DE10316969A1

DE10316969A1 - Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von Reststoffen in kontinuierlich gereinigten und beheizten Rohrbündelreaktoren

Info

Publication number: DE10316969A1
Application number: DE2003116969
Authority: DE
Inventors: Jochen Herrlinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-12-02
Also published as: WO2004092305A1; AU2003304047A1; DE10394256D2

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die es ermöglicht, aus den meisten kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen, wie Kunststoffe, Öle, Fette, getrocknetem Müll, Holz, Papier, Faulschlamm und landwirtschaftliche Rückstände und Fasern, katalytisch mit speziellen ionentauschenden Katalysatoren im Öl-Katalysator-Suspensions-Kreislauf ein Öl zu erzeugen, dass dieselmotorisch verwendet werden kann und keinerlei Giftstoffe durch Halogenverbindungen aufweist, da die Halogene als Salz gebunden werden.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Behandlung von Reststoffen aus der Entsorgung, um diese durch katalytische Behandlung in einem Trägerölbad mit suspendierten molekular feinen Katalysatoren aufzuarbeiten in eine Kohlenwasserstofffraktion, den festen Rückstand aus anorganischen Bestandteilen und elementaren Kohlenstoff und einer kleinen Gasfraktion zur Sicherstellung des Energiebedarfes des Prozesses.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die in den Reststoffen enthaltenen Brennstoffe in Form von Kohlenwasserstoffen nicht durch Reaktion mit Sauerstoff durch die Verbrennung oder Vergasung freizusetzen, sondern diese durch katalytische Behandlung unter Luftausschluss im Ölbad in stofflicher Form freizusetzen und als Wertstoff zu gewinnen. Dieses dient der Vermeidung der Bildung von CO₂ in der Reststoffentsorgung und der Herstellung von Brennstoffen oder Treibstoffen aus den Reststoffen.

Der Reststoff in Form von gesammelten Müll betrieblicher, nicht wieder aufarbeitbarer Öle, Kunststoffe oder Fasern oder trockener, landwirtschaftlicher Reststoffe, die aus einen hohen Anteil von Kohlenwasserstoffen bestehen, soll so lange im Ölbad verweilen bis durch katalytische Motekülverkürzung diese Kohlenwasserstoffe als Kohlenwasserstoffdampf abgetrennt werden.

Bekannt ist dieses Verfahren durch die Patentschrift DE 100 49 377 C2 . In dem Patent wird ein solcher Prozess beschrieben, bei dem in einem Ölkreislauf mit einem Natrium-Aluminiumsilikat als Katalysator diese Zerlegung der Reststoffe in ein Kohlenwasserstoff Produkt in Form von Treibstoff und etwas Gas und dem nach unten ausgetragenen anorganischen und kohlenstoffhaltigen Feststoff erfolgt.

Dieser Prozess enthält eine Reihe von Nachteilen, die die Wirtschaftlichkeit der Durchführung des Prozesses beeinträchtigen. Das betrifft den Prozess als solchen als auch die Art des Katalysators und die Verfügbarkeit der Anlagentechnik auf Grund der sich einstellenden Verschmutzung.

Es wurde nämlich festgestellt, dass sich der Prozess in der erfindungsgemäßen Form nur kurzzeitig und nur für eine kleine Gruppe der kohlenwasserstoffhaltigen Rückstände verwenden lässt. So wird nur bei relativ reinen Altölen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen eine erfindungsgemäße Zersetzung erreicht. Bei einem Großteil der möglichen Einsatzstoffe, wie getrockneten Hausmüll, Holz, füllstoffhaltigen Kunststoffen und getrockneten landwirtschaftlichen Produkten führt diese Anlagentechnik zu einem Versagen des Systems, der die Wirtschaftlichkeit des Prozesses in Frage stellt.

Es hat sich nämlich herausgestellt, dass der erfinderische Prozess nur über einen kürzeren Zeitraum von Tagen aufrecht erhalten werden kann. Danach ist eine gründliche Reinigung unbedingt notwendig, um die Wirkungen der Ablagerungen, die den Prozess stark beeinträchtigen zu unterdrücken und die Ablagerungen entsorgen zu können.

Dieses ergibt sich dadurch, dass die zur Beheizung der Rohre eingeleiteten Gase an den Stellen mit der höchsten Abgastemperatur eine partielle Zersetzung des Gemisches bewirken, die die periodische Reinigung erforderlich macht. Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, einen Prozess zu finden, der die katalytische Zersetzung der in den Reststoffen enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu kondensierbaren Kohlenwasserstoffdämpfen in Form von Treibstoffen kontinuierlich ermöglicht. Dazu muss ein Prozess gefunden werden, der die Nachteile des geschilderten Prozesses vermeidet, eine kontinuierliche Produktion und damit eine Wirtschaftlichkeit der Umsetzung ermöglicht.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass es eine Anlagenkonstellation, ein Katalysator und ein Verfahren gibt, das die Umsetzung von kohlenwasserstoffhaltigen Reststoffen relativ vollständig zu Treibstoffdampf, sauber abgetrennten anorganischen Feststoffen und einer geringen Menge an Spaltgas so durchführt, dass das Treibstoffprodukt auch bei höheren Halogenbelastungen des Eingangsproduktes frei an Schadstoffen, wie Dioxine und andere halogenhaltige Verbindungen ist.

Dabei ergibt sich eine vollständig andere Anlage, Katalysator und Verfahren als in dem Stand der Technik beschrieben. Nur so lässt sich die unwirtschaftliche Verfügbarkeit von max. 30 % auf die wirtschaftliche Verfügbarkeit von 80 bis 95 % erhöhen, die katalytische Aktivität während des ganzen Betriebes auch für die unterschiedlichen Einsatzstoffe erhalten und die Trennung der festen, anorganischen Rückstände aus den Einsatzstoffen vollständig gewinnen, d. h. ahne externen Service aus der Anlage entfernen.

Möglich wird dieses durch die Verlegung der Reaktion des Reaktionsgemisches aus Trägeröl, suspendierten Katalysator und eingegebenen Reststoffe in die beheizten Rohrbündel, die ein kontinuierliches Reinigungssystem besitzen. Die dabei entstehenden Produktdämpfe (Treibstoffdämpfe) bilden den Antrieb für einen Kreislauf des Öles bzw. Öl/Dampf-Gemisches über einen Spezialzyklon mit darunterliegendem Abscheider (Schräglamellenklärer) und darüber liegenden Dampfsicherheitsbehälter mit Aerosolabscheidung.

Der eingegebene Katalysator wird in seine aktive Form erst im Kreislauf gebildet, indem die eingegebenen Alkalialuminiumsilikate durch Ionentausch in Kalziumaluminiumsilikat, dem am besten geeigneten Katalysator, gebildet werden. Die Beheizung wird vorzugsweise an den Reaktionsrohren durch elektrische Mantelheizkörper vorgenommen. Der dazu benötigte elektrische Strom wird in einer zur Anlage gehörenden Stromerzeugungseinheit mit Dieselmotoren erzeugt. Der Diesel ist das Produkt der Anlage, die ihre Trocknungskapazität aus dem Auspuffgas des Dieselmotors bezieht.

Überraschenderweise zeigt sich diese Anordnung als besonders sicher und wirtschaftlich, da die Einheit nur ca. 10 % des Produktes der Anlage zur Erzeugung des von der Anlage benötigten elektrischen Stromes benötigt. Die Verluste der Anlage sind in der Anordnung dadurch besonders niedrig, da die Wärmeausnutzung in der Anlage durch Isolation des Reaktors hoch und die in Dieselmotoren zwangsläufig anfallende Abwärme des Auspuffes fast immer vollständig für die Trocknung (thermische Entwässerung) der Eingangsstoffe benötigt wird. Der mögliche Überdruck des Auspuffgases ermöglicht zudem eine wirtschaftliche Trocknung und optimale Vermischung von zu trocknenden Gut und Auspuffgas.

1 zeigt die Elemente der erfinderischen Vorrichtung.

Mit 1 ist Reaktor bezeichnet, der in 2 näher erläutert ist. Er ist verbunden über eine Rohrleitung mit dem Zyklon 3 und einem Abscheidebehälter 2. Der Zyklon 3 ist verbunden mit einem Sicherheitsbehälter 4 mit innenliegenden Tröpfchenabscheider (Demistoren). Oberhalb des Sicherheitsbehälters 4 ist die Destillationskolonne 5 angeordnet. Diese ist verbunden mit dem Kondensator 6.

Am unteren Ende ist der Reaktor 1 mit einem Vorwärmbehälter 7 verbunden, der etwa den gleichen Aufbau hat wie der Reaktor 1 und mit dem Rauchgasrohr des dieselbetriebenen Stromerzeugers 8 verbunden ist. Die Verbindung des Rauchgasrohres nach außen nach dem Vorwärmbehälter 7 ist das Rohr 26. Der Vorwärmbehälter 7 ist nach oben mit einem Kondensator für Wasser 8 verbunden. Die Einheit 7 und 8 werden als thermische Entwässerungsanlage bezeichnet.

Am unteren Ende besitzt der Vorwärmbehälter 7 eine Verbindungsleitung zum Abscheidbehälter 10 über die Speisepumpe 29. in dem Behälter 10 befindet sich eine Überlauftrennwand, die die Einlaufzone der Zufuhrleitung von der Auslaufzone zum Vorwärmbehälter 7 trennt. Der Behälter besitzt neben der Zulaufleitung oben Wasserablaufleitung unten.

Auf der anderen Seite neben den Reaktorbehälter, Zyklon und Abscheidebehälter befindet sich der Feststoffabscheidebehälter 11 und die Vakuumpumpe 12, die für die Abtrennung der Produktanteile verwendet werden, die nicht zu dem Produkt Diesel bzw. leichtes Heizöl gehören, die aus den Stoffen der Eingangsstoffbehälter 13, 14, und 15 erzeugt werden. Der Behälter 13 beinhaltet die festen Eingangsstoffe für die Verölung. Der Behälter 14 ist ein Dosierbehälter für die Mischung aus Katalysator und Produkt und der Behälter 15 ist ein Dosierbehälter für die Mischung aus Kalk und Produkt.

Die in den 3 Behältern über die darunterliegenden Eintragsschnecke eingetragenen, nicht reaktionsfähigen Feststoffanteile werden in der beheizten Förderschnecke 16 entölt. Der dabei entstehende Öldampf geht über die Leitung 17 in den Sicherheitsbehälter 4. Die entölten Rückstände fallen in den Rückstandsbehälter 11.

Seitlich zur Destillationskolonne 5 sind die Kühler 18 angeordnet. Damit werden die Produkte 22, 21, 20 und 19 gekühlt. Die Zusammensetzung der Produkte 22–19 wird bestimmt durch die Öffnung des Rücklaufventils 23, womit das Rücklaufverhältnis eingestellt wird. Der in dem Produkt enthaltene Wasseranteil wird in dem in Kammern eingeteilten Kondensator 6 an dem Ventil 24 ausgeschieden. Ein Leitfähigkeitssensor öffnet und schließt dieses Ventil, je nach Wasseranteil.

Die für das Rücklaufventil 23 notwendige Leitung ist die Rücklaufleitung 25, die auch die Entleerungsleitung für den Kondensator 6 ist. Diese ist mit dem Abscheidebehälter 26 verbunden. Dieser hat auch eine Verbindungsleitung mit der Oberseite des Kondensators 6 über die Produktgasleitung 27. Damit sorgt der Abscheidebehälter 26 für die Abscheidung von flüssigen Anteilen aus dem Produktgas.

Der Abscheidebehälter 26 ist an der Oberseite mit einer Rohrleitung mit dem Zyklon 28 verbunden. Dieser besitzt, wie auch der Zyklon 3 eine Verlängerung der Einlaufdüse in den Zyklon mit venturiartiger Verengung. Damit werden auch kleine Flüssigkeitspartikel zuverlässig abgeschieden, ehe das Gas über die Vakuumpumpe 12 in den Dieselmotor 9 mit einer Rohrleitung geleitet wird.

2 zeigt den für die Funktion der Erfindung wichtigsten Behälter, dem Reaktor. Dieser besteht aus einem Behälter mit innenliegender Förderschnecke und Rührer 30. Die Förderschnecke mit Rührer wird in einem Eintragsrohr 31 geführt. Konzentrisch um das innenliegende Rohr mit der Förderschnecke 31 liegen die Reaktionsrohre 32. Um diese herum sind die elektrischen Heizkörper 33 angeordnet. Diese besitzen die elektrischen Leitungen 40. Die Isolationsschalen 34 liegen konzentrisch um die elektrisch beheizten Rohre 32.
Der Reaktorbehälter 30 besitzt als Zu- und Ableitung die Rohrstutzen 38 und 39 für den Umlauf und als Eingangstoffzuführung die Rohrleitung 37 und die Förderschnecke in der Mitte. Der Reaktorbehälter ist somit als tragendes Stahlgehäuse nur die obere und untere Kammer und die Verbindungsrohrleitungen in Form des konzentrischen Mittelrohres und der konzentrisch darum herum angeordneten, beheizten Rohre. Alle Rohe sind isoliert und die konzentrisch um das Mittelrohr angeordneten Rohre sind dazu elektrische geheizt mit Rohrheizkörper. Diese konzentrisch um das Mittelrohr angeordneten Rohre besitzen dazu angetriebene Reinigungsspiralen in jedem Rohr. Diese können aus Reinigungselementen bestehen, so dass bei jeder Umdrehung die Rohrwand gerade einmal gereinigt wird als auch aus einer Art durchlöcherter Förderschnecke.
Die nachfolgenden beiden Figuren zeigen das erfindungsgemäße Verfahren. In 3 ist der Reaktor mit 41 bezeichnet. Dieser führt die Erwärmung des Kreislauföles in dem Reaktor durch. Dazu sind in dem Reaktor Heizelemente elektrisch oder mit Gasflamme enthalten. Die Vorgänge im einzelnen zeigt die 4. In den Reaktor gelangen die Eingangsstoffe feste, kohlenwasserstoffhaltige Rückstände (53), in Produkt gelöster Katalysator 54 und in Produkt gelöster Regenerator in Form von Kalk 55. Der flüssige Eingangsstoff, wie beispielsweise Altöle oder Fette gelangen über die mechanische Wasserabscheidung 50, die thermische Wasserabscheidung 57 in den unteren Bereich des Reaktors 41.
Die Energie für den katalytischen Prozess gelangt über die Elektroheizung oder Gasheizung in den Reaktor 41. Diese wird erzeugt aus dem Produkt in dem Dieselmotor 49. Dieser gibt auch die Wärme für die Wasserabscheidung in der thermischen Entwässerung in dem Vorwärmer 47. Dieser verdampft das Wasser, das sich in dem Kondensator 48 ansammelt und abgegeben werden kann.
Die Hauptreaktion in dem Reaktor 41 geschieht zwischen dem suspendierten Katalysator in dem Kreislauföl in dem Kreislauf, der gebildet wird durch den Reaktor 41, dem Hydrozyklon 43 und dem Abscheidebehälter 42. Der Kreislauf wird durch die Erwärmung in dem Reaktor 42 und der Bildung von Produktdampf aus den eingegebenen Reststoffen beschleunigt.
Die Dampfbildung ist das Ergebnis des katalytischen Depolymerisationsprozesses, d. h. der Molekülverkürzung auf Grund der katalytischen Spaltung. Dabei lagern sich die Kohlenwasserstoffmoleküle an den Katalysator an. Im angelagerten Zustand verkürzen sich die Moleküle so lange bis die Reaktionstemperatur von 330 bis 400°C, je nach Reststoffart, die Verdampfungstemperatur erreicht haben. Dadurch ist das Produkt mit vorwiegend (> 95 %) Diesel vorgegeben.
Der Katalysator ist ein Ionentauscher. Er neutralisiert eingegebene Anteile an Halogenen mit dem am Katalysator anhängenden Kation zu Salzen schon bei Temperaturen unterhalb von 300°C. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass der Katalysator dadurch das anhängende Kation verliert und aufnahmefähig für ein neues Kation ist. Aus wirtschaftlichen und katalysatortechnischen Gründen erfolgt die Regeneration des Kations durch Kalk. Der Katalysator Natriumaluminiumsilikat oder Kalziumaluminiumsilikat wandelt sich dadurch immer in Kalziumaluminiumsilikat um. Dieses ist auch die aktivste Katalysatorform und hat die niedrigste Umwandlungstemperatur und höchste Selektivität, d. h. größte Dieselausbeute.
Ebenfalls überraschenderweise wurde damit das Verfahren über den Katalysator und seine Konzentration im Gemisch zu einem besonders einfach regelbaren Prozess. Die Katalysatordosierung kann nun über die Reaktionstemperatur erfolgen. Die Produktionsmenge bei einer eingestellten Temperatur wird über die Katalysatorkonzentration eingestellt. Dieses ist vergleichbar mit der Borkonzentration in einem Kernkraftwerk.
Die Aufbereitung des Produktes enthält eine Reihe von überraschenden Effekten, die für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses von großer Bedeutung ist. So wurde nun gefunden, dass das Produkt aus dem 2. Schuss so gewonnen wird, dass das Rücklaufverhältnis über das Ventil 63 so eingestellt wird, dass die Kondensationstemperatur dort zwischen 270 und 300°C, vorzugsweise bei 285°C liegt. Dieses Produkt wird nun nicht in reiner Form dem Dieselmotor zugeführt, sondern mit 2–8% des Produktes am Ausgang 59 gemischt, um die Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpe zu erhalten.
Die nicht kondensierbaren Gase aus dem Kühler 46 werden über die Leitung 67 in den Abscheide- und Produktbehälter für leichte Fraktionen 66 geleitet und von dort über den Zyklon 68 und die Vakuumpumpe 52 in den Dieselmotor 49, der in der Ansaugluft damit auch brennbares Gas hat. Die in dem Kreislauf der Behälter 41, 42, und 43 in dem Behälter 42 anfallenden Feststoffe lagern sich dort am Boden ab. Dieses wird verstärkt durch die Schräglamellen, die ein Aufwirbeln dieser Stoffe verhindern.
Diese dort lagernden Feststoffe werden in ihrer Isolationswirkung erfasst. Wenn die Temperatur am Boden sinkt, steigt die Schichtdicke durch die Isolationswirkung. Ab einer Mindesttemperatur wird die Förderschnecke 56 angetrieben. Sie besitzt eine mit Siebelementen versehene Schnecke, die für den Ablauf überflüssigen Öles nach unten sorgt. Der Bereich außerhalb des Behälters ist beheizt und trocknet den Feststoffkuchen vollständig ab. Der dabei entstehende Dampf wird durch die Leitung 57 in den Prozess rezirkuliert.
Der getrocknete Feststoffkuchen gelangt in den Behälter 51 und wird von dort entsorgt oder weiter verwendet. Die Art der Weiterverwendung hängt von den Einsatzstoffen ab. Bei Ölen, Teeren und Kunststoffen entsteht an dieser Stelle nur eine geringe Menge zusätzlichen Rückstandes zu dem 1 % Katalysator verbraucht. Bei Papier, Trockenstabilat, landwirtschaftlichen Rückständen und getrockneten Abfällen entsteht hier, neben etwas Keramik und Metallen vor allem getrockneter Kohlenstoff. Dieser hat bei landwirtschaftlichen Eingangsstoffen die Qualität von Holzkohle und dient deshalb als sauberer Brennstoff, auch bei Einsatzstoff Problemholz, da die Halogene über den ionentauschenden Katalysator als Salz bereits zurückgehalten wurden.
In dem Fall von landwirtschaftlichen Einsatzstoffen und Papier ergibt sich auch ein Wasseranteil an dem Ventil 64. Hier sitzt auch der pH-Wert-Geber, der die Menge an dem Neutralisationsmittel 55 so dosiert, dass durch den neutralen pH-Wert 7 die Belastung von Chlor in dem Produkt ausgeschlossen ist. Damit werden in dem Produkt auch die Stoffe Dioxin, PCB und PCP ausgeschlossen.
Die überraschenderweise gefundene erfinderische Besonderheit, die die kontinuierliche und damit wirtschaftliche Betriebsweise ermöglicht, ist in 4 dargestellt. Der Reaktor 70 vermeidet Ablagerungen durch die Reinigungselemente 76, die die Rohre 72 kontinuierlich reinigen. Diese Reinigung ist ausreichend, wenn von Zeit zu Zeit die Reinigungswelle einmal die gesamte Oberfläche in den Rohren in einem Mindestabstand von 0,5 bis 1 mm von der Wand abfährt. Dazu ist keine geschlossene Schnecke notwendig, sondern nur Reinigungselemente, die bei 360°C Umdrehung den Rohrabschnitt reinigt. Das geschieht durch die aufgesetzten Paddeln oder mit Durchtrittsöffnungen versehene Schneckenwendel.
Die in der Mitte eingesetzte Schneckenwendel transportiert die zugeführten Feststoffe in den unteren Teil des Reaktors, der den Rührer enthält. Die Rührwirkung bewirkt das verstärkte Schmelzen der Kunststoffe, den Kontakt mit dem Ionentauscherkatalysator und der Verteilung des molekular feinen Katalysators in der gesamten Suspension. Der Hauptteil der Vermischung geschieht jedoch durch den Umlauf der Flüssigkeit im Kreislauf.
Die katalytische Umsetzung bei so tiefen Temperaturen von unter 400°C vermeidet die Disproportionierung der Kohlenwasserstoffmoleküle zu Methan und Koks. Die bei diesem katalytischen Prozess mit diesem Katalysator, Kalziumaluminiumsilikat, entstehenden Produkte vermeiden die Kohlenstoffentstehung auch ohne Druck und Wasserstoff. Es wird zwar kein zusätzlicher Wasserstoff in das Produkt eingetragen, die entstehenden Alkene sind jedoch produkttechnisch voll ausreichend als Diesel oder Heizöl. Damit sind alle CH₂-enthaltenen Einsatzstoff, wie Kunststoffe, Altöle, Teere und Fette direkt, fast ohne Nebenprodukte, zu Dieselöl umwandelbar.
Bei den Stoffen, die in der Summe nur CH enthalten, erreicht dieser Katalysator eine direkte Aufteilung in CH₂ und C im gleichen Verhältnis. In dem Fall, zu dem die Stoffe, Holz, landwirtschaftliche Rückstände, Papier und in gewissen Rahmen auch die getrockneten Müllfraktionen gehören, enthält der getrocknete Rückstand erhebliche Mengen an Kohlenstoff in einer Art Holzkohlenqualität.
In Erweiterung der Erfindung wurde nun gefunden, dass es möglich ist, die Elektroheizung durch eine Gasheizung zu ersetzen. Die Reaktion lässt sich so beschleunigen, dass die gebildeten Spaltgase ausreichen, die Wärme des Prozesses aufzubringen. In dem Fall wird der Dieselmotor ersetzt durch einen Gasbrenner, der mit dem Produkt Diesel angefahren wird. Bild 5 zeigt die Anordnung der Komponenten mit dieser Beheizungsform.
Mit 81 ist der Reaktor bezeichnet, der statt der Elektroheizung seitlich nach oben angeordnet einen Öl/Gas-Brenner besitzt. Die Anordnung von oben nach untern hat den Sinn, dass bei Versagen eines Reaktorrohres kein Öl nach außen austreten kann, sondern in dem Reaktor gehalten wird. Auf dem Reaktor sind die Reinigungssysteme 110 angeordnet. Zwischen den Rohren ist statt der Isolierung katalytisches Wabenmaterial zwischengeschichtet, um die Rauchgase nachzureinigen und die Wärme der Verbrennung besser zu speichern. In der Mitte des Reaktors 81 ist das Zufuhrrohr für die festen Eingangsstoffe, Katalysator und Neutralisationsmittel angeordnet in der gleichen Weise wie in der 1.
Nach dem Reaktor gelangen die teilweise abgekühlten Rauchgase in den Verdampfer der Destillation, der Sumpfbeheizung 82. Durch die bereits teilweise abgekühlten Rauchgase ist die Verdampfung limitiert und es entsteht keine Pyrolyse. Nach der Sumpfbeheizung gelangen die Rauchgase in die thermische Entwässerung 83, in der der Eingangsstoff Altöl, Bitumen oder Teer von dem absorbierten Wasser befreit wird. Dieses steigt über den Dampfdom 84 in den Kondensator 99.
Die in dem Vorwärmer abgekühlten Rauchgase gelangen nach der thermischen Entwässerung in die Luftvorwärmer und dann durch den Schornstein an die Umgebung. Dabei enthalten alle rauchgasdurchströmten Apparate Wabenkatalysatoren, die die Wärmespeicherung und die Rauchgasreinigung übernehmen. Im Falle von stickstoffhaltigen Einsatzstoffen erfolgt eine Bypassleitung für 10 % der gebildeten Brenngase zu dem Vorwärmer, der dann mit SCR, den Entstickungskatalysatoren gefüllt ist. In den Katalysatoren werden dann die Stickoxide mit diesem Gas in Reaktion vermindert. Die letzte Schicht in dem Rauchgasraum des Vorwärmers ist dann ein Nachverbrennungskatalysator, der die in der Entstickung nicht reduzierten Gase verbrennt.
In der umgekehrten Richtung gelangen die Einsatzstoff, wie beispielsweise Bitumen, Altöle oder Fette, über die Zufuhrleitung 113 in den mechanischen Entwässerungsbehälter, der innerlich ein Überlaufwehr hat, daß das Wasser abtrennt und in einen Absetzbehälter ableitet. Dort wird das restliche Öl nach oben abgeschieden, ehe das Wasser abgegeben wird.
Nach dem mechanischen Entwässerungsbehälter 85 kommen die Einsatzstoffe in den thermischen Entwässerungsbehälter 83, in dem das Wasser dampfförmig abgetrennt, kondensiert und abgegeben wird. Dabei wird das Öl gleichzeitig auf Temperaturen zwischen 200 und 300°C vorgewärmt. Von hier gelangen die vorgewärmten Öle in den Reaktor 81, der im Kreislauf aus ihnen den Produktdampf erzeugt. Dieser Produktdampf gelangt zusammen mit dem nicht umgesetzten Trägeröl, den festen Bestandteilen und dem Spaltgas den Zyklon 89.
Während das Kreislauföl und die festen Bestandteile nach unten in den Absetzbehälter 90 und das Trägeröl zurück in den Reaktor 81 gelangen, strömt der Dampf und das Gas über das Mittelrohr des Zyklons 89 in den Sicherheitsbehälter 88, auf dem sich das Sicherheitsventil 100 befindet. In dem Sicherheitsbehälter befinden sich die Tropfenabscheider, so dass nur der reine Produktdampf aufsteigt. Über die Leitung 101 gelangt dieser Dampf in die Destillationskolonne 96. Kondensierende Anteile des Dampfes gelangen in den Sumpfbehälter 82 und werden dort mit dem Rauchgas verdampft, um die Produktqualität und Sauberkeit in der Kolonne 96 zu erhöhen.
Die Kolonne hat 5 Bodengruppen, sog. Schüsse, die mit den Abgängen 97 und den Kühlem 114, 114, 116, 117 und 118 verbunden sind. Von den Abgängen sind in dem Normalfall nur die Abgänge 114 zu 95 % und 118 zu 5 % geöffnet. Durch die Mischung der beiden Produkte wird die Dieselqualität und die Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpen gewährleistet. Durch die Regelung des Rücklaufventils 103, das einen kleinen Teil der in dem Kühler 101 kondensierten Produktes zurückleitet, wird die Trennwirkung und Qualität des Diesel geregelt.
Unterhalb der Behälter 81, 82, 83, 90 und 85 sind Ablassventile 95 und ein Sammelleitungssystem angeordnet, das in einer Auspressschnecke 94 endet. Aus dieser gelangt der Presskuchen in einen Keramisator 87. Dieser besteht aus 3 Teilen, dem Brenner 91 für den Start der Verbrennung, der thermischen Entölung 93, einer Schweltrommel mit innenliegender Schnecke und Beheizung durch das Rauchgas und einer Brennkammer 87. Der Presskuchen aus der Pressschnecke 94 gelangt zuerst in die Schweltrommel 83. Dort wird der Produktdampf freigesetzt und in den Sicherheitsbehälter 88 zurückgeleitet.
Am Ende der Schweltrommel 93 presst die innenliegende Schnecke den trockenen Rückstand in die Brennkammer 87, in der die brennbaren Anteile des ausgetrockneten Rückstandes verbrannt werden und damit die Energie für die Schweltrommel 93 gewonnen wird. Die verbleibende Energie wird der Luftvorwärmung und Brauchwärmebereitung zur Verfügung gestellt.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.
Ein Behälter mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Höhe von 1300 mm ist mit einem Zyklon von 450 mm Durchmesser und 800 mm Länge verbunden. Dieser besitzt ein innenliegendes Venturirohr zur Verbesserung der Abscheidewirkung. Oberhalb des Zyklons ist ein Sicherheitsbehälter mit 1000 mm Durchmesser und 1000 mm Höhe angeordnet. Unterhalt des Zyklons befindet sich ein Absetzbehälter mit 800 mm Durchmesser und 1050 mm Höhe.
In dem Behälter sind schräge Bleche eingebaut, die die Beruhigungszone darstellen. Seitlich ist die Verbindung zum Reaktorbehälter und seitlich nach oben befindet sich eine Förderschnecke, die außerhalb des Reaktors elektrisch beheizt ist und mit der Spitze bis an den Baden des Behälters reicht. Sie hat einen Durchmesser von 120 mm innen und eine Länge von 2400 mm. Das dort abführende Dampfrohr hat einen Durchmesser von 60 mm.
Auf dem Sicherheitsbehälter befindet sich eine Glockenbodenkolonne mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Höhe von 3.600 mm. Diese Destillationskolonne ist mit einem Kopfkondensator mit 1300 mm Länge und einem Durchmesser von 220 mm verbunden. Der Wasserkreislauf, der den Kopfkondensator kühlt, wird gebildet durch die Verbindung mit einem Wassertank, Rohrleitungen und einem Rückkühler mit 500 mm Durchmesser und 1200 mm Länge. Dieser wird durch Luft gekühlt, die durch einen Ventilator durch den Wärmetauscher geleitet wird. Eine weitere Möglichkeit ist die Verbindung mit einer Heizungsanlage, wo dieser Kühler als Wasser/Wasser-Wärmetauscher wirkt.
Der Ölvorwärmbehälter hat einen Durchmesser von 800 mm und 1250 mm Höhe. Er ist mit einem Kondensator mit 200 mm Durchmesser und 850 mm Länge verbunden. Beide Kondensatoren sind mit Abscheidebehältern von 800 mm Durchmesser und 1250 mm Länge verbunden, die oben einen Anschluß an die Vakuumpumpe haben. Diese erzeugt einen Unterdruck von 0,1 bar, also 0,9 bar absolut. Druckseitig ist die Vakuumpumpe mit dem Dieselmotor mit einer Leistung von 635 kW verbunden.
Die Vorratsbehälter haben folgende Maße,

• für den Kunststoff 500 mm Durchmesser und 700 mm Höhe
• für das Gemisch an Katalysator und Produkt 400 mm Durchmesser und 600 mm Höhe
• für das Gemisch an Kalk und Produkt 400 mm Durchmesser und 600 mm Höhe.

Von diesen Stoffen werden verbraucht in dieser Anlage an Kunststoff bei voller Leistung 150 kg, Katalysator 1,5 kg und Kalk im Mittel 3 kg bezogen auf eine Stunde. Die maximale Leistung an getrockneter Eingangssubstanz ist 300 kg und die des Produktes maximal 200 Liter je Stunde.
Die Destillationskolonne hat seitlich 4 Kühlkörper mit dem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe von 250 mm. Die Behälter haben als Zufuhr- und Abfuhreinrichtungen Magnetventile, die auch pneumatisch ausgestattet werden können. Diese Magnetventile befinden sich an der Ölzufuhr, den Behälterböden und den Schüssen der Destillationskolonne. Die Durchmesser der Produktleitungen für das aus der Destillationskolonne kommende Produkt ist 1 Zoll. Das gasförmige Produkt wird an der Vakuumpumpe mit einem Durchmesser von 60 mm zum Motor geleitet. Der in der Gasleitung vor der Vakuumpumpe befindliche Flüssigkeitsabscheider hat den Durchmesser von 180 mm und die Höhe von 300 mm. Die Vakuumpumpe hat eine Gasleistung von 1 m³/h.
An dem Reaktor befindet sich die Zufuhrschnecke mit dem Rührer. Die Zuführungsschnecken hat einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 2000 mm. Die Eintragsschnecke mit dem daran angebrachten Rührer hat einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 1800 mm. Die Reinigungsschnecken in den Reaktorrohren haben einen Durchmesser von 67 mm und eine Länge von 1400 mm.
An der elektrisch beheizten Trocknungsschnecke des Schräglamellenklärers, die die festen Rückstände austrägt, ist ein Wechselbehälter mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Höhe von 800 m angebracht. Die Verbindungsleitungen des Kühlwasserkreislaufes sind 1 Zoll und die Verbindungsleitungen zwischen dem Reaktor, Zyklon und Absetzbehälter sind 150 mm.
Diese Anordnung bringt als Produkt in Form von dieselmotorisch verwendbaren Ölen bei einer Temperatur in dem Reaktor von 350 – 400°C und einer kontinuierlichen Zufuhr von 1 % Katalysator zwischen 40 und 90 % der in dem Eingangsstoff vorhandenen Masse an Kohlenwasserstoffen. Die hohen Wirkungsgrade werden bei Eingangsstoffen mit hohen Wasserstoffanteil, wie Altöle, Kunststoffe und Fette erreicht. Die niedrigen Wirkungsgrade sind mit der Produktion von kohlenstoffhaltigen Rückständen verbunden, die sich aus der Disproportionierung der eingegebenen CH-Stoffe zu CH₂ und C ergeben.
Halogenhaltige Stoffe werden vollständig enthalogenisiert. PVC verliert sein Chlor durch Ionentausch mit dem Katalysator, wodurch Salz gebildet wird. Durch die Regeneration des Katalysators mit Kalk bildet dieser die hochaktive Form des Kalziumaluminiumsilikats, die auch die Spaltung bei besonders tiefen Temperaturen und damit eine hohe Selektivität zu Dieselöl ermöglicht.

Bezeichnungen der 1

1: Reaktor
2: Schräglamellenklärer
3: Zyklon
4: Sicherheitsbehälter
5: Destillationskolonne
6: Kondensator
7: Vorwärmbehälter
8: Kondensator
9: Stromerzeuger
10: Abscheidebehälter (mechanische Entwässerung)
11: Rückstandsbehälter
12: Vakuumpumpe
13: Dosierbehälter Eingangsstoffe
14: Dosierbehälter Katalysator
15: Dosierbehälter Kalk
16: Förderschnecke
17: Öldampfleitung
18: Kühler
19: Produktauslaß hochsiedend
20: Produktauslaß mittelhochsiedend
21: Produktauslaß Diesel
22: Produktauslaß Kopfprodukt
23: Rücklaufventil
24: Produktwasserauslaß
25: Rücklaufleitung
26: Abscheidebehälter
27: Produktgasleitung
28: Zyklonfilter
29: Förderpumpe Rückstandsöl

Bezeichnungen der 2

30: Reaktorbehälter
31: Eintragsrohr
32: Reaktionsrohre
33: Elektrische Heizkörper
34: Isolationsschalen
35: Rührer
36: Reinigungsschnecken mit Antrieb
37: Eingangsstoffleitung
38: Kreislaufölrückleitung
39: Leitung zum Zyklon
40: Elektrische Anschlußleitungen

Bezeichnungen zur 3

41: Reaktor
42: Schräglamellenklärer
43: Zyklon
44: Sicherheitsbehälter
45: Destillationskolonne
46: Kondensator
47: Vorwärmbehälter
48: Kondensator
49: Stromerzeuger
50: Abscheidebehälter (mechanische Entwässerung)
51: Rückstandsbehälter
52: Vakuumpumpe
53: Dosierbehälter Eingangsstoffe
54: Dosierbehälter Katalysator
55: Dosierbehälter Kalk
56: Förderschnecke
57: Öldampfleitung
58: Kühler
59: Produktauslaß hochsiedend
60: Produktauslaß mittelhochsiedend
61: Produktauslaß Diesel
62: Produktauslaß Kopfprodukt
63: Rücklaufventil
64: Produktwasserauslaß
65: Rücklaufleitung
66: Abscheidebehälter
67: Produktgasleitung
68: Zyklonfilter
69: Förderpumpe Rückstandsöl

Bezeichnungen der 4

70: Reaktorbehälter
71: Eintragsrohr
72: Reaktionsrohre
73: Elektrische Heizkörper
74: Isolationsschalen
75: Rührer
76: Reinigungsschnecken mit Antrieb
77: Eingangsstoffleitung
78: Kreislaufölrückleitung
79: Leitung zum Zyklon
80: Elektrische Anschlußleitungen

Bezeichnungen zur 5

81: Reaktor
82: Sumpfheizungsbehälter
83: Thermische Entwässerung
84: Dampfdom
85: Mechanische Entwässerung
86: Rückstandssammelbehälter
87: Keramisator
88: Sicherheitsbehälter mit Tropfenabscheider
89: Zyklon
90: Schräglamellenklärer
91: Brenner des Keramisators
92: Gas-/Ölbrenner für Anlage
93: Rauchgaskanal
94: Rückstandpreßschnecke
95: Rückstandsaustragventil
96: Destillationskolonne
97: Produktkühler
98: Rauchgasaustritt/Schomstein
99: Kondensator thermische Entwässerung
100: Sicherheitsventil
101: Produktdampfleitung
102: Produktgasableitung
103: Rücklaufleitung Destillation
104: Produktwasserableitung
105: Öldampfrückführung aus Keramisator
106: Wasserabscheider der mechanischen Entwässerung
107: Eingangsstoffzuführung
108: Schwelschneckenantrieb
109: Vorratsbehälter für die geschwelten Rückstände
110: Reinigungsschnecken für Reaktor
114: Produktventil Kopfprodukt
115: Produktventil Hauptprodukt
116: Produktventil mittelschweres Produkt
117: Produktventil schweres Produkt
118: Produktventil Schmierstoff
119: Produktleitung leichtes Produkt (Benzin)

Claims

Vorfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen im Flüssigkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ionentauschfähige Katalysatoren, wie Kalziumaluminiumsilikat oder Natriumaluminiumsilikat, verwendet werden, die in einem geheizten und an den Wärmeübertragungsstellen gereinigten Ölbadkreislauf eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung des Ölbadkreislauf mit den suspendierten Katalysatoren durch elektrische Heizkörper erfolgt, die konzentrisch um die Reaktorrohre angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor in der Mitte ein Zufuhrrohr besitzt, das mit einer Zufuhrschnecke und am unteren Ende einen Rührer bestückt ist, die die festen Eingangsstoffe in die Suspension transportiert und mit den festen Eingangsstoffen die in Produkt gelösten Katalysatoren und gelösten Kalkzusätze.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbadkreislauf gebildet wird durch den Reaktor, dem Hydrozyklon mit innenliegender Venturidüse und dem darunter liegenden Schräglamellenklärer
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Zyklon nach oben ausgetragenen Produktdampf über einen Sicherheitsbehälter mit Tropfenabscheider in einer Destillationskolonne und nachfolgenden Kondensator fraktioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt durch das Rücklaufverhältnis im Dieselsiedebereich aus dem zweitobersten Schuß gemischt wird mit 1–10 % des Produktes aus einem unteren Schuß zur Erzielung der richtigen Cetanzahl und der richtigen Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schräglamellenklärer anfallenden festen Rückstände über eine Schrägförderschnecke vorgetrocknet und außerhalb des Behälters durch Beheizung von den Ölbestandteilen befreit wird, wobei die austretenden Produktdämpfe in die Anlage zurückgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ihren Strom aus einem eigenen Stromerzeugungsaggregat erhält, in das in der Ansaugluft die Produktgase eingeleitet werden und die erzeugten Auspuffgase zur thermischen Trocknung der Eingangsstoffe verwendet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur katalytischen Verölung von Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein elektrisch beheizter Röhrenbündelreaktor entsprechend 1 ist, der konzentrisch eine Zufuhrschnecke mit Rührer besitzt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur katalytischen Verölung von Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt der elektrischen Heizung auch ein Öl-/Gasbrenner an dem Reaktor angeordnet ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter des Reaktors, des Destillationssumpfes und der Vorwärmung rauchgasseitig vom Brenner in Richtung Schornstein verbunden sind.