DE102019001697A1 - Plant and process for the catalytic production of diesel oils from organic materials - Google Patents
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Abstract
Anlage und Verfahren zur katalytischen Herstellung von Dieselöl aus einem Ausgangsstoff aus der Gruppe der Reststoffe, wie Kunsstoffen (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltige Stoffen und Biomaterialien, umfassend mindestens ein Einleitsystem für den festen Ausgangsstoff, einer Reaktionseinheit, mindestens eine ein- oder mehrteilige Trenn- und Abscheideeinheit und mindestens ein Ausleitsystem für Feststoffe und/oder Sedimente, wobei die Reaktionseinheit einen Reaktor zur Behandlungs einer Mischphase aus einer flüssigen Trägerphase und einem festen Ausgangsstoff aufweist, wobei der Reaktor einen Einlass für den Ausgangsstoff, einen Kopfauslass für die Gas- oder Dampfphase und einen Auslass umfasst, der mit dem Ausleitsystem verbunden ist, sowie der Reaktoreinlass derart ausgeformt ist, dass das Ende eines Gehäuses einer in den Reaktor einleitenden Förderschnecke hieran gehalten und abgedichtet ist, und wobei die Rotationsachse der einleitenden Förderschnecke zur Horizontalen geneigt ist, idealerweise einen Winkel von 30° bis 60° zur Horizontalen einschließt.Plant and method for the catalytic production of diesel oil from a starting material from the group of residues, such as plastics (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosic materials and biomaterials, comprising at least one feed system for the solid starting material, a reaction unit, at least a one- or multi-part separating and separating unit and at least one discharge system for solids and / or sediments, the reaction unit having a reactor for treating a mixed phase of a liquid carrier phase and a solid starting material, the reactor having an inlet for the starting material, a head outlet for the gas or vapor phase and an outlet which is connected to the discharge system, and the reactor inlet is shaped in such a way that the end of a housing of a feed screw feeding into the reactor is held and sealed thereon, and wherein the axis of rotation of the feeding screw is to Horizontal inclined i st, ideally forms an angle of 30 ° to 60 ° to the horizontal.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur katalytischen Herstellung von Dieselöl aus Reststoffen, wie Kunsstoffe (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltige Stoffe und Biomaterialien gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren nach Oberbegriff des Anspruches 26.The invention relates to a plant for the catalytic production of diesel oil from residues such as plastics (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulose-containing substances and biomaterials according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a corresponding method Preamble of claim 26.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung ist somit, eine Anlage und ein Verfahren bereit zu stellen, dass leichter betrieben werden kann und eine geringere Störungsanfälligkeit zeigt.The object of the invention is therefore to provide a system and a method that can be operated more easily and is less susceptible to failure.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage nach Anspruch 1 gelöst, die dadurch geprägt ist, dass der zentrale Reaktor, der den Ausgangsstoff in einem Trägeröl aufnimmt und in welchem die katalytische Reaktion erfolgt, mindestens ein motorisch rotativ angetriebenes Schneidwerk aufweist, mittels welchem mindestens zeitweise eine schlagende und/oder schneidende Zerkleinerung des Ausgangsstoffes erfolgt.This object is achieved by a system according to claim 1, which is characterized in that the central reactor, which receives the starting material in a carrier oil and in which the catalytic reaction takes place, has at least one motor-driven rotary cutter, by means of which at least temporarily a beating and / or cutting comminution of the starting material takes place.
Als Ausgangsstoff sollen vorliegend alle kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Reststoffe gelten, insbesondere Rest- und Abfallmaterialien aus der Gruppe der Kunsstoffe (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltigen Stoffe und Biomaterialien, wie Holz, Säge- oder Holzspähne, Papier, Karton, Pflanzenteile und dergleichen. Weiterhin soll unter einer granularen Partikelgröße rieselfähige Partikel verstanden werden, die in ihrer größten räumlichen Erstreckung im Mittel kleiner oder gleich 20mm aufweisen, vorteilhafterweise kleiner oder gleich 10mm aufweisen. Idealerweise sind diese als Spähne, Flakes oder vergleichbare flache Partikel ausgebildet.In the present case, all raw and residual materials containing hydrocarbons are to be considered as the starting material, in particular residual and waste materials from the group of plastics (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulose-containing substances and biomaterials such as wood, sawdust or wood chips, paper Cardboard, plant parts and the like. Furthermore, a granular particle size is to be understood as meaning free-flowing particles which, in their largest spatial extent, have on average less than or equal to 20 mm, advantageously less than or equal to 10 mm. Ideally, these are designed as chips, flakes or comparable flat particles.
Vorliegend soll unter Diesel oder Dieselöl eine Kerosinmischung verstanden werden, die so genannten Mitteldestillatfraktionen bei bekannten Fraktionierungen von Erdöl. Das Trägeröl hingegen ist ein tiefersiedendes Schweröl oder Schwerölgemisch. Derartige Trägeröle sind in der Regel Thermoöle, welche sich bei hohen Betriebstemperaturen, wie vorliegend beispielsweise in dem Bereich von 280°C bis 320°C, nicht zersetzen. Weiterhin können sogenannte Zweitraffinate verwendet werden. Diese sind Öle, die nicht zu chemischen Reaktionen, einem Ausgasen oder Schaumbildung führen.In the present case, diesel or diesel oil is to be understood as meaning a kerosene mixture, the so-called middle distillate fractions in the case of known fractionations of petroleum. The carrier oil, on the other hand, is a lower-boiling heavy oil or heavy oil mixture. Such carrier oils are generally thermal oils which do not decompose at high operating temperatures, as in the present case, for example, in the range from 280 ° C to 320 ° C. So-called secondary refiners can also be used. These are oils that do not lead to chemical reactions, outgassing or foaming.
Diese Anlage zur katalytischen Herstellung von Dieselöl aus dem vorgenannten Ausgangsstoff, umfasst ein Einleitsystem für den Ausgangsstoff, mit mindestens einer Förderschnecke, einer Reaktionseinheit, mindestens eine ein- oder mehrteilige Trenn- und Abscheideeinheit und mindestens eine Sedimentaufbereitungsstufe für Feststoffe und/oder Sedimente, u.a. wie Aschen, Teerstoffe, u.dgl.. Dabei umfasst die Reaktionseinheit in der Regel nur einen zentralen Reaktor zur Behandlung einer Mischphase aus einer flüssigen Trägerphase (Trägeröl) und dem festen Ausgangsstoff, wobei der Reaktor häufig auch Schmelzreaktor genannt wird, weil in diesem die Feststoffe katalytisch in ein Dieselöl umgewandelt werden. Der Reaktor weist idealerweise nur einen Reaktorinnenraum auf, und hat aber im bestimmunggemäßen Betrieb einen gas- oder dampfgefüllten Kopfraum und einen mit der Mischpahse gefüllten Produktraum. Weiterhin umfasst er mindestens einen Einlass für den Ausgangsstoff, mindestens einen Kopfauslass für eine Gas- oder Dampfphase, an den sich unmittelbar eine Abscheidekolonne anschließen kann oder hieran angebracht sein kann. Weiterhin ist ein Auslass vorhanden, der mit der Sedimentaufbereitungsstufe verbunden ist, sowie mindestens ein motorisch angetriebenes Rühraggregat zur Homogenisierung und Umwälzung des Reaktorinhaltes, welches mit mindestens einem Rührkörper in den Produktraum ragt.This plant for the catalytic production of diesel oil from the aforementioned starting material comprises a feed system for the starting material, with at least one screw conveyor, a reaction unit, at least one one-part or multi-part separation and separation unit and at least one sediment processing stage for solids and / or sediments, among others. such as ashes, tar, etc. .. The reaction unit usually comprises only one central reactor for treating a mixed phase of a liquid carrier phase (carrier oil) and the solid starting material, the reactor is often also called a melt reactor because in this the Solids are catalytically converted into a diesel oil. The reactor ideally has only one reactor interior, but in normal operation it has a gas or steam-filled head space and a product space filled with the mixed phase. Furthermore, it comprises at least one inlet for the starting material, at least one head outlet for a gas or vapor phase, to which a separation column can directly adjoin or be attached. There is also an outlet that is connected to the sediment processing stage, as well as at least one motor-driven agitator for homogenizing and circulating the reactor contents, which protrudes into the product space with at least one agitator.
Dabei ist der Reaktoreinlass derart ausgeformt, dass das Gehäuseende der einleitenden Förderschnecke, welches das Entlassende ist, am Reaktor bzw. an einem Flanschstück gehalten und abgedichtet ist. Die einleitende Förderschnecke ist hierbei vom Einleitsystem umfasst. Hierbei ist die Rotationsachse der einleitenden Förderschnecke bzw. die gesamte Förderschnecke zur Horizontalen geneigt, wobei ein idealer Neigungswinkel
Idealerweise ist dabei die Erstreckung der Förderschnecke derart, dass der Schneckenantrieb der einleitenden Förderschnecke in einer Höhe relativ zum Produktraum des Reaktors liegt, die gleich oder höher als 2/3 der Höhe des Produktraumes ist. Der Produktraum definiert sich hierbei als derjenige Reaktorinnenraum, der im bestimmungsgemäßen Betrieb der Anlage und des Reaktors mit der füssigen Mischphase gefüllt ist. Der restliche, oberhalb angeordnete Reaktorinnenraum bildet den Kopfraum, der im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer Gas- und/oder Dampfphase gefüllt ist. Üblicherweise ist im oberen Drittel des Reaktorinnenraumes der Kopfraum und die unteren 2/3 nehmen den Produktraum ein.Ideally, the extension of the screw conveyor is such that the screw drive of the introducing screw conveyor is at a height relative to the product space of the reactor which is equal to or higher than 2/3 the height of the product space. The product space is defined here as that reactor interior which is filled with the liquid mixed phase during normal operation of the plant and the reactor. The remainder of the reactor interior arranged above forms the head space which is filled with a gas and / or vapor phase during normal operation. The head space is usually in the upper third of the interior of the reactor and the lower 2/3 occupy the product space.
Idealerweise ist die Einbauhöhe des Schneckenantriebes relativ zum Reaktor in dem Bereich, in welchem sich der gas- oder dampfgefüllte Kopfraum des Reaktors im bestimmungsgemäßen Betrieb befindet.Ideally, the installation height of the screw drive relative to the reactor is in the area in which the gas- or steam-filled headspace of the reactor is in normal operation.
Der große Vorteil besteht darin, dass bei Wartungsarbeiten an den Fördermitteln der Reaktorinhalt nur geringfügig oder überhaupt nicht abgelassen werden muss, weil die Förderschnecke auch bei heißem, gefüllten Reaktor in Achsrichtung nach oben gezogen werden kann. Das untere Ende der Förderschnecke kann einfach offenbleiben, Absperraggregate sind nicht erforderlich, so dass auch keine Sedimentationsbereiche oder Totzonen entstehen.The great advantage is that during maintenance work on the conveying means, the reactor contents only have to be drained slightly or not at all because the screw conveyor can be pulled upwards in the axial direction even when the reactor is hot and full. The lower end of the screw conveyor can simply remain open, shut-off units are not required, so that no sedimentation areas or dead zones arise.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anlage ragt das Ende des Gehäuses der Förderschnecke bis zur Wand oder dem Wanddurchbruch des Produktraumes. Alternativ ragt das Gehäuse unmittelbar an den verbindenden Anschlussstutzen des Reaktor oder bildet diesen aus.In an advantageous embodiment of the system, the end of the housing of the screw conveyor projects up to the wall or the wall opening of the product space. Alternatively, the housing protrudes directly from the connecting stub of the reactor or forms it.
Somit ist vorteilhafterweise vor und/oder am Ende der einleitenden Förderschnecke im Produktraum des Reaktors oder dem verbindenden Anschlussflansch kein Verschlusselement. An oder gegenüber dem Auslassende der Förderschnecke oder deren Gehäuse ist inbesondere kein Ventil, keine Rückschlagklappe, kein federbelasteter Stopper oder dergleichen angeordnet, so dass das Ende der einleitenden Förderschnecke barrierelos in den Reaktorinnenraum übergeht und quasi eine Misch- oder Einleitkammer ausbildet. In diese Misch- oder Einleitkammer, in welche im bestimmungsgemäßen Betrieb die flüssige Phase aus dem Produktraum in den Innenraum der einleitenden Förderschnecke einströmen oder einsickern kann, wird der einzuleitende feste Ausgangsstoff benetzt.There is thus advantageously no closure element in front of and / or at the end of the introducing screw conveyor in the product space of the reactor or the connecting flange. In particular, no valve, non-return valve, spring-loaded stopper or the like is arranged on or opposite the outlet end of the screw conveyor or its housing, so that the end of the feed screw passes into the reactor interior without barriers and virtually forms a mixing or inlet chamber. The solid starting material to be introduced is wetted into this mixing or introduction chamber, into which the liquid phase can flow or seep from the product space into the interior of the introducing screw conveyor during normal operation.
Die einleitende Förderschnecke ist dabei vorteilhafterweise als Stopfschnecke ausgeblidet, die in Achs- und Förderrichtung zur Verdichtung des Ausgangsstoffes führt, wodurch in Förderrichtung eine Verminderung des Hohlraumvolumens im Ausgangsstoff veranlasst wird.The feed screw is advantageously designed as a stuffing screw, which leads to the compression of the starting material in the axial and conveying direction, causing a reduction in the cavity volume in the starting material in the conveying direction.
Hierdurch wird der unerwünschte Eintrag von Sauerstoff in den Reaktor vermieden. Das Einleitsystem umfasst bei einer Ausführungsvariante stromaufwärts zu der einleitenden Förderschnecke ein oder mehrer weitere Förderschnecken. Bedarfsweise können Begleitheizungen vorgesehen sein, um den granularen Ausgangsstoff auf oder in die Nähe der Reaktionstemperatur im Reaktor zu bringen. Hierzu umfasst mindestens eine Förderschnecke oder deren Gehäuse eine Heizungseinrichtung oder ist als eine solche Heizeinrichtung ausgebildet.This avoids the undesired entry of oxygen into the reactor. In one embodiment variant, the feed system comprises one or more further feed screws upstream of the feed screw. If necessary, trace heating can be provided in order to bring the granular starting material to or close to the reaction temperature in the reactor. For this purpose, at least one conveyor screw or its housing comprises a heating device or is designed as such a heating device.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, ein oder mehrere Trocknungseinheiten vorzusehen, um den unerwünschten Wassereintrag in den Reaktor zu minimieren oder weitgehend auszuschließen. Dabei wird die Trocknungseinheit idealerweise in einem Bereich Lager und und/oder der Förderstrecke zum Reaktor vorgesehen, in dem der granulare Ausgangsstoff noch als lockeres, nicht oder nur gering verdichtetes Schüttgut vorliegt, damit leichtflüchtige Anteile leichter abgetrennt werden können.Furthermore, it can be advantageous to provide one or more drying units in order to minimize or largely exclude the undesired entry of water into the reactor. The drying unit is ideally provided in an area of storage and / or the conveyor line to the reactor, in which the granular starting material is still present as loose, not or only slightly compressed bulk material so that volatile components can be separated more easily.
Ein Verbesserung besteht darin, dass das Einleitsystem zwischen zwei Förderschnecken, die geneigt und/oder horizontal geführt sein können, mindestens einen vertikalen oder nahezu vertikalen Föderschacht zur schnellen Verdichtung des Ausgangsstoffes umfasst. Dieser vertikale Förderschacht kann eine Förderschnecke aufweisen.An improvement is that the feed system between two screw conveyors, which can be inclined and / or horizontally guided, comprises at least one vertical or almost vertical conveyor shaft for rapid compression of the starting material. This vertical conveyor shaft can have a screw conveyor.
Zur Abdichtung des Transportweges und Verdrängung von Restsauerstoff ist es vorteilhaft, wenn im Bereich des Einleitsystems mindestens an einem Übergang von zwei Förderaggregaten eine Zuleitung für ein Inertgas vorgesehen ist und diese Zuleitung für Inertgas mit einer Inertgasquelle verbunden ist, wie beispielsweise einem Speichertank. Dieses Inertgas ist üblicherweise Stickstoff oder Kohlendioxid, welches auch den Vorteil hat, dass es explosive Gaskonzentrationen vermeidet. Das Inertgas kann dabei idealerweise Stickstoff oder Kohlendioxid sein, welches leitungstechnisch aus geeigneten Lagertanks zur Verfügung gestellt wird. Soll das Inertgas als Sperrgas unter sehr hohem Druck in die Transportstrecke des Einleitsystems eingebracht werden, kann es vorteilhaft sein, einen oder mehrere Verdichter vorzusehen.To seal off the transport route and to displace residual oxygen, it is advantageous if a feed line for an inert gas is provided in the area of the feed system at at least one transition between two delivery units and this feed line for inert gas is connected to an inert gas source, such as a storage tank. This inert gas is usually nitrogen or carbon dioxide, which also has the advantage that it avoids explosive gas concentrations. The inert gas can ideally be nitrogen or carbon dioxide, which is made available by piping from suitable storage tanks. If the inert gas is to be introduced into the transport path of the feed system as a sealing gas under very high pressure, it can be advantageous to provide one or more compressors.
Natürlich kann das Einleitsytem einen Bunker, Silo oder dergleichen für das Ausgangmaterial umfassen oder mit einer solchen Anlage verbunden sein.Of course, the introduction system can comprise a bunker, silo or the like for the starting material or be connected to such a system.
Der Reaktor ist hierbei ein so genannter Schmelzreaktor, in dem der Ausgangsstoff katalytisch gespalten und in die Gasphase überführt wird. Vorteilhafterweise umfasst der Reaktor mindestens ein motorisch rotativ angetriebenes Schneidwerk zur schlagenden und/oder schneidenden Zerkleinerung des Ausgangsstoffes, welches mindestens eine Schneide oder einen Schneidabschnitt aufweist.The reactor is a so-called melt reactor in which the starting material is catalytically split and converted into the gas phase. Advantageously, the reactor comprises at least one motor-driven rotary cutting mechanism for impacting and / or cutting Comminution of the starting material, which has at least one cutting edge or a cutting section.
Bei einer Ausführungsform des Schneidwerkes ist dieses an derselben Antriebswelle angebracht und von dieser angetrieben, wie der mindestens eine Rührkörper, wobei alternativ oder zusätzlich auch der mindestens eine Rührkörper als Schneide oder mit einem Schneidabschnitt ausgebildet sein kann. Eine weitere Alternative besteht darin, dass das Schneidwerk in den Produktraum hineinragt und eine eigene Antriebswelle und einen eigenen vom Antrieb des Rühraggregats unabhängigen Antrieb aufweist.
(SIEHE RÜHRERSKIZZE)In one embodiment of the cutting mechanism, it is attached to and driven by the same drive shaft as the at least one stirring body, wherein the at least one stirring body can alternatively or additionally also be designed as a cutting edge or with a cutting section. Another alternative is that the cutting mechanism protrudes into the product space and has its own drive shaft and its own drive that is independent of the drive of the stirring unit.
(SEE STIRRER DRAWING)
Eine Verbesserung besteht darin, dass mindestens ein Rührkörper in vertikaler Höhenlage zwischen zwei Schneidwerken angeordnet ist, so dass diese unmittelbar ober- und unterhalb des Rührwerkes in der gerichteten Strömung schneidend und/oder zerteilend arbeiten können.An improvement is that at least one agitator is arranged in a vertical position between two cutting units, so that they can cut and / or divide directly above and below the agitator in the directed flow.
Der Antrieb muss dabei derart ausgelegt sein, dass er eine permanente vollständige Durchmischung und vielfache Umwälzung pro Minute ermöglicht, wozu er eine Geschwindigkeit des Rühraggregates von mindestens 400 bis 500 U/min ermöglichen muss. Vorteilhafterweise wird eine Geschwindigkeit von 440 bis 470 U/min vorgenommen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Rühraggregats im Bereich von 10 bis 20 m/s liegt, und idealerweise eine Umfangsgeschwindigkeit von 13 bis 18 m/s mittels des Antriebes erreichbar und im Betrieb der Anlage eingestellt werden kann. Für den Antrieb des Schneidwerkes gilt analog, dass eine Geschwindigkeit von mindestens 400 bis 500 U/min vorliegen sollte, wobei vorteilhafterweise eine Geschwindigkeit von über 440 bis 470 U/min beim Betrieb aufrecht gehalten werden sollte.The drive must be designed in such a way that it enables permanent, complete mixing and multiple circulations per minute, for which purpose it must enable a speed of the agitator of at least 400 to 500 rpm. A speed of 440 to 470 rpm is advantageously used. It is advantageous if the circumferential speed of the agitator is in the range of 10 to 20 m / s, and ideally a circumferential speed of 13 to 18 m / s can be achieved by means of the drive and set during operation of the system. The same applies to the drive of the cutting unit that a speed of at least 400 to 500 rpm should be present, with a speed of over 440 to 470 rpm advantageously being maintained during operation.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass das Rührwerk, insb. dessen Antriebswelle im Reaktor exzentrisch angeordnet ist, wodurch sich eine besonders vorteilhafte dreidimensionale Strömung im Produktraum des Reaktors einstellt. Dabei hat sich eine Achsexzentrizität der Rührorganachse zur Mittelachse des Reaktors als vorteilhaft herausgestellt, die im Bereich von 0,15 bis 0,25 liegt.Another improvement is that the agitator, in particular its drive shaft, is arranged eccentrically in the reactor, whereby a particularly advantageous three-dimensional flow is established in the product space of the reactor. An axial eccentricity of the stirrer axis to the central axis of the reactor which is in the range from 0.15 to 0.25 has proven to be advantageous.
Die stromabwärts dem Reaktor nachgeschaltete ein- oder mehrteilige Trenn- und Abscheideeinheit umfasst mindestens einen Kondensator und/oder eine Destillationskolonne zur Abtrennung des Dieselöls. Es hat sich überraschenderweise herausgesellt, dass es hinreichend ist, nach dem Reaktor - ggf. unmittelbar auf diesem, eine einfache Abscheidekolonne vorzusehen, um nachfolgend hierzu ein oder zwei Kondensatoren vorzusehen zur Abscheidung des Produktöls.The one-part or multi-part separating and separating unit connected downstream from the reactor comprises at least one condenser and / or a distillation column for separating the diesel oil. It has surprisingly been found that it is sufficient to provide a simple separation column after the reactor - possibly directly on top of it - in order to subsequently provide one or two condensers for separating the product oil.
Wie angedeutet, bildet dann die Abscheidekolonne mit dem Reaktor eine Baueinheit und ist direkt am Kopfraum angebracht oder über einen Flasch unmittelbar mit diesem verbunden. Dabei erstreckt sich der Kopfraum des Reaktors unmittelbar in den untersten Boden- oder Einlaufbereich der Kolonne und bilden einen einzigen Raum.As indicated, the separation column then forms a structural unit with the reactor and is attached directly to the headspace or directly connected to it via a bottle. The head space of the reactor extends directly into the lowest floor or inlet area of the column and forms a single space.
Weiterhin ist eine Heizeinrichtung für die Mischphase vorgesehen, welche bei einer verbesserten Variante als außen an der Reaktorwand anliegende Einrichtung vorgesehen ist und durch die Behälterwand hindurch auf das Fluid wirkt. Alternativ kann im Reaktor eine solche Heizeinrichtung umfasst sein. Diese Heizeinrichtungen sind so ausgelegt und dimensioniert, dass eine Erwärmung einer eingefüllten Mischphase auf über 200 °C erfolgen kann, idalerweise auf eine Temperatur zwischen 280°C und 320°C.Furthermore, a heating device is provided for the mixed phase which, in an improved variant, is provided as a device resting on the outside of the reactor wall and acting on the fluid through the container wall. Alternatively, such a heating device can be included in the reactor. These heating devices are designed and dimensioned so that a filled mixed phase can be heated to over 200 ° C, ideally to a temperature between 280 ° C and 320 ° C.
Als besonders bevorzugt hat sich eine Mikrowellenheizeinrichtung als Heizeinrichtung herausgestellt. Diese hat einen sehr hohen Wirkungsgrad und an den Austauschflächen bzw. den aussendenden Oberflächen der Mikrowellenheizung erfolgt nicht, wie bei konventionellen Heizoberflächen, eine thermisch bedingte Anhaftung aufgrund lokaler Überhitzung. Mindestens eine solche Mikrowellenheizeinrichtung ist idealerweise im flüssigkeitsgefüllten Reaktorinnenraum angeordnet. Die Leistung des Mikrowellengenerators sollte im Bereich von über 70kW liegen, idealerweise im Bereich von 80kW bis 250kW. Bedarfsweise kann die Leistung auch darüber liegen oder mehr als ein Mikrowellengenerator vorgesehen werden.A microwave heating device has proven to be particularly preferred as the heating device. This has a very high degree of efficiency and, as with conventional heating surfaces, there is no thermally induced adhesion due to local overheating on the exchange surfaces or the emitting surfaces of the microwave heater. At least one such microwave heating device is ideally arranged in the liquid-filled reactor interior. The power of the microwave generator should be in the range of over 70kW, ideally in the range of 80kW to 250kW. If necessary, the power can also be higher or more than one microwave generator can be provided.
Die Mikrowellenheizung umfasst dabei als Hauptkomponenten in bekannter Weise ein Magnetron und einen Hohlleiter. Dieser Hohlleiter umfasst in der Regel unter anderem mindestens eine zum Produktraum angrenzende und abtrennende Glas- oder Quarzglasscheibe, einen Tuner zur Minimierung der reflektierten Mikrowellen, einen Zirkulator und eine Wasserlast sowie geeignete Detektoren und Richtkoppler. Bei einer verbesserten Ausführungsform grenzt an den Produktraum nicht nur ein Glas- oder Quarzglasscheibe, sondern eine Sicherheitsschleuse mit beidseitigem Abschluss durch eine Glas- oder Quarzglasscheibe, wobei deren Innenraum mit einem Inertgas gefüllt werden oder durch den ein Inertgas strömen kann. Dabei ist unter beidseitig die Richtung der Haupterstreckung des Hohlleiters zu verstehen, in welchem die Mikrowellen geführt werden. Der Vorteil besteht darin, dass der Innenraum evakuierbar ist und im Falle von Beschädigung der an den Produktraum angrenzenden Scheibe, kein Sauerstoff in den Reaktor gelangt und weiterhin die sonstigen Komponenten der Mikrowellenheizung geschützt bleiben.The microwave heater comprises a magnetron and a waveguide as main components in a known manner. This waveguide usually includes at least one glass or quartz glass pane adjoining and separating the product space, a tuner to minimize the reflected microwaves, a circulator and a water load, as well as suitable detectors and directional couplers. In an improved embodiment, the product space is not only adjoined by a glass or quartz glass pane, but a safety lock with a double-sided closure by a glass or quartz glass pane, the interior of which can be filled with an inert gas or through which an inert gas can flow. In this context, both sides are to be understood as the direction of the main extension of the waveguide in which the microwaves are guided. The advantage is that the interior can be evacuated and, in the event of damage to the pane adjoining the product space, no oxygen can get into the reactor and the other components of the microwave heating remain protected.
Eine Alternative Bauform besteht darin, dass nicht der Reaktorinhalt unmittelbar durch vorstehend genannte Scheibe in der Reaktorwand oder einem Befestigungsstutzen mittels Mikrowellenheizung erwärmt wird, sondern die mindestens eine Mikrowellenheizung durch ein Glas- oder Quarzglasrohr auf einen Seitenstrom der Mischphase einwirkt. Dieser Seitenstrom in einer Umlaufleitung wird vorteilhafterweise von einem geeigneten Fördermittel angetrieben, wie beispielsweise einer Doppelschneckenpumpe. An alternative design is that the reactor contents are not heated directly by the aforementioned disk in the reactor wall or a fastening nozzle by means of microwave heating, but rather the at least one microwave heating acts on a side stream of the mixed phase through a glass or quartz glass tube. This side stream in a circulation line is advantageously driven by a suitable conveying means, such as a twin screw pump.
Zur Dichtung der Sicherheitsscheiben der Sicherheitsschleuse im Hohlkanal werden vorteilhafterweise Papierdichtungen oder Dichtungen aus einem Kupfermaterial (Weichkupfer) vorgesehen, so dass eine gasdichte Trennung hergestellt ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass diese gasdichte Strecke vom zentralen Reaktor als sehr vorteilhafte Abkühlungsstrecke fungiert.To seal the safety panes of the safety lock in the hollow channel, paper seals or seals made of a copper material (soft copper) are advantageously provided so that a gas-tight separation is produced. It has surprisingly been found that this gas-tight section from the central reactor functions as a very advantageous cooling section.
Eine Ausführungsform besteht darin, dass durch die Lage der Mikrowellenheizung im Kopfraum des Reaktors die thermischen und mechanischen Einflüsse verringert werden. Weiterhin ist so eine gute Zugänglichkeit im Wartungsfalle gegeben.One embodiment is that the location of the microwave heater in the head space of the reactor reduces the thermal and mechanical influences. Furthermore, there is good accessibility in the event of maintenance.
Weiterhin besteht eine verbesserte Variante darin, dass ein Rückführungseinlass am Reaktor vorgesehen ist, der mit der Sedimentaufbereitungsstufe verbunden ist und über welchen Teilströme oder Teilmengen, die über einen Auslass entnommen wurden, in den Reaktor zurückgeführt werden können. Die rückgeführten Teilströme oder Teilmengen sind in der Regel flüssig und abgereichert an Feststoffen, wie Kalk, Katalysator, Asche oder Teeranteilen.Furthermore, an improved variant consists in that a recirculation inlet is provided on the reactor, which is connected to the sediment processing stage and via which partial flows or partial quantities that were withdrawn via an outlet can be returned to the reactor. The returned partial flows or partial amounts are usually liquid and depleted in solids, such as lime, catalyst, ash or tar fractions.
Der Reaktoreinlass und/oder der Rückführungseinlass sind derart ausgeformt, dass ein Gehäuse einer einleitenden Förderschnecke hieran gehalten und abgedichtet ist. Hierzu können bekannte Flansch- oder Kupplungselemente vorgesehen werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen dem Reaktoreinlass und dem Auslassende der einleitenden Förderschnecke kein separates Rohrstück mehr vorhanden ist.The reactor inlet and / or the return inlet are shaped in such a way that a housing of an introducing screw conveyor is held on and sealed off. Known flange or coupling elements can be provided for this purpose. It is particularly advantageous if there is no longer a separate pipe section between the reactor inlet and the outlet end of the introducing screw conveyor.
Prozess- und Hilfsstoffe, wie ein zu ergänzendes Trägeröl, Kalk, Katalysator können in eine der sonstigen Zuführungs- oder Rückführungsströme eingeleitet werden. Vorteilhafterweise ist aber eine separate Zuführungseinheit für Prozess- und Hilfsstoffe vorgesehen, die leitungsmäßig mit dem Reaktor verbunden ist, wobei hierfür ein eigener Zugangsstutzen im Reaktor vorgesehen ist.Process and auxiliary materials, such as a carrier oil to be supplemented, lime, catalyst, can be introduced into one of the other feed or return streams. Advantageously, however, a separate supply unit for process materials and auxiliary materials is provided, which is connected to the reactor in terms of lines, with a separate access port being provided in the reactor for this purpose.
Nicht im Einzelnen beschrieben, weil für den Fachmann fachüblich, sind nötige Leitungsverbindungen, Verbindungsflansche, Tragwerkselemte und dergleichen, sowie die bekannten und üblichen Steuerungs- und Regelungseinheiten.Necessary line connections, connecting flanges, structural elements and the like, as well as the known and customary control and regulation units, are not described in detail, because they are customary in the art.
Unter Nutzung dieser Anlage und insbesondere des Reaktors, ist somit ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Dieselöl aus dem vorgenannten Ausgangsstoff möglich, welcher als granulare Feststoffphase in eine flüssige Phase aus dem vorgenannten Trägeröl eingebracht und katalytisch umgeformt wird.Using this system and in particular the reactor, a process for the continuous production of diesel oil from the aforementioned starting material is thus possible, which is introduced as a granular solid phase into a liquid phase from the aforementioned carrier oil and is catalytically converted.
Hierbei ist die Temperatur in der Mischphase zwischen 200 und 400 °C, und liegt idalerweise zwischen 280 °C und 350°C. Die Mischphase umfasst weiterhin einen Anteil an Kalk von 1,5 Gew.% bis 10 Gew.% , wobei Kalk hier als Sammelbegriff für Calcium- oder calciumcarbonathaltige Stoffe oder Stoffmischungen zu verstehen ist. Weiterhin umfasst die Mischphase einen Katalysator in einem Anteil von 1 Gew.% bis 15 Gew. %.The temperature in the mixing phase is between 200 and 400 ° C, and is ideally between 280 ° C and 350 ° C. The mixed phase also includes a proportion of lime of 1.5% by weight to 10% by weight, with lime being understood here as a collective term for substances or mixtures of substances containing calcium or calcium carbonate. The mixed phase also comprises a catalyst in a proportion of 1% by weight to 15% by weight.
Die gas- oder dampfförmige Phase wird kontinuierlich abgeführt, idealerweise mittels mindestens einer Vakuumpumpe kontinuierlich aus dem Kopfraum des Reaktors abgezogen. Stromabwärts des Reaktors wird in mindestens einem Kondensator das Dieselöl von der leichterflüchtigen gas- oder dampfförmigen Phase abgetrennt. Dabei wird parallel in der Mischphase der enthaltende garanulare Ausgangsstoff mittels der mindestens einen Schneide oder dem Schneidabschnitt mechanisch zerschnitten und/oder zerkleinert. Zur optimalen Durchmischung im Reaktorinnenraum und zur Vermeidung von jeglicher Sedimentation, beträgt die Umfangsgeschwindigkeit des Rühraggregates zwischen 8 bis 20 m/s, wobei es sich heraus gestellt hat, dass diese idealerweise zwischen 13 bis 17 m/s liegen sollte.The gas or vapor phase is continuously removed, ideally continuously withdrawn from the headspace of the reactor by means of at least one vacuum pump. Downstream of the reactor, the diesel oil is separated from the more volatile gas or vapor phase in at least one condenser. In this case, in parallel in the mixing phase, the garannular starting material contained is mechanically cut and / or comminuted by means of the at least one cutting edge or the cutting section. For optimal mixing in the interior of the reactor and to avoid any sedimentation, the peripheral speed of the stirring unit is between 8 and 20 m / s, whereby it has been found that this should ideally be between 13 and 17 m / s.
Der Katalysator ist vorteilhafterweise ein Bentonith oder Zeolith, insb. ein Aluminium Silicat, der einen pulverförmigen Zustand aufweist. Der Druck im Kopfraum des Reaktors ist dabei idealerweise kleiner oder gleich einem (1) bar und liegt idealerweise im Bereich von 25 bis 60 mbar.The catalyst is advantageously a bentonite or zeolite, in particular an aluminum silicate, which has a powdery state. The pressure in the head space of the reactor is ideally less than or equal to one (1) bar and is ideally in the range from 25 to 60 mbar.
Das Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Reaktors im Endstück der einleitenden Förderschnecke eine Benetzungs- oder Mischkammer ausgebildet ist, in welche die flüssige Phase aus dem Produktraum in das offene Ende und den Innenraum der einleitenden Förderschnecke einströmen oder einsickern kann. Hierbei wird im Betrieb der Anlage der einzuleitende Ausgangsstoff benetzt, weil weder im Produktraum des Reaktors, noch an oder in dessen Verbindungsflansch, noch an oder vor dem Ende und Auslass der einleitenden Förderschnecke ein Verschlusselement vorgesehen ist, insbesondere kein Ventil, keine Rückschlagklappe, kein federbelasteter Stopper oder dergleichen.The method is particularly characterized in that a wetting or mixing chamber is formed upstream of the reactor in the end piece of the introducing screw conveyor, into which the liquid phase can flow or infiltrate from the product space into the open end and the interior of the introducing screw conveyor. In this case, the starting material to be introduced is wetted during operation of the plant because there is no closure element, in particular no valve, non-return valve, no spring-loaded one, in the product space of the reactor, on or in its connecting flange, or on or in front of the end and outlet of the feed screw Stopper or the like.
Nicht im Einzelnen beschrieben, weil für den Fachmann fachüblich, sind nötige Leitungsverbindungen, Verbindungsflansche, Tragwerkselemte und dergleichen, sowie die bekannten und üblichen Steuerungs- und Regelungseinheiten. Necessary line connections, connecting flanges, structural elements and the like, as well as the known and customary control and regulation units, are not described in detail, because they are customary in the art.
Nachstehend wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert, dabei zeigt
-
1 als Blockdiagramm einen Verfahrensablauf und die wichtigsten Verfahrensschritte, -
2 das Einleitsystem als ein erstes Ausführungsbeispiel, -
3 das Einleitsystem als ein zweites Ausführungsbeispiel, -
4 die Anordnung der einleitenden Förderschnecke im Detail und -
5 den Aufbau der Mikrowellenheizeinrichtung des zentralen Reaktors.
-
1 a block diagram of a process sequence and the most important process steps, -
2 the delivery system as a first embodiment, -
3 the delivery system as a second embodiment, -
4th the arrangement of the introductory screw conveyor in detail and -
5 the construction of the microwave heating device of the central reactor.
In der
Über das Einleitsystem
Weiterhin ist eine Produktaufbereitungsstufe
Bodennah mit Verbindung zum Produktraum
In
Wie weiterhin in der
Es hat sich ganz allgemein herausgestellt, dass es sehr vorteilhaft ist, wenn das Schneidwerk
Im Schacht
Weiterhin zeigt die
Die Produktaufbereitungsstufe
In der
Die Trockungseinheit
Weiterhin ist auf der Druckseite der Gasleitungen
Über die Gasleitung
Weiterhin ist in der
Der Antrieb
Am unteren Ende, dem Auslass der Förderschnecke
Somit werden Ablagerungen und Toträume sicher vermieden und ein störungsfreier Prozess sowie eine optimale Strömung und Durchmischung im Reaktorinnenraum sichergestellt.This reliably prevents deposits and dead spaces and ensures a trouble-free process as well as optimal flow and mixing in the interior of the reactor.
In der
Übliche Flansch- und Verbindungselemente sind vorgesehen, aber nicht weiter ausgeführt. In den Innenraum
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform grenzt an den Produktraum
Bei einer nicht dargestellten Bauform zur
Wie bereits erwähnt, ist es von Vorteil, wenn ein oder mehrere Ultraschallemitter vorgesehen werden.As already mentioned, it is advantageous if one or more ultrasonic emitters are provided.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn beispielsweise als Dichtungsmaterial für die erste Sicherheitsscheibe
Die teilweise nicht dargestellten Aggregate können wie vorstehend ausgeführt einzeln oder gemeinschaftlich vorgesehen werden, insb. die Mikrowellenheizung
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind stark vereinfacht, wobei übliche Elemente zur Prozessführung, Wartung, Überwachung und Steuerung vom Fachmann bedarfsweise vorzusehen sind. Weiterhin sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Elemente in allen Figuren gezeigt, wobei eine Kombinierbarkeit grundsätzlich gegeben ist und ausdrücklich vorgeschlagen wird.The above exemplary embodiments are greatly simplified, with the usual elements for process management, maintenance, monitoring and control being to be provided by the person skilled in the art as required. Furthermore, for the sake of clarity, not all elements are shown in all the figures, although combinability is fundamentally given and is expressly suggested.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Anlageinvestment
- 44th
- AbscheidekolonneSeparation column
- 4.14.1
- SchüttungBulk
- 55
- KondensatorenCapacitors
- 5.15.1
- Kondensatorcapacitor
- 5.25.2
- Kondensatorcapacitor
- 66th
- InertgasInert gas
- 77th
- AusgangsstoffRaw material
- 88th
- Hilfs- und ProzessmedienAuxiliary and process media
- 8.18.1
- Tanktank
- 8.28.2
- FördermittelFunding
- 99
- Dieselöl/-leitungDiesel oil / pipe
- 1010
- ReaktoreinheitReactor unit
- 1111
- Reaktorreactor
- 11.111.1
- KopfraumHeadroom
- 11.211.2
- ProduktraumProduct room
- 1212
- ReaktoreinlassReactor inlet
- 12.112.1
- EinlassleitungInlet pipe
- 1313
- KopfauslassHead outlet
- 1414th
- BodenauslassFloor outlet
- 14.114.1
- AuslassleitungOutlet pipe
- 1515th
- RühraggregatAgitator
- 1616
- RührkörperAgitator
- 16.116.1
- Rührkörper ersterAgitator body first
- 16.216.2
- Rührkörper zweiterStirring body second
- 1717th
- Antriebswelledrive shaft
- 1818th
- SchneidwerkCutting unit
- 18.118.1
- Schneide oder SchneidabschnittCutting edge or cutting section
- 1919th
- Antriebdrive
- 19.119.1
- Befestigungsflansch Mounting flange
- 2222nd
- HeizeinrichtungHeating device
- 22.122.1
- MikrowellenheizungMicrowave heating
- 22.222.2
- MikrowellenMicrowaves
- 23 23
- RückführungseinlassReturn inlet
- 23.123.1
- RückführungsleitungReturn line
- 2424
- SpeichertankStorage tank
- 2525th
- Kamin stack
- 2727
- Produktleitung Product management
- 3232
- Steuer- und VersorgungseinheitControl and supply unit
- 3333
- UltraschallemitterUltrasonic emitter
- 3434
- Daten- und/oder EnergieleitungData and / or power line
- 3535
- UltraschallwellenUltrasonic waves
- 3636
- SicherheitsschleuseSecurity gate
- 36.136.1
- Innenrauminner space
- 36.236.2
- SicherheitsglasSafety glass
- 36.336.3
- Einlassinlet
- 36.436.4
- SicherheitsglasSafety glass
- 3737
- MagnetronMagnetron
- 3838
- HohlleiterWaveguide
- 3939
- Glas- oder QuarzglasrohrGlass or quartz glass tube
- 4040
- EinfülltrichterFilling funnel
- 4141
- FörderschneckeAuger
- 41.141.1
- Gehäusecasing
- 41.241.2
- Antriebdrive
- 4242
- FörderschneckeAuger
- 42.142.1
- Gehäusecasing
- 42.242.2
- Antriebdrive
- 4343
- SchachtManhole
- 4444
- FörderschneckeAuger
- 44.144.1
- Antriebdrive
- 4545
- AbsperreinheitShut-off unit
- 4646
- Trocknungsabschnitt Drying section
- 5050
- TrocknungseinheitDrying unit
- 5151
- BegleitheizungTrace heating
- 5252
- BegleitheizungTrace heating
- 5353
-
Absaugung
53.1 ,53 .2Suction53.1 ,53 .2 - 5454
-
Filter
54.1 ,54.2 filter54.1 ,54.2 - 5555
-
Abluftleitung
55.1 ,55 .2Exhaust duct55.1 ,55 .2 - 5656
- InertgasquelleInert gas source
- 56.156.1
- InertgasleitungInert gas line
- 56.256.2
- InertgasleitungInert gas line
- 5757
- Silo, Bunker Silo, bunker
- 100100
- EinleitsystemDelivery system
- 200200
- Sedimentaufbereitungsstufe (Sediment) Sediment processing stage (sediment)
- 300300
- Produktaufbereitungsstufe (Produkt) (neu)Product preparation level (product) (new)
- 400400
- Kopplungs- und Aufreinigungseinheit Coupling and purification unit
- αα
- Winkel angle
- MAMA
- MittelachseCentral axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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