses gebunden werden.
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Der Schritt des Kondensierens kann mit mindestens einem ausgewählten Kondensator aus einer Mehrzahl von Kondensatoren erfolgen. Denkbar ist dabei, dass mindestens zwei Kondensatoren in Reihe oder parallel geschaltet sind. Hierdurch wird es möglich, dass zwei verschiedene Temperaturbereiche des Kühlmediums möglich werden. Es ist anzustreben, dass das kondensierte Öl aus Emissionsschutz- und Brandschutzgründen nicht wärmer als 50°C ist. Bei der Verwendung eines einzigen Kondensators wäre die Austrittstemperatur des Kühlmediums entsprechend gering, sodass die Wärme des Kühlmediums nicht wirtschaftlich weiter nutzbar ist. Bei einem mehrstufigen Kondensator kann aber zumindest der eine erste Kondensator in einer Folge eine wesentlich höhere Austrittstemperatur des Kühlmediums von mehr als 100°C haben. Auf diesem Temperaturniveau ist die Abwärme des Kühlmediums technisch nutzbar und kann als Energie weiter verwertet werden.
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Bei einer Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren besteht neben der Verdopplung der Leistung auch die Möglichkeit, einen der Kondensatoren als Kühlfalle zu betreiben. Dies ist insbesondere bei Stoffen interessant, die aus der Dampfphase direkt in den festen Zustand übergehen (Sublimation). Dies ist z.B. bei Schwefel der Fall. Eine solche Sublimation kann dazu führen, dass sich dieser Stoff bereits im Kondensator festsetzt und diesen verstopft. Bei mehreren parallel betriebenen Kondensatoren kann dann ein Kondensator gezielt als Kühlfalle für diese Stoffe genutzt werden, um diese Stoffe aufzufangen. Da die Dampfphase nur den Stoff enthält, der genau bei der eingestellten Depolymerisationstemperatur verdampft, werden in der Kühlfalle auch keine weiteren Stoffe kondensiert, die im Anschluss wieder aufgeheizt werden müssten. Nachdem der jeweilige Stoff abgeschieden ist, kann wieder auf den anderen Kondensator umgeschaltet und der als Kühlfalle dienende Kondensator gereinigt werden.
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Vorteilhaft ist ein Nacherhitzen des im Verdampfer aufsteigenden ölhaltigen Dampfes derart, dass die Bildung von Kondensat, das in den Verdampfer zurückfließt, reduziert wird. Diese Nacherhitzung kann bspw. mit einer Zusatzheizung am Deckel und/oder im Bereich der Ausgangsleitung des Verdampfers erfolgen. Mit einer solchen Nacherhitzung wird sichergestellt, dass eine Kondensation der Dampfphase erst im Kondensator erfolgt und der Depolymerisationsprozess im Verdampfer nicht durch zurückfließendes Kondensat beeinträchtigt wird. Diese Nacherhitzung kann vorteilhaft auch unabhängig von einer spezifischen Steuerung der Umschaltung der Depolymerisationsstufen eingesetzt werden.
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Denkbar ist ein Zuführen von Inertgas, wie z.B. Kohlendioxid in die Vorrichtung. Auf diese Weise kann eine Inertisierung der Atmosphäre in der Anlage erreicht werden, wodurch eine Reaktion der Öldämpfe mit Luft verhindert wird. Zudem wird auf diese Weise der Brandschutz und Emissionsschutz verbessert, da die Vorrichtung vor jeder Entleerung erst mit Kohlendioxid gespült werden kann, bevor Luft in die Vorrichtung eintritt.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Anlage im Depolymerisationsprozess oder danach Wasserstoff zugeführt wird, um freie Kohlenstoffenden der kondensierten Öle mit Wasserstoff zu binden und Oxidation während der Lagerung zu verhindern. Damit wird auch eine Dunkel-Verfärbung der Öle verhindert. Die Zufuhr von Wasserstoff kann auf einfache Weise durch Umschaltung über die zur Inertisierung vorgesehenen Gaszuführungen erfolgen.
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Es können Zusatzstoffe in den mindestens einen Kondensator zum Auswaschen oder zur Neutralisierung von im kondensierten Öl enthaltenen Stoffen zugeführt werden. So können die Kondensatoren eine Spül- oder Sprayeinrichtung haben, um dem Kondensator gleichzeitig auch als Wäscher zu nutzen. Dies ist z.B. bei der Verarbeitung von PVC vorteilhaft, das bei einer Erhitzung auf über 180°C in HCl- und HC-Bestandteile (Kohlenwasserstoff) zerfällt. Mit Wasser bildet HCl (Chlorwasserstoff) aggressive, ätzende Salzsäure, sodass das HCl so schnell wie möglich ausgewaschen werden sollte. So ist es denkbar, in dem Kondensator Natronlauge NaOH einzusetzen, mit dem die Salzsäure direkt neutralisiert wird und das Chlor zu Kochsalz NaCl umwandelt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 - Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Verölungsstoffen.
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1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Verwertungsstoffen. Solche Verwertungsstoffe können bspw. Verbundstoffe mit Kunststoffanteilen oder Kunststoffe sein. Hierzu wird ein sogenanntes Batch-Verfahren durchgeführt, bei dem diskontinuierlich jeweils Mengen von Verwertungsstoffen in einen Verdampfer 2 (Depolymerisator) eingebracht werden. Der Verdampfer 2 hat eine wärmeisolierte Verdampfungskammer 3, in die die Verwertungsstoffe eingebracht werden. An dem Bodenabschnitt der Verdampfungskammer 3 ist eine Heizung 4 angeordnet. Nach dem Verschließen der Verdampfungskammer 3 wird der Verdampfer 2 mit der Heizung 4 zunächst in einer ersten Stufe auf ca. 100°C bis 120°C aufgeheizt, um hierbei Wasser und Sauerstoff auszutreiben. Der in der ersten Stufen wasserhaltige Dampf steigt auf und wird über eine Dampfleitung 5 im Deckelbereich der Verdampfungskammer 3 abgeführt und in mindestens einen Kondensator 6a, 6b eingeleitet. Die Kondensatoren 6a, 6b sind von Kühlmittel 7 durchströmt, sodass der z.B. durch Verdunstung oder nach Erreichen des Sättigungsdampfdruckes durch Verdampfung gasförmige Dampf über die Kondensatoren 6a, 6b (Wärmetauscher) wieder abgekühlt wird und kondensiert. Das Kondensat wird dann in auswählbaren Fraktionssammelbehältern 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f aufgefangen. Hierzu sind die Kondensatableitungen der Kondensatoren 6a, 6b jeweils über Absperrventile 9 mit mindestens einem auswählbaren Fraktionssammelbehälter 8a bis 8f verbindbar. An einem Gaseinlass der Kondensatoren 6a, 6b befinden sich ebenfalls Absperrventile 10a und 10b, mit denen die Kondensatoren wahlweise einzeln oder parallel geschaltet werden können. Am Ausgang des ersten Kondensators 6a befindet sich ebenfalls ein Bypassventil 11, das über eine Bypassleitung 12 mit dem Eingang des zweiten Kondensators 6b verbunden ist. Auf diese Weise können durch Öffnen des Absperrventils 10a und Schließen des Absperrventils 10b und Ansteuern des Bypassventils 11 so, dass der Ausgang des ersten Kondensators 6a mit dem Eingang des zweiten Kondensators 6b verbunden ist, die beiden Kondensatoren 6a, 6b in Reihe geschaltet werden.
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Der Ausgang der Kondensatoren 6a, 6b ist weiterhin mit einem Gasfilter 13 für den jeweiligen Kondensator 6a, 6b verbunden, der wiederum über eine Gasleitung 14 zu einem Gasspeicher 15 und einem daran anschließbaren Zündstrahlmotor 16 oder einer Gasturbine gekoppelt ist. Die Gasleitung 14 ist über eine Direktleitung 17 auch ohne Zwischensteuerschaltung des Gasspeichers 14 direkt mit dem Zündstrahlmotor 16 verbindbar. Die Gasleitung 14 ist vorzugsweise in mindestens einem Abschnitt vertikal so angeordnet, dass Kondensat in einem weiteren Kondensatbehälter 18 aufgefangen werden kann. Auch hier sind wieder ansteuerbare Absperrventile 19 vorhanden. Durch die Ansaugung der Gasfraktion durch den Zündstrahlmotor 16 kann die Anlage im Unterdruck betrieben werden, was die Anforderungen an Gasfilter zur Umgebung reduziert oder diese sogar ganz überflüssig macht. Durch einen Unterdruck kann der Gasstrom in der Anlage optimiert werden.
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Nachdem in der ersten Stufe die Verwertungsstoffe getrocknet und Sauerstoff ausgetrieben wurde, wird die Depolymerisationstemperatur in mehreren Schritten erhöht. In jedem Schritt wird in Abhängigkeit von der Depolymerisationstemperatur durch Ansteuerung der Absperrventile 9 ein Fraktionssammelbehälter 8a bis 8f ausgewählt, in dem dann das bei der jeweiligen Depolymerisationstemperatur entstandene kondensierte Öl aufgefangen wird. In dem Verdampfer 2 findet ein chemisch-physikalischer Prozess statt, bei dem durch Zuführung von Wärme und unter Ausschluss von Sauerstoff die Verwertungsstoffe unter Normaldruck so weit erhitzt werden, dass die organischen Anteile depolymerisieren und in den gasförmigen Zustand übergehen (d.h. im weitesten Sinne verdampfen).
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Werden bspw. thermoplastische Kunststoffe erhitzt, beginnen sie zu erweichen und bilden dann eine Art Schmelzpunkt. Bei diesen Temperaturen findet normalerweise im Bereich von 200°C bis 500°C (ohne Verwendung von Katalysatoren) die Zersetzung von Makromolekülen in unterschiedlichste niedermolekulare Moleküle statt. Dabei bilden sich Gase, wie z.B. Methan, Ethan, flüssige organische Verbindungen, Wasser und fester Kohlenstoff. Außerdem werden Heteroatome wie Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff und/oder Chlor abgespalten. Durch die stufenweise Erhitzung mit verschiedenen Depolymerisationstemperaturen wird jeder Stoff nur so weit erhitzt, bis er seine Vergasungstemperatur erreicht hat. Bei Wasser erfolgt die Erhitzung somit nur bis ca. 100°C und bei anderen Stoffen entsprechend ihrer jeweiligen Eigenschaften. Dadurch wird die benötigte Energie im Vergleich zu der Situation reduziert, bei der der gesamte Verwertungsstoff auf die maximale Temperatur erhitzt wird.
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In der Gasphase befindet sich dann auch immer nur der Stoff, der bei der erreichten Temperatur „verdampft“. Damit werden Sekundärreaktionen in den Kondensatoren 6a, 6b vermieden, wie z.B. Polykondensation oder Polyaddition zwischen unterschiedlichen Stoffen mit der Gefahr einer neuen Stoffbildung, wie z.B. von Wachsen, Paraffin etc. Damit wird eine Behinderung des Prozesses vermieden.
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Da sich in der Dampfphase immer gerade nur der Stoff befindet, der bei der jeweiligen Depolymerisationstemperatur „verdampft“, entstehen in den Kondensatoren 6a, 6b nur die spezifischen Öle aus dieser Dampfphase. Diese werden in den jeweils ausgewählten, unterschiedlichen Fraktionssammelbehältern 8a bis 8f aufgefangen. Damit wird es möglich, eine Trennung unterschiedlicher Öle bereits durch die unterschiedliche Verdampfung zu erreichen und nicht erst in einer Rektifikationskolonne, in die das gesamte Dampfgemisch aus allen Bestandteilen einströmt.
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Das Umschalten der Depolymerisationsstufen durch Erhöhen der Depolymerisations- und Verdampfungstemperatur erfolgt durch Messung der Temperatur des Kühlmediums 7 in den Kondensatoren 6a, 6b. Wenn die Temperatur dieses Kühlmediums 7 in dem mindestens einen ausgewählten Kondensator 6a, 6b absinkt ist dies ein Zeichen, dass in dem Verdampfer 2 kein für die jeweilige Depolymerisationstemperatur geeigneter Stoff mehr vorhanden ist. Für diese zum Umschalten beobachtete Temperaturabsenkung können Schwellwerte vorgegeben sein. Hierbei können absolute Schwellwerte oder bevorzugt relative Schwellwerte, wie bspw. eine Absenkung um 10 % der bisher vorliegenden Temperatur genutzt werden.
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Der Verdampfer 2 hat weiterhin eine Zusatzheizung 20, die im Deckenraum der Verdampfungskammer 3 und/oder im Austrittsbereich des Verdampfers 2 angeordnet ist. Damit werden die entstehenden Dämpfe nacherhitzt um zu vermeiden, dass der aufsteigende ölhaltige Dampf nicht bereits wieder am Deckel des Verdampfers 2 kondensiert und zurücktropft. Dies würde dazu führen, dass die Depolymerisationstemperatur im Verdampfer 2 deutlich über der eigentlichen Depolymerisationstemperatur des jeweiligen Stoffes liegen müsste, damit beim Austritt aus dem Verdampfer 2 die Temperatur noch über der Kondensattemperatur liegt. Dann wäre eine genaue Trennung der Stoffe aufgrund unterschiedlicher Depolymerisationstemperaturen problematisch.
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Weiterhin ist eine Inertgas-Quelle 21a an die Dampfleitung 5 angeschlossen. Damit kann eine Inertisierung der Atmosphäre in der Vorrichtung 1 durch Einspeisung bspw. von Kohlendioxid CO2 erfolgen. Hierdurch werden Reaktionen der Öldämpfe mit Luft verhindert und der Brandschutz und Emissionsschutz wird verbessert, da die Vorrichtung 1 vor jeder Entleerung zuerst mit Kohlendioxid gespült werden kann, bevor Luft in die Anlage eintritt.
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Optional kann eine Wasserstoffquelle 21b z.B. umschaltbar an die Dampfleitung 5 angeschlossen sein, um während des Verölungsprozessen, sporadisch zwischendurch oder nach Abschluss des Verölungsprozesses wasserstoffhaltiges Gas den kondensierten Ölen zuzuführen. Damit werden die freien Kohlenstoffenden der gewonnenen Öle mit Wasserstoff gebunden und die Tendenz der Oxidation der Öle wird verringert oder ganz verhindert. Eine Dunkel-Verfärbung der Öle wird so verhindert, die ihre in der Regel honigbraune Farbe beibehalten.
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Durch die mindestens zwei Kondensatoren 6a, 6b ist es möglich, diese sowohl in Reihe wie auch parallel zu schalten. Hierdurch wird es möglich, dass zwei verschiedene Temperaturbereiche des Kühlmediums 7 genutzt werden. Da das Ölkondensat aus Emissionsschutz- und Brandschutzgründen nicht wärmer als 50°C sein sollte, müsste ein einziger Kühler mit einer Austrittstemperatur des Kühlmediums 7 von > 50°C arbeiten. Diese Wärme wäre technisch nicht mehr nutzbar. Bei einem zweistufigen Kühler kann die erste Stufe durchaus eine Austrittstemperatur von über 100°C haben. Das Kühlmedium 7, wie z.B. Thermoöl, würde dann eine Austrittstemperatur von mehr als 100°C aufweisen. Auf diesem Temperaturniveau ist die Abwärme durchaus technisch nutzbar. Da nahezu die gesamte Energie des Prozesses als Verdampfungsenergie im Öldampf steckt, handelt es sich hier um wirtschaftlich interessante Wärme- und Energiemengen.
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Bei einer Parallelschaltung der Kondensatoren 6a, 6b besteht neben der Verdopplung der Leistung auf die Möglichkeit, einen der Kondensatoren 6a, 6b als Kühlfalle zu betreiben. Dies ist insbesondere interessant bei Stoffen, die aus der Dampfphase direkt in den festen Zustand übergehen (Sublimation). Hierzu gehört z.B. Schwefel. Dieser Vorgang kann dazu führen, dass sich dieser Stoff bereits im Kondensator 6a, 6b festsetzt und diesen verstopft. Bei zwei parallel betriebenen Kondensatoren 6a, 6b kann ein Kondensator 6a, 6b gezielt als Kühlfalle für diese Stoffe genutzt werden. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Kondensatoren 6a, 6b parallel geschaltet werden. Auch eine Kombination von Parallel- und Reihenschaltung von mehr als zwei Kondensatoren ist denkbar.
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Die Steuerung der Heizung 4 und gegebenenfalls der Zusatzheizung 20 erfolgt bspw. in Abhängigkeit von der Wärmeaufnahme des Kühlmediums 7. Wenn ein Stoff verdampft und im Kondensator 6a, 6b wieder kondensiert, gibt er die Kondensationswärme an das Kühlmedium 7 ab, welches sich dadurch entsprechend erwärmt. Ist dann der bei der jeweiligen Verdampfungstemperatur im Verdampfer 2 verdampfende Stoff vollständig verdampft, dann kommt auch keine Wärme mehr am Kondensator 6a, 6b an und die Temperatur des Kühlmediums 7 fällt signifikant, obwohl die Temperatur im Verdampfer 2 gleichbleibt. Das bedeutet, dass dann der richtige Zeitpunkt gekommen ist, die Temperatur im Verdampfer 2 auf die nächste Stufe zu erhöhen und dabei auch den Kondensatablauf der Kondensatoren 6a, 6b auf den nächsten Fraktionssammelbehälter 8a bis 8f (Kondensatbehälter) umzuschalten.
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Die Kondensatoren 6a, 6b können um eine Spül- oder Sprayeinrichtung erweitert werden, um mindestens einen der Kondensatoren 6a, 6b auch als Wäscher zu nutzen. Dies ist insbesondere bei der Verarbeitung von PVC interessant, das bei einer Erhitzung auf über 180°C in HCl- und HC-Bestandteile zerfällt. HCl bildet mit Wasser dabei Salzsäure, d.h. einen aggressiven ätzenden Stoff. Daher ist es vorteilhaft, wenn das HCl so schnell wie möglich ausgewaschen wird. Hierzu kann bspw. in dem Kondensator 6a, 6b Natronlauge NaOH eingesetzt werden, wodurch die Salzsäure direkt neutralisiert wird und das Chlor zu Kochsalz NaCl umgewandelt wird.
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Die in den Fraktionssammelbehältern 8a bis 8b aufgefangenen Öle können einem Zündstrahlmotor 16 oder einer Turbine zugeführt werden, um die in den Ölen enthaltene Energie in mechanische, elektrische und/oder Wärmeenergie umzuwandeln.
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Hierzu kann der Zündstrahlmotor 16 mitgenutzt werden, der in der 1 eigentlich mit Gasgemisch gespeist wird. Denkbar ist, dass der Zündstrahlmotor 16 ein reiner Gasmotor ist. Die gewonnenen Öle können einem optionalen zusätzlichen Öl-Verbrennungsmotor zur weiteren Energieumwandlung in elektrische und thermische Energie zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Zündstrahlmotor 16 ein kombinierter Gas- und Ölmotor ist, der sowohl mit der Gasfraktion, als auch mit der flüssigen Ölfraktion gespeist wird.
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Die Vorrichtung 1 kann mit einem Blockheizkraftwerk kombiniert werden, um die in der Vorrichtung 1 erzeugte Wärme W und die elektrische Energie E zur Weiternutzung zu verwerten.
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Auch der Abgasstrom A aus dem Zündstrahlmotor 16 kann unter Umständen mit Hilfe eines Wärmetauschers zur Energiegewinnung und Optimierung des Wirkungsgrades der Vorrichtung 1 genutzt werden.
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Die Vorrichtung 1 hat den Vorteil, dass durch die Verölung ein leicht zu lagerndes und zu transportierendes energiehaltiges Produkt entsteht, das sowohl als Kraftstoff, wie auch als Grundstoff in der Chemie vielseitig einsetzbar ist. Die Reinigung des produzierten Öls erfolgt in der flüssigen Phase und kann beliebig wiederholt werden. Die Batch-weise Verölung ist bereits in kleinen Einheiten wirtschaftlich interessant und daher sehr gut für dezentrale Anlagen geeignet. Der Betrieb der Batch-weisen Verölungsanlage ist wesentlich einfacher als der Betrieb einer Verbrennungsanlage, wobei der Prozess sehr kurzfristig ein- und ausgeschaltet werden kann und sehr leicht zu bedienen ist. Durch die sehr gute Lagermöglichkeit der gewonnenen Öle in den Fraktionssammelbehältern 8a bis 8f ist es möglich, hiermit Kraftwerke zu betreiben, die nur in Bedarf einer Spitzenlast eingeschaltet werden. Die Vorrichtung 1 kann damit in Ergänzung zu Wind- und Sonnenenergieanlagen eingesetzt werden.
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Denkbar ist weiterhin eine Zugabe von Katalysatoren in den Verdampfer 2. Hiermit kann die Umwandlung von langkettigen Kohlenwasserstoffen in kurzkettige Kohlenwasserstoffe unterstützt werden. Störende Bestandteile der eingesetzten Abfallstoffe, wie z.B. Stickstoff, Chlor, Schwefel etc. können durch Zugabe geeigneter Chemikalien bereits in der flüssigen Phase im Verdampfer 2 neutralisiert bzw. als Salze, Oxide, Hydrooxide usw. im festen Rückstand des Prozesses gebunden werden. Die Verdampfungstemperatur wird in mehreren Stufen beginnend mit einer ersten Stufe um ca. 100°C (80°C bis 120°C) und dann in mindestens zwei weiteren Stufen bis etwa 340°C erhöht. In der ersten Verdampfungsstufe wird wasserhaltiger Dampf erzeugt, der gegebenenfalls auch geringere Ölanteile enthält. In den nächsten mindestens zwei Verdampfungsstufen wird, nachdem das Wasser ausgetrieben ist, ölhaltiger Dampf erzeugt, der in mindestens zwei weiteren Stufen unterschiedliche Ölfraktionen enthält. Damit sind mindestens drei Verdampfungsstufen vorgesehen.
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Als Verwertungsstoffe eignen sich Stoffgemische oder Verbundstoffe, bei denen ein erheblicher Anteil an organischen Anteilen vorhanden ist, wie z.B. Kunststoffe aller Art einschließlich PVC, Gummi, Altöle, Wachse, Fette, Trafoöle, Hydrauliköle, Raffinerierückstände, Beton, Teere und Krankenhausabfälle, die im Verdampfer 2 vollständig sterilisiert werden.
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Die nicht vergasbaren Bestandteile der Verwertungsstoffe verbleiben dann im Verdampfer 2 und können entsorgt werden. Neben den kondensierbaren Gasen entstehen auch Gase, die nicht bei Raumtemperatur kondensieren, wie bspw. Butan, Propan und Methan. Je nach Verwertungsstoff kann es sich hierbei um etwa 10 % bis 15 % des Verwertungsstoffes handeln. Diese Gase können direkt auf einen Gasmotor zur Stromerzeugung gegeben werden. Die dabei entstehende Strommenge kann zur Selbstversorgung der Vorrichtung 1 bspw. für die Speisung der Heizung 4 genutzt werden und ein etwaiger Überschussstrom kann in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Unter Umständen ist zur Bereitstellung einer Redundanz ein zweiter Verbrennungsmotor 16 oder eine Notfackel vorzusehen.
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Das in den Fraktionssammelbehältern 8a bis 8f aufgefangene Öl kann je nach Verunreinigung gezielt einer weiteren Reinigung unterzogen werden oder kann auch direkt für den Einsatz in einem Dieselmotor eines Blockheizkraftwerkes genutzt werden.
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Die aus den Wärmetauschern (Kondensatoren 6a, 6b) und den Zündstrahlmotoren 16 anfallende Wärme kann optional für die Vortrocknung der Verwertungsstoffe oder gegebenenfalls auch anderweitig eingesetzt werden. Durch eine Vortrocknung wird die Verweildauer in dem Verdampfer 2 verkürzt und der notwendige Energieeinsatz im Verdampfer kann reduziert werden.
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Denkbar ist, mehrere Verdampfer 2 parallel zu schalten, um den Durchsatz zu erhöhen.
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Wenn die Öl-Produktion zum Abschluss gekommen ist, d.h. wenn sich keine verdampfungsfähigen Stoffe mehr im Verdampfer 2 befinden, wird der Verdampfer 2 wieder abgekühlt. Während dieses Zeitraums kann bereits ein zweiter Verdampfer an die Dampfleitung 5 angeschlossen werden, um die nachfolgende Anlage weiter zu betreiben. Der abgekühlte Verdampfer 2 wird dann entladen und wieder mit neuen Verwertungsstoffen beladen. Um Emissionen aus der Anlage insbesondere beim Öffnen des Verdampfers 2 zu reduzieren, sollte der Verdampfer 2 vor dem Öffnen durch eine Innenspülung durch ein Inertgas, wie bspw. Kohlendioxid, mit Kühlungswirkung angeschlossen werden. Das bei dem Spülvorgang austretende Gas sollte dann ausreichend gefiltert werden.
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Die Fraktionssammelbehälter 8a bis 8f sollten zur Entlüftung zudem über geeignete Luftfilter 22 verfügen.
