DE102022125294A1

DE102022125294A1 - Pyrolysis reactor and process for thermochemical treatment of carbonaceous waste

Info

Publication number: DE102022125294A1
Application number: DE102022125294.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Tomasi Morgano; Markus Klatte; Daniel Odenthal
Original assignee: Arcus Greencycling Tech GmbH; Arcus Greencycling Technologies GmbH
Current assignee: Arcus Greencycling Tech GmbH; Arcus Greencycling Technologies GmbH
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2024-04-04
Also published as: WO2024068818A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pyrolysereaktor zur Erzeugung von hochwertigen feststofffreien Pyrolysedämpfen aus kohlenstoffhaltigen Abfällen. Der Pyrolysereaktor (1) weist eine Reaktionseinheit (2) und eine Filtration (3) auf, wobei die Reaktionseinheit (2) wenigstens eine Fördereinrichtung (6), die zum Transport von kohlenstoffhaltigen Abfällen eingerichtet ist, sowie wenigstens ein Heizmittel (13), das zur Erwärmung der kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Pyrolysetemperatur eingerichtet ist, aufweist. Zur Erzeugung von hochwertigeren feststofffreien Pyrolysedämpfen ist die Filtration (3) von der Reaktionseinheit (2) beabstandet angeordnet und steht mit dieser über eine beheizbare Rohrleitung (5) in Strömungsverbindung.The invention relates to a pyrolysis reactor for producing high-quality solid-free pyrolysis vapors from carbon-containing waste. The pyrolysis reactor (1) has a reaction unit (2) and a filtration (3), wherein the reaction unit (2) has at least one conveyor device (6) which is designed to transport carbon-containing waste, and at least one heating means (13) which is designed to heat the carbon-containing waste to a pyrolysis temperature. In order to produce higher-quality solid-free pyrolysis vapors, the filtration (3) is arranged at a distance from the reaction unit (2) and is in flow connection with it via a heatable pipeline (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Pyrolysereaktor sowie ein Verfahren zur thermochemischen Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Abfällen in hochwertige feststofffreie Pyrolysedämpfe.The invention relates to a pyrolysis reactor and a process for the thermochemical conversion of carbon-containing waste into high-quality, solid-free pyrolysis vapors.

In einem Pyrolysereaktor entstehen durch thermische Zersetzung von organischen Materialien unter Luftabschluss Pyrolyseöle und Pyrolysegase, die gegebenenfalls nach weiterer Bearbeitung als Rohstoffe wieder verwendet werden können. Hierzu weist ein Pyrolysereaktor in seinem Inneren eine Fördereinrichtung zum Transport von kohlenstoffhaltigen Abfällen sowie ein Heizmittel zur Erwärmung der kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Pyrolysetemperatur auf. Weiterhin ist dieser Reaktor mit einer Filtration ausgestattet, in der die im Reaktor entstehenden Pyrolysedämpfe von Feststoffen befreit werden können.In a pyrolysis reactor, pyrolysis oils and pyrolysis gases are produced through the thermal decomposition of organic materials in the absence of air. These can be reused as raw materials after further processing. For this purpose, a pyrolysis reactor has a conveyor system inside it for transporting carbon-containing waste and a heating medium for heating the carbon-containing waste to a pyrolysis temperature. This reactor is also equipped with a filtration system in which the pyrolysis vapors produced in the reactor can be freed of solids.

Aus der EP 2 622 048 B1 ist ein solcher Pyrolysereaktor bekannt, der die Erzeugung von hochwertigen und partikelfreien Pyrolysegasen ermöglicht. Hierzu ist vertikal oberhalb eines Reaktors eine Filtration vorgesehen, die durch mehrere horizontal direkt in den Reaktor eingesetzte Filterkerzen gebildet wird. Die Filtration erstreckt sich dabei oberhalb der gesamten Prozesszone innerhalb des Reaktors, so dass die Filterelemente im Wärmestrahlungsbereich des Reaktors und im konvektiven Einflussbereich der während der Pyrolyse entstehenden heißen Gase angeordnet sind.From the EP 2 622 048 B1 Such a pyrolysis reactor is known, which enables the production of high-quality and particle-free pyrolysis gases. For this purpose, a filtration is provided vertically above a reactor, which is formed by several filter candles inserted horizontally directly into the reactor. The filtration extends above the entire process zone within the reactor, so that the filter elements are arranged in the heat radiation area of the reactor and in the convective area of influence of the hot gases produced during pyrolysis.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Pyrolysereaktor sowie ein Verfahren zur thermochemischen Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Abfällen bereitzustellen, bei dem die Erzeugung von hochwertigen Pyrolysegasen gezielt gesteuert werden kann.Based on this prior art, the present invention sets itself the task of providing a pyrolysis reactor and a process for the thermochemical conversion of carbon-containing waste, in which the production of high-quality pyrolysis gases can be controlled in a targeted manner.

Diese Aufgabe wird mit einem Pyrolysereaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a pyrolysis reactor having the features of claim 1 and a method having the features of claim 9. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, dass die chemische Zusammensetzung der Pyrolysegase, beispielsweise die Kettenlängen der bei der Pyrolyse entstehenden Moleküle, unter anderem durch die Temperaturführung einstellen lässt. In einem erfindungsgemäßen Pyrolysereaktor der oben genannten Art ist zur Erzeugung von hochwertigen feststofffreien Pyrolysedämpfen aus kohlenstoffhaltigen Abfällen die Filtration von dem Reaktor beabstandet angeordnet und steht mit diesem über eine beheizbare Rohrleitung in Strömungsverbindung. Dabei dient die Filtration zur Abreinigung der Pyrolysedämpfe und -gase, um diese von Feinpartikeln aus Pyrolysekoks, festen Zuschlagstoffen und Abriebsand zu trennen. Die beheizbare Rohrleitung bewirkt zunächst, dass zwischen dem Reaktor und der Filtration besonders kalten Zonen (sogenannte Cold Spots) und/oder besonders heißen Zonen (sogenannte Hot Spots) vermieden werden können Zudem verbessert die beheizbare Rohrleitung die Kontrolle der chemischen Reaktionen deutlich, so dass hochwertigere, d.h. kürzere, leichtere und partikelfreiere, Kohlenwasserstoffe entstehen können. So kann die Selektivität hin zu den gewünschten Produkten erhöht werden, indem die Reaktionsbedingungen für die erforderlichen Reaktionen über die gesamte Reaktorlänge optimiert und gleichzeitig unerwünschten Reaktionen minimiert sind.The invention is based on the idea that the chemical composition of the pyrolysis gases, for example the chain lengths of the molecules formed during pyrolysis, can be adjusted, among other things, by the temperature control. In a pyrolysis reactor according to the invention of the type mentioned above, in order to produce high-quality solids-free pyrolysis vapors from carbon-containing waste, the filtration is arranged at a distance from the reactor and is in flow connection with it via a heatable pipeline. Filtration is used to clean the pyrolysis vapors and gases in order to separate them from fine particles made of pyrolysis coke, solid aggregates and abrasive sand. The heatable pipeline initially means that particularly cold zones (so-called cold spots) and/or particularly hot zones (so-called hot spots) can be avoided between the reactor and the filtration. In addition, the heatable pipeline significantly improves the control of the chemical reactions, so that higher quality , i.e. shorter, lighter and particle-free hydrocarbons can be formed. In this way, the selectivity towards the desired products can be increased by optimizing the reaction conditions for the required reactions over the entire length of the reactor while at the same time minimizing undesirable reactions.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform bilden der Reaktor, die Filtration und die Rohrleitung eine gegenüber der Umgebung isolierte thermische Einheit. Mit anderen Worten können der Reaktor, die Rohrleitung und die Filtration von einer gemeinsamen Einhausung umgeben sein, die gegenüber der Umgebung thermisch isoliert ist. Dies trägt dazu bei, lokale Cold Spots oder Hot Spots zu vermeiden. Zudem wird der Gesamtenergieaufwand zur Temperierung in den einzelnen Bestandteilen des Pyrolysereaktors verringert.According to a preferred embodiment, the reactor, the filtration and the pipeline form a thermal unit that is insulated from the environment. In other words, the reactor, the pipeline and the filtration can be surrounded by a common housing that is thermally insulated from the environment. This helps to avoid local cold spots or hot spots. In addition, the total energy required for temperature control in the individual components of the pyrolysis reactor is reduced.

Wenn in dem Pyrolysereaktor das wenigstens eine Heizmittel des Reaktors dazu eingerichtet ist, die Erwärmung mehrerer Heizzonen innerhalb des Reaktors individuell zu steuern, wird die Kontrolle der chemischen Reaktionen weiter verbessert, so dass hochwertigere, d.h. kürzere, leichtere und partikelfreiere, Kohlenwasserstoffe entstehen können. Die Aufteilung in Heizzonen des Reaktors kann beispielsweise derart erfolgen, dass wenigstens drei, insbesondere fünf oder mehr individuell über Heizkreise temperierbare Heizzonen in dem Reaktor ausgebildet sind, die die Stoffströme nacheinander durchlaufen können. So können in einer beispielhaften Ausführungsform mittels einer ersten Heizzone die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 80° C bis 150° C, z.B. über 100° C erhitzt werden. In einer zweiten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle beispielsweise auf eine Temperatur von 150° C bis 250° C, z.B. über 180° C erhitzt werden. In einer dritten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle beispielsweise auf eine Temperatur von 250° C bis 350° C, z.B. über 300° C erhitzt werden. In einer vierten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle beispielsweise auf eine Temperatur von 350° C bis 450° C, z.B. über 400° C erhitzt werden. In einer fünften Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle beispielsweise auf eine Temperatur von 450° C bis 600 °C, z.B. über 500° C erhitzt werden. Hierzu können erfindungsgemäß mehr als fünf, beispielsweise acht, individuell ansteuerbare Heizkreise vorgesehen sein. Diese ermöglichen es, dass die gewünschte Endtemperatur erreicht werden kann. Das wenigstens eine Heizmittel kann dabei beispielsweise einen indirekt elektrisch beheizten Wärmetauscher aufweisen.If in the pyrolysis reactor the at least one heating means of the reactor is designed to individually control the heating of several heating zones within the reactor, the control of the chemical reactions is further improved, so that higher quality, i.e. shorter, lighter and more particle-free, hydrocarbons can be produced. The division into heating zones of the reactor can, for example, be carried out in such a way that at least three, in particular five or more heating zones that can be individually temperature-controlled via heating circuits are formed in the reactor and through which the material flows can pass one after the other. In an exemplary embodiment, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 80° C to 150° C, e.g. over 100° C, by means of a first heating zone. In a second heating zone, the carbon-containing waste can, for example, be heated to a temperature of 150° C to 250° C, e.g. over 180° C. In a third heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 250° C to 350° C, e.g. over 300° C. In a fourth heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 350° C to 450° C, e.g. over 400° C. In a fifth heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 450° C to 600° C, e.g. over 500° C. For this purpose, according to the invention, more than five, for example eight, individual Virtually controllable heating circuits can be provided. These make it possible to reach the desired final temperature. The at least one heating medium can, for example, have an indirectly electrically heated heat exchanger.

In dem erfindungsgemäßen Pyrolysereaktor kann die wenigstens eine Fördereinrichtung einen Doppelschneckenförderer aufweisen, der dazu eingerichtet ist, dass sich die Schneckenflügel der beiden Förderschnecken relativ zueinander gegenläufig bewegen. Dies kann ein Doppelschneckenwärmetauscher mit Selbstreinigung sein. Wenn sich die beiden Schnecken in die gleiche Richtung drehen, kann es vorteilhaft sein, dass diese sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und somit eine kontinuierliche gegenläufige Bewegung der Schneckenflügel gegeben ist.In the pyrolysis reactor according to the invention, the at least one conveying device can have a twin-screw conveyor which is designed so that the screw blades of the two conveyor screws move in opposite directions relative to one another. This can be a twin-screw heat exchanger with self-cleaning. If the two screws rotate in the same direction, it can be advantageous for them to move at different speeds, thus providing a continuous counter-rotating movement of the screw blades.

Der erfindungsgemäße Pyrolysereaktor kann zusätzlich wenigstens eine der Fördereinrichtung vorgeschaltete Einrichtung zum Zudosieren von eines, vorzugsweise partikelförmigen, festen Wärmeleit- und/oder Reinigungsmediums, insbesondere Sand, zu den kohlenstoffhaltigen Abfällen aufweisen. Der Sand und/oder ein anderes Wärmeleitmedium wird dem gemischten Kunststoffabfall zugeführt und im kalten Zustand zugemischt. Durch diese Zugabe kann vermieden werden, dass sogenannte Anbackungen entstehen und sich am Boden des Reaktors und/oder des Doppelschneckenwärmetauschers festsetzen. Folglich kann durch diese Maßnahme ebenfalls einer abnehmende Wärmeübertragung entgegengewirkt werden. Das Wärmeleitmedium dienen somit ebenfalls zur Vermeidung eines Leistungsverlust des in dem Reaktor gebildeten Wärmetauschers. Weiter fungiert der Sand oder ein anderes Wärmeleitmedium als Wärmeüberträger. Dies hat den positiven Effekt, dass die Wärmeübertragung zwischen indirektem elektrisch beheiztem Wärmetauscher und kohlenstoffhaltigem Abfall einerseits durch einen erhöhten Wärmeübergangskoeffizient erhöht werden kann und anderseits die Verteilung der Wärme homogenisiert wird.The pyrolysis reactor according to the invention can additionally have at least one device upstream of the conveying device for metering a preferably particulate, solid heat-conducting and/or cleaning medium, in particular sand, into the carbon-containing waste. The sand and/or another heat-conducting medium is fed to the mixed plastic waste and mixed in when cold. This addition can prevent so-called caking from forming and settling on the bottom of the reactor and/or the twin-screw heat exchanger. Consequently, this measure can also counteract a decreasing heat transfer. The heat-conducting medium thus also serves to prevent a loss of performance of the heat exchanger formed in the reactor. The sand or another heat-conducting medium also functions as a heat exchanger. This has the positive effect that the heat transfer between the indirect electrically heated heat exchanger and the carbon-containing waste can be increased on the one hand by an increased heat transfer coefficient and on the other hand the distribution of the heat is homogenized.

Ein Nachteil bekannter Pyrolysereaktoren besteht darin, dass die Temperaturführung der Pyrolysegase stark von den im Reaktor herrschenden Temperaturen bestimmt wird, wenn die Filtration im Reaktor selbst bzw. unmittelbar oberhalb des Reaktionsraums erfolgt. Daher wird es bei einem erfindungsgemäßen Pyrolysereaktor bevorzugt, wenn die Filtration neben dem Reaktor angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Filtration nicht unmittelbar oberhalb oder gar in dem Reaktor vorgesehen, sondern beabstandet zu diesem und über die beheizbare Rohrleitung beabstandet vorgesehen. Die Pyrolysegase lassen sich daher hinsichtlich der Temperaturführung erheblich besser kontrollieren und steuern, was zu hochwertigeren Pyrolysegasen führt.A disadvantage of known pyrolysis reactors is that the temperature control of the pyrolysis gases is largely determined by the temperatures prevailing in the reactor if the filtration takes place in the reactor itself or immediately above the reaction space. Therefore, in a pyrolysis reactor according to the invention, it is preferred if the filtration is arranged next to the reactor. In other words, the filtration is not provided directly above or even in the reactor, but is provided at a distance from it and at a distance via the heatable pipeline. The pyrolysis gases can therefore be controlled and controlled considerably better in terms of temperature control, which leads to higher quality pyrolysis gases.

Für die Filtration können vorzugsweise senkrecht von oben nach unten angebrachte Filterkerzen verwendet werden. Somit ist beispielsweise die über die Rohrleitung mit dem Reaktor verbundene Rohgasseite der Filtration unter den senkrecht angeordneten Filterkerzen angeordnet und die Reingasseite ist oberhalb der Filterkerzen angeordnet. Die Filtration dient hierbei zur Abreinigung der Pyrolysedämpfe bzw. -gase, um diese von Feinpartikeln aus beispielsweise Pyrolysekoks, festen Zuschlagstoffen und Abriebsand zu trennen. Durch die erfindungsgemäße separate Integration der Filtration in das Gesamtsystem, können hochwertigere, nämlich kürzere, leichtere und partikelfreiere, Dämpfe und Gase erzeugt werden.Filter candles mounted vertically from top to bottom can preferably be used for filtration. Thus, for example, the raw gas side of the filtration that is connected to the reactor via the pipeline is arranged below the vertically arranged filter candles and the clean gas side is arranged above the filter candles. The filtration serves to clean the pyrolysis vapors or gases in order to separate them from fine particles such as pyrolysis coke, solid additives and abrasive sand. By integrating the filtration separately into the overall system according to the invention, higher quality, namely shorter, lighter and less particle-free, vapors and gases can be generated.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Filtration wenigstens ein weiteres Heizmittel, das zur Temperatursteuerung der Pyrolysedämpfe eingerichtet ist, aufweisen. Die Temperaturführung der Pyrolysegase lässt sich damit weiter verbessern.According to a further preferred embodiment, the filtration can have at least one further heating means which is set up to control the temperature of the pyrolysis vapors. The temperature control of the pyrolysis gases can thus be further improved.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von hochwertigen feststofffreien Pyrolysedämpfen aus kohlenstoffhaltigen Abfällen, beispielsweise mit einem Pyrolysereaktor der oben genannten Art, kann dem Reaktor mittels der wenigstens einen Fördereinrichtung ein Gemisch aus Sand und kohlenstoffhaltigen Abfällen zugeführt werden. Das Gemisch aus Sand und kohlenstoffhaltigen Abfällen kann in dem Reaktor mittels des wenigstens einen Heizmittels auf eine Pyrolysetemperatur der kohlenstoffhaltigen Abfälle erwärmt werden, wodurch sich Pyrolysedämpfe bilden, die aus dem Reaktor über die beheizbare Rohrleitung in die, beispielsweise seitlich neben dem Reaktor angeordnete, Filtration geleitet werden. In der Filtration werden die Pyrolysedämpfe vorzugsweise von unten nach oben durch senkrecht angeordneten Filterkerzen geleitet.In a method according to the invention for producing high-quality solid-free pyrolysis vapors from carbon-containing waste, for example with a pyrolysis reactor of the type mentioned above, a mixture of sand and carbon-containing waste can be fed to the reactor by means of the at least one conveying device. The mixture of sand and carbon-containing waste can be heated in the reactor by means of the at least one heating means to a pyrolysis temperature of the carbon-containing waste, whereby pyrolysis vapors are formed, which are passed from the reactor via the heatable pipeline into the filtration, for example arranged laterally next to the reactor become. During filtration, the pyrolysis vapors are preferably passed from bottom to top through vertically arranged filter candles.

Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung in dem Reaktor mittels des wenigstens einen Heizmittels innerhalb unterschiedlicher Heizzonen individuell, wobei die kohlenstoffhaltigen Abfälle in einer in Materialflussrichtung ersten Heizzone, d.h. in einer beispielsweise an eine Eintrittsschleuse anschließenden Heizzone, auf über 100° C erhitzt werden und in einer in Materialflussrichtung letzten Heizzone, d.h. in einer beispielsweise einer Austrittsschleuse unmittelbar vorgeschalteten Heizzone, auf über 500° C erhitzt werden. Die Fördereinrichtung, beispielsweise ein Doppelschneckenwärmetauscher, fördert die kohlenstoffhaltigen Abfälle von der ersten Heizzone durch etwaige weitere Heizzonen zur letzten Heizzone. So können nach einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wenigstens drei, beispielsweise fünf oder mehr, Heizzonen vorgesehen sein, die die kohlenstoffhaltigen Abfälle mittels der Fördereinrichtung nacheinander durchlaufen. In einer ersten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 80° C bis 150° C, z.B. über 100° C erhitzt werden. In einer zweiten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 150° C bis 250° C, z.B. über 180° C erhitzt werden. In einer dritten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 250° C bis 350° C, z.B. über 300° C erhitzt werden. In einer vierten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 350° C bis 450° C, z.B. über 400° C erhitzt werden. In einer fünften Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 450° C bis 600 °C, z.B. über 500° C erhitzt werden. In etwaigen weiteren Heizzonen wird die Temperatur vorzugsweise anschließend konstant gehalten.Preferably, the heating in the reactor takes place individually by means of the at least one heating means within different heating zones, with the carbon-containing waste being heated to over 100 ° C in a first heating zone in the material flow direction, ie in a heating zone adjoining an inlet lock, for example, and in one in the material flow direction last heating zone, ie in a heating zone immediately upstream of an exit lock, for example, to be heated to over 500 ° C. The conveying device, for example a twin screw heat exchanger, conveys the carbon-containing waste from the first heating zone through any further heating zones to the last heating zone. So after one execution Example of the method at least three, for example five or more, heating zones can be provided, which pass through the carbon-containing waste one after the other using the conveyor device. In a first heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 80° C. to 150° C., for example above 100° C. In a second heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 150° C. to 250° C., for example above 180° C. In a third heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 250° C. to 350° C., for example above 300° C. In a fourth heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 350° C. to 450° C., for example above 400° C. In a fifth heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 450 ° C to 600 ° C, for example above 500 ° C. The temperature is then preferably kept constant in any further heating zones.

Zusätzlich oder alternativ kann auch die Temperatur der Pyrolysedämpfe in der Filtration mittels des wenigstens einen weiteren Heizmittels gesteuert werden. Additionally or alternatively, the temperature of the pyrolysis vapors in the filtration can also be controlled by means of the at least one further heating means.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the drawings. All described and/or illustrated features, individually or in any combination, form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their relationships.

Es zeigen schematisch:

1 die Komponenten eines erfindungsgemäßen Pyrolysereaktors in Querschnittsansicht; und
2 die Komponenten eines erfindungsgemäßen Pyrolysereaktors in Längsschnittsansicht.

It shows schematically:

1 the components of a pyrolysis reactor according to the invention in a cross-sectional view; and
2 the components of a pyrolysis reactor according to the invention in a longitudinal section view.

Der in den Figuren dargestellte Pyrolysereaktor 1 weist im Wesentlichen eine Reaktionseinheit 2 sowie eine Filtration 3 auf, die zusammen eine gegenüber der Umgebung isolierte thermische Einheit bilden, was in 1 durch eine gestrichelt dargestellte thermische isolierende Einhausung 4 angedeutet ist (in 2 nicht gezeigt). In der dargestellten Ausführungsform ist die Filtration 3 seitlich neben der Reaktionseinheit 2 angeordnet und mit diesem über eine Rohrleitung 5 strömungsverbunden.The pyrolysis reactor 1 shown in the figures essentially comprises a reaction unit 2 and a filtration unit 3, which together form a thermal unit isolated from the environment, which in 1 is indicated by a dashed thermal insulating enclosure 4 (in 2 not shown). In the embodiment shown, the filtration 3 is arranged laterally next to the reaction unit 2 and is fluidly connected to it via a pipeline 5.

In der Reaktionseinheit 2 ist ein Doppelschneckenwärmetauscher 6 mit zwei Förderschnecken 6A, 6B angeordnet, die sich beispielsweise im Betrieb mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die gleiche Richtung drehen können, so dass eine kontinuierliche gegenläufige Bewegung der Schneckenflügel entsteht. Jede der beiden Förderschnecken 6A, 6B kann hierzu mit einem Antrieb 7 versehen sein und in an sich bekannter Weise über Lagerungen 8 drehbar geführt sein. Zur Zufuhr von beispielsweise kohlenstoffhaltigen Abfällen in den Reaktor 2 kann diese mit einer Eintrittsschleuse 9 versehen sein. Über eine Austrittsschleuse 10 im Bereich des gegenüberliegenden Endes des Doppelschneckenwärmetauschers 6 können feste oder flüssige Pyrolyseprodukte aus dem Reaktor 2 ausgebracht werden. In einen Mischer 11 kann den kohlenstoffhaltigen Abfällen wenigstens ein, vorzugsweise partikelförmiges, Wärmeleit- und/oder Reinigungsmedium, wie beispielsweise Sand oder Metallpartikel, beigemischt werden, bevor diese über die Eintrittsschleuse 9 in einen Reaktionsraum 12 eingebracht werden, der den Doppelschneckenwärmetauscher 6 umgibt.A double screw heat exchanger 6 with two screw conveyors 6A, 6B is arranged in the reaction unit 2, which can, for example, rotate in the same direction at different speeds during operation, so that a continuous counter-rotating movement of the screw blades is created. For this purpose, each of the two screw conveyors 6A, 6B can be provided with a drive 7 and can be rotatably guided via bearings 8 in a manner known per se. To feed, for example, carbon-containing waste into the reactor 2, it can be provided with an inlet lock 9. Solid or liquid pyrolysis products can be discharged from the reactor 2 via an outlet lock 10 in the area of the opposite end of the twin screw heat exchanger 6. At least one, preferably particulate, heat-conducting and/or cleaning medium, such as sand or metal particles, can be added to the carbon-containing waste in a mixer 11 before they are introduced via the inlet lock 9 into a reaction space 12 which surrounds the twin-screw heat exchanger 6.

Der Reaktionsraum 12 kann über mehrere Heizmittel 13 temperiert werden. In der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt vier Heizmittel 13 gezeigt, es können jedoch mehr als die dargestellten vier Heizmittel 13 vorgesehen sein, insbesondere können acht Heizkreise als Heizmittel vorgesehen sein. Durch diese vorzugsweise unterschiedlich temperierbaren Heizkreise werden in dem Reaktionsraum 12 unterschiedliche Heizzonen gebildet, die die kohlenstoffhaltigen Abfälle mittels des Doppelschneckenwärmetauschers 6 nacheinander durchlaufen, um dabei auf die für die Pyrolyse gewünschte Temperatur erwärmt zu werden. Beispielsweise können in einer ersten Heizzone die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 80° C bis 150° C, z.B. über 100° C erhitzt werden. In einer zweiten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 150° C bis 250° C, z.B. über 180° C erhitzt werden. In einer dritten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 250° C bis 350° C, z.B. über 300° C erhitzt werden. In einer vierten Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 350° C bis 450° C, z.B. über 400° C erhitzt werden. In einer fünften Heizzone können die kohlenstoffhaltigen Abfälle auf eine Temperatur von 450° C bis 600 °C, z.B. über 500° C erhitzt werden. In etwaigen weiteren Heizzonen wird die Temperatur vorzugsweise anschließend konstant gehalten. Die Heizmittel können beispielsweise elektrisch beheizte Wärmetauscher sein, die eine besonders gute Temperatursteuerung ermöglichen. The reaction space 12 can be tempered using several heating means 13. In the illustrated embodiment, a total of four heating means 13 are shown, but more than the four heating means 13 shown can be provided, in particular eight heating circuits can be provided as heating means. Through these heating circuits, which can preferably be heated at different temperatures, different heating zones are formed in the reaction space 12, through which the carbon-containing waste passes through one after the other by means of the twin-screw heat exchanger 6 in order to be heated to the desired temperature for the pyrolysis. For example, in a first heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 80° C. to 150° C., for example above 100° C. In a second heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 150° C. to 250° C., for example above 180° C. In a third heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 250° C. to 350° C., for example above 300° C. In a fourth heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 350° C. to 450° C., for example above 400° C. In a fifth heating zone, the carbon-containing waste can be heated to a temperature of 450 ° C to 600 ° C, for example above 500 ° C. The temperature is then preferably kept constant in any further heating zones. The heating means can, for example, be electrically heated heat exchangers, which enable particularly good temperature control.

Durch die Erhitzung der kunststoffhaltigen Abfälle innerhalb des Reaktionsraums 12 entstehen unter anderem Pyrolysedämpfe, die über die Rohrleitung 5 der Filtration 3 zugeleitet werden können, um die Pyrolysedämpfe von Feinpartikeln aus Pyrolysekoks, festen Zuschlagstoffen und Abriebsand zu reinigen. Hierzu sind in der Filtration mehrere Filterkerzen 14 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Filterkerzen 14 senkrecht ausgerichtet, wobei die Pyrolysedämpfe von unten nach oben durch die Filterkerzen 14 geleitet werden. In der in 1 gezeigten Filtration 3 ist somit die Rohgasseite 15 unterhalb der Filterkerzen 14 ausgebildet und die Reingasseite 16 oberhalb der Filterkerzen 14. Auch die Rohrleitung 5 und/oder die Filtration 3 können mit Heizmitteln 17 versehen sein, um die Temperatur der Pyrolysedämpfe definiert zu steuern.By heating the plastic-containing waste within the reaction chamber 12, pyrolysis vapors are generated, among other things, which can be fed to the filtration 3 via the pipeline 5 in order to clean the pyrolysis vapors of fine particles from pyrolysis coke, solid aggregates and abrasion sand. For this purpose, several filter candles 14 are arranged in the filtration. In the illustrated In this embodiment, the filter candles 14 are aligned vertically, with the pyrolysis vapors being passed from bottom to top through the filter candles 14. In the 1 In the filtration 3 shown, the raw gas side 15 is formed below the filter candles 14 and the clean gas side 16 above the filter candles 14. The pipeline 5 and/or the filtration 3 can also be provided with heating means 17 in order to control the temperature of the pyrolysis vapors in a defined manner.

Mit dem beschriebenen Pyrolysereaktor 1 kann ein Pyrolyseverfahren zur thermischen Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Abfällen in hochwertige feststofffreie Pyrolysedämpfe durchgeführt werden. Der beschriebene Aufbau mit dem in unterschiedlichen Heizzonen beheizbaren Reaktor 1 sowie der individuellen temperierbaren Kreis auch der Rohrleitung 5 und/oder der Filtration 3 ermöglichen es, die Kontrolle über die chemischen Reaktionen besser zu steuern. Hierdurch können in dem erfindungsgemäßen Pyrolysereaktor 1 definiert hochwertigere, nämlich kürzere, leichtere und partikelfreiere Dämpfe und Gase erzeugt werden.The described pyrolysis reactor 1 can be used to carry out a pyrolysis process for the thermal conversion of carbon-containing waste into high-quality solid-free pyrolysis vapors. The described structure with the reactor 1 that can be heated in different heating zones and the individual temperature-controlled circuit of the pipeline 5 and/or the filtration 3 make it possible to better control the chemical reactions. This means that higher-quality vapors and gases can be generated in the pyrolysis reactor 1 according to the invention, namely shorter, lighter and more particle-free vapors and gases.

BezugszeichenReference symbols

11: PyrolysereaktorPyrolysis reactor
22: ReaktionseinheitReaction unit
33: FiltrationFiltration
44: EinhausungEnclosure
55: RohrleitungPipeline
66: DoppelschneckenwärmetauscherTwin screw heat exchanger
6A, 6B6A, 6B: FörderschneckeAuger
77: Antriebdrive
88th: Lagerungstorage
99: EintrittsschleuseEntrance gate
1010: AustrittsschleuseExit lock
1111: Mischermixer
1212: ReaktionsraumReaction chamber
1313: HeizmittelHeating medium
1414: FilterkerzeFilter candle
1515: RohgasseiteRaw gas side
1616: ReingasseiteClean gas side
1717: HeizmittelHeating medium

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2622048 B1 [0003]

Claims

Pyrolysis reactor for producing high-quality solid-free pyrolysis vapors from carbon-containing waste, the pyrolysis reactor (1) having a reaction unit (2) and a filtration (3), and wherein the reaction unit (2) has at least one conveyor device (6) which is used to transport carbon-containing waste is set up, and has at least one heating means (13), which is set up to heat the carbon-containing waste to a pyrolysis temperature, characterized in that the filtration (3) is arranged at a distance from the reaction unit (2) and with this via a heatable pipeline (5) is in flow connection.

Pyrolysis reactor according to Claim 1 , characterized in that the reaction unit (2), the filtration (3) and the pipeline (5) form a thermal unit insulated from the environment.

Pyrolysis reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating means (13) is set up to individually control the heating of several heating zones within the reaction unit (2).

Pyrolysis reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating means (13) comprises an indirectly electrically heated heat exchanger.

Pyrolysis reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one conveyor device (6) has a double screw conveyor which is set up so that the screw blades of the two conveyor screws (6A, 6B) move in opposite directions relative to one another.

Pyrolysis reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one conveying device (6) is preceded by a device (11) for metering heat transfer and/or cleaning particles, in particular sand, to the carbon-containing waste.

Pyrolysis reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the filtration (3) is arranged next to the reaction unit (2) and/or is designed such that the raw gas side (15) of the filtration connected to the reaction unit (2) via the pipeline (5) is arranged below vertically arranged filter candles (14) and the clean gas side (16) is arranged above the filter candles.

Pyrolysis reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the filtration (3) has at least one further heating means (17) which is designed to control the temperature of the pyrolysis vapors.

Method for producing high-quality solids-free pyrolysis vapors from carbon-containing waste using a pyrolysis reactor (1) according to one of the preceding claims, wherein A mixture of sand and carbon-containing waste is fed to the reaction unit (2) by means of the at least one conveyor device (6), the mixture of sand and carbon-containing waste in the reaction unit (2) is heated to a pyrolysis temperature of the carbon-containing waste by means of the at least one heating means (13), whereby pyrolysis vapors are formed, the pyrolysis vapors from the reaction unit (2) via the pipeline (5). the filtration (3), which is preferably arranged laterally next to the reaction unit (2), and the pyrolysis vapors in the filtration (3) are passed from bottom to top through the vertically arranged filter candles (14).

Procedure according to Claim 9 , characterized in that in the reaction unit (2) the heating is carried out individually within different heating zones by means of the at least one heating means (13) and/or the temperature of the pyrolysis vapors in the filtration (3) is controlled by means of the at least one further heating means (17). , whereby the carbon-containing waste is heated to over 100 ° C in a first heating zone in the material flow direction and to over 500 ° C in a last heating zone in the material flow direction.