DE19516379A1

DE19516379A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Alt- oder Abfallkunststoffen

Info

Publication number: DE19516379A1
Application number: DE19516379A
Authority: DE
Inventors: Horst Hastrich; Christian Hecka; Rolf Dr Holighaus; Klaus Dr Niemann; Klaus Strecker
Original assignee: Veba Oel AG
Current assignee: Veba Oel AG
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1996-11-07
Also published as: JP3334883B2; NO974802L; US5973217A; JPH11504955A; WO1996034929A1; NO974802D0; EP0823935A1; CA2219974A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Alt- oder Abfallkunststoffen zwecks Gewinnung von Chemierohstoffen und flüssigen Kraftstoffkomponenten durch Depolymerisieren der Einsatzstoffe zu einer pumpbaren sowie einer flüchtigen Phase und Auftrennen der flüchtigen Phase in eine Gasphase und ein Kondensat bzw. kondensierbare Depolymerisationsprodukte.

Bei der Depolymerisation von Alt- oder Abfallkunststoffen fällt neben schmelz flüssigem Depolymerisat eine Gasphase sowie ein Kondensat an, das wegen seines Chlorgehaltes und seiner geringen Stabilität hydrierend nachbehandelt werden muß. Zum Stand der Technik wird verwiesen auf die PCT-Anmeldung, Veröffentlichungs- Nr. WO 94/22979.

Dem vorgenannten Dokument ist zu entnehmen, daß die kondensierbaren Depoly merisationsprodukte einer hydrierenden Raffination an einem Festbettkatalysator oder auch an einem bewegten Katalysator oder in einem wallenden Katalysatorbett unterworfen werden können. Derartige hydrierenden Raffinationen stellen raffinerie übliche Verfahren da, die in der Fachliteratur auch als Hydrotreating bezeichnet werden.

Die dem Hydrotreating zu unterwerfenden Kondensate enthalten jedoch durch Schäumen, Spritzen oder Dampfeinschlüsse aus dem Depolymerisator stammende und auch durch Repolymerisation zurückgebildete nichtverdampfende Bestandteile, so daß eine direkte Beschickung einer in einem Hydrotreater festangeordneten Katalysatorschüttung zu einer schnellen Inaktivierung derselben führen würde, bzw. sehr hohe Katalysatorverbräuche zur Folge hätte. Außerdem würden sich wegen der Instabilität derartiger Kondensate Beläge an Wärmeaustauschern, beispielsweise Vorheizern bilden, die ausreichend lange Betriebszeiten ohne Unterbrechungen verhindern würden. In dem Dokument WO 94/22979 wird gelehrt, das Kondensat z. B. durch Hydrotreating an festangeordneten handelsüblichen Co-Mo- oder Ni-Mo- Katalysatoren umzuwandeln oder auch direkt in Chlor tolerierende chemische, technische oder raffinerieübliche Verfahren als kohlenwasserstoffhaltige Basis substanz (Syncrude) einzubringen, vgl. Seite 5, wobei zur Verlängerung der Lebensdauer der festangeordneten Katalysatorschüttung auch ein vorzuschaltendes "guard-Bett" in Betracht gezogen wird (vgl. Seite 9, Zeile 7, a.a.O.).

Dem vorgenannten Stand der Technik ist die technische Lehre einer Kombination von Depolymersation, hydrierender Behandlung bevorzugt erzeugter Destillatbe standteile mit einer Sumpfphasenhydrierung, Vergasung und/oder Schwelung des Depolymerisats zu entnehmen. Hier stellt sich die Aufgabe einer Vereinfachung der Verfahrensführung.

Eine weitere Aufgabe ist, eine schnelle Inaktivierung der Katalysatorbeschickung der Hydrotreatingstufe zu vermeiden.

Dementsprechend besteht die Erfindung bei dem eingangs genannten Verfahren darin, daß das nach Abtrennen der flüchtigen Phase verbleibende Depolymerisat gemeinsam mit dem Kondensat oder Kondensatanteilen in Anwesenheit von Wasserstoff unter Druck aufgeheizt und nach Abtrennung nichtsiedender Bestand teile einem Hydrotreating zur Gewinnung eines Syncrude unterzogen wird.

Hierbei wird das Kondensat oder die schwersiedende Fraktion des Kondensates gemeinsam mit dem Depolymerisat und Wasserstoff unter Druck, bis über die An springtemperatur des Hydrotreatingkatalysators aufgeheizt.

Dabei kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß in der Aufheizstrecke aus reichend Verweilzeit bei erhöhter Temperatur zur Verfügung steht, um eine weitere Spaltung und Viskositätserniedrigung des Depolymerisates zu erreichen.

Das Verfahren kann auch so ausgestaltet werden, daß der Vorheizstrecke ein Ver weilzeitbehälter nachgeschaltet wird. Hierdurch wird die Depolymerisation so weit getrieben, daß Verluste durch Ausschleusung von Rückstand gering gehalten werden können.

Das Hydrotreating wird zweckmäßig bei der durch den Vorheizer vorgegebenen Temperatur betrieben. Hierbei verhindert die Anwesenheit von Wasserstoff unter Druck sowie auch die Verdünnung des Kondensates mit Depolymerisat ein Zusetzen der Wärmeaustauscherrohre des Vorheizers.

Der Hydrotreater wird durch das Vorschalten eines hochwirksamen Dampf-Flüssig keitsabscheiders vor der Beaufschlagung mit nichtsiedendem Material weitgehend geschützt. Hierdurch werden Standzeiten erreicht, die kommerziellen Anforderungen genügen. Die nichtsiedenden Bestandteile werden am Boden des Gasflüssigkeits abscheiders abgezogen. Sie können mehrstufig entspannt und beispielsweise in einer Vakuumkolonne von restlichen destillierbaren Bestandteilen, die mit dem Kondensat aus der Depolymerisat vereinigt werden können, abgetrennt werden.

Aus dem Ablauf der Vakuumdestillation kann ein Teilstrom abgezweigt und in die Depolymerisationsstufe zurückgeführt werden. Hierdurch kann das Verfahren auf sehr geringe Rückstandsmengen ausgelegt werden ohne daß die Gefahr besteht die Vorheizung bzw. einen nachgeschalteten Verweilzeitbehälter trockenzufahren.

Das Verfahren wird zweckmäßig so geführt, daß der Kondensatanteil bezogen auf den eingesetzten Alt- oder Abfallkunststoff 25 bis 75, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.- % beträgt.

Die Depolymerisation wird bei einem Druck von 0,1 bis 100 bar insbesondere 0,2 bis 5 bar, einer Temperatur 250 bis 450°C, insbesondere 370°C bis 420°C und einer Verweilzeit von 0,1 bis 10 h, vorzugsweise 0,5 bis 5 h durchgeführt.

Der Wasserstoffpartialdruck in der Hydrierstufe wird auf 50 bis 200 bar, vorzugs weise 100 bis 200 bar eingestellt.

Die Temperatur am Vorheizeraustritt wird auf 350 bis 460, vorzugsweise 380 bis 425°C eingestellt.

Die Rückführrate von Rückstand bezogen auf die Depolymerisatmenge beträgt je nach Qualität des eingesetzten Materials zwischen 0 bis etwa 500, für typische Fraktionen von Alt- oder Abfallkunststoffen zwischen etwa 150 bis 250%.

Weitere bevorzugte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen 7 bis 13, auf die hiermit Bezug genommen wird, angegeben.

Eine typische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Schema der beigefügten Figur dargelegt. Die in dem Schema enthaltenen Bezugszeichen 1 bis 11 haben die folgende Bedeutung:

Bezugszeichenliste

1 Depolymerisator
2 Vorheizer
3 Heißabscheider
4 Reaktor katalytische Hydrierung
5 Kondensation Depolymerisationsdämpfe (1. Stufe)
6 Kondensation Depolymerisationsdämpfe (2. Stufe)
7 Entspannung Rückstand
8 Vakuumdestillation Rückstand
9 Verweilzeitbehälter für Rückstandsminimierung (optional)
10 HCl-Wascher
11 Kaltabscheider.

Das Verfahren wird so durchgeführt, daß geeignete Gemische von Alt- oder Abfall kunststoff in Depolymerisator 1 bei erhöhter Temperatur und dem gewählten Druck in den schmelzflüssigen Zustand gebracht und depolymerisiert werden. Feststoffbe standteile, wie Aluminium oder sonstige Metallreste werden am Boden des Depoly merisators 1 abgezogen.

Die in Depolymerisator 1 anfallende flüchtige Phase wird in mindestens einer Kondensationsstufe 5, 6 in eine kondensierte Phase umgewandelt, die unter Beauf schlagung mit Wasserstoff aufgeheizt und ggfs. nach Durchlaufen einer Verweil zeitstrecke 9 zwecks Rückstandsminimierung einem wirksamen Heißabscheider 3 zur Trennung in flüchtige Produkte und Rückstandsbestandteile zugeführt wird. Die über Kopf aus Heißabscheider 3 abgezogenen Produkte werden einem Hydro treating in Reaktor 4 zur katalytischen Hydrierung zugeführt und zweckmäßig unter Wärmetausch mit den Vorheizer 2 zugeführten Produkten in einem Kalt abscheider 11 in ein Syncrude sowie gasförmige Produkte aufgetrennt. Die gasförmigen Produkte können teilweise dem zuzusetzenden Frischwasserstoff beigegeben werden.

Das Syncrude ist das Zielprodukt des vorliegenden Verfahrens zum stofflichen Re cycling von Alt- oder Abfallkunststoffen.

Die aus Heißabscheider 3 abgezogenen Rückstandsbestandteile werden in einer hierfür geeigneten Vorrichtung 7 entspannt und können beispielsweise in einer Vakuumdestillation 8 in rückführbare Destillatanteile sowie einen auszuschleusen den Rückstand aufgetrennt werden.

Die in Kondensationsstufe 5 bzw. 6 anfallende nichtkondensierte Phase wird unter Zwischenschaltung eines HCl-Waschers 10 zur Entfernung von Chlorwasserstoff dem Frischwasserstoff zugesetzt.

Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik ist, daß sowohl Destillatbestandteile als auch Depolymerisat der Behandlung in einem Hy drotreating erstmals zugänglich gemacht werden.

Claims

1. Verfahren zur Verarbeitung von Alt- oder Abfallkunststoffen zwecks Gewinnung von Chemierohstoffen und flüssigen Kraftstoffkomponenten durch Depoly merisieren der Einsatzstoffe zu einer pumpbaren sowie einer flüchtigen Phase und Auftrennen der flüchtigen Phase in eine Gasphase und ein Kondensat bzw. kondensierbare Depolymerisationsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Abtrennen der flüchtigen Phase verbleibende Depolymerisat gemeinsam mit dem Kondensat oder Kondensatanteilen in Anwesenheit von Wasserstoff unter Druck aufgeheizt und nach Abtrennung nichtsiedender Be standteile einem Hydrotreating zur Gewinnung eines Syncrude unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Depolymeri sation bei einem Druck von 0,1 bis 100 bar, insbesondere 0,2 bis 2 bar, einer Temperatur von 250 bis 450°C, insbesondere 370 bis 430°C und einer Ver weilzeit von 0,1 bis 10 h, vorzugsweise 0,5 bis 5 h durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatanteil bezogen auf den eingesetzten Alt- oder Abfallkunststoff 25 bis 75, vorzugs weise 40 bis 60 Gew.-% beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff partialdruck in der Hydrierstufe auf 50 bis 200 bar, vorzugsweise 100 bis 200 bar eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am Vorheizeraustritt auf 350 bis 460, vorzugsweise 380 bis 425°C eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführrate von Rückstand bezogen auf die Depolymerisatmenge je nach Qualität des ein gesetzten Materials zwischen 0 bis etwa 500%, für typische Fraktionen von Alt- oder Abfallkunststoffen etwa 150 bis 250% beträgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Depolymerisation unter turbulenten Strömungsbe dingungen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Depolymerisation unter Inertgas durchgeführt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Depolymerisation unter Einsatz von Strippmedien wie Stickstoff, Wasserdampf, kohlenwasserstoffhaltigen Gasen oder anderen Leichtsiedern durchgeführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß den eingesetzten Alt- oder Abfallkunststoffen eine flüssige Hilfsphase zugesetzt wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kondensierbaren Depolymerisationsprodukte und das Depolymerisat der hydrierenden Raffination an einem Festbettkatalysator unterworfen werden.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Wäsche zum Entfernen von sauren Bestandteilen wie Chlorwasserstoff aus den gasförmigen Depolymerisationsprodukten vorge sehen wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die nichtsiedenden Bestandteile am Boden eines hochwirk samen Heißabscheiders in fließfähiger Konsistenz abgezogen werden.