DE19724144C1

DE19724144C1 - Reaktor zur Depolymerisation von Kunststoffen

Info

Publication number: DE19724144C1
Application number: DE1997124144
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Rer Nat Gebauer; Guenter Dipl Chem Kurtze; Joachim Dipl Ing Salzmann; Jens-Peter Dipl Ing Jacob
Original assignee: PARAFFINWERK WEBAU GmbH
Current assignee: MITTELDEUTSCHES BITUMENWERK GMBH, 06679 HOHENMOELSEN
Priority date: 1997-06-07
Filing date: 1997-06-07
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2017-06-08

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere von werkstofflich nicht mehr verwendbaren Altkunststoffen, zur Herstellung gasförmiger, flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe.

Zur Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere werkstofflich nicht mehr verwendbarer Altkunststoffe, sind eine Reihe von Vorrichtungen und Reaktoren bekannt geworden, mittels derer die abzubauenden Kunststoffe bis zur Gasphase abgebaut werden können. Neben technologischen Einrichtungen zur Pyrolyse der Kunststoffe mit dem Ziel der Herstellung von Heiz- oder Synthesegas haben sich in letzter Zeit Technologien durchgesetzt, die einen schonenden Abbau der Kunststoffe in wirtschaftlich wertvolle Endprodukte, wie Öle, Paraffin und Wachse, ermöglichen. So ist neben der Anwendung von Extrudertechnologien, die insbesondere zur Verflüssigung der Kunststoffe eingesetzt werden, eine schonende Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere polyolefinischer Herkunft, in Rührkesseln beschrieben worden. Solche Reaktoren können mit unterschiedlichen Medien beheizbar, z. B, durch Elektroheizung, mit flüssigen Heizmedien, wie Thermoöl, ausgeführt sein. Da der Depolymerisierungprozeß jedoch Temperaturen von etwa 400°C erfordert, müssen zur Durchführung dieser Prozesse hohe Energiemengen eingetragen werden. Dabei kann es bei der Anwendung dieser Technologien leicht zur Überhitzung der Kunststoffe und damit zu einer unkontrollierten Spaltung mit unerwünschten Nebenwirkungen, wie z. B. erhöhter Verkokung, kommen, wodurch der Einsatz dieser Technologien durch aufwendige Reinigungsprozesse zeitlich begrenzt ist. Außerdem gestattet der Einsatz von Rührkesseln nur einen chargenweisen Depolymerisationsprozeß.

Eine kontinuierliche Verfahrensweise zur Depolymerisation von Kunststoffen wird durch den Einsatz von Reaktionsrohren, wie beispielsweise im EP 0474 889 A1 beschrieben, ermöglicht. Aber auch hierbei kann es zu unkontrollierten Spaltvorgängen mit Koksabweichungen kommen, die den Einsatz dieser Technologie zeitlich stark begrenzen.

In der DE-PS 43 44 846 ist nun ein Verfahren vorgeschlagen worden, mit dem vorgecrackte flüssige Kunststoffe durch thermische destruktive Destillation in kontinuierlicher Verfahrensweise schonend in vorwiegend feste und flüssige Kohlenwasserstoffe abgebaut werden können. Dabei wird die vorgecrackte Kunststoffschmelze einer mit einer Vakuumkolonne verbundenen Destillationseinheit zugeführt, im Sumpf der Kolonne durch geeignete Heizeinrichtungen abgebaut und die entstandenen Spaltprodukte zur Verhinderung eines weiteren Abbaues aus der Vakuumkolonne abgezogen. Die Anwendung dieser Technologie ist besonders geeignet zur Herstellung von Paraffin durch thermische Depolymerisation von Polyolefinen. Diese Technologie gestattet zwar einen schonenden thermischen Abbau von Kunststoffen, benötigt jedoch auf Grund eines erforderlichen hohen Flüssigkeitsstandes im Sumpf der Destillationskolonne einen hohen Energiebedarf, der sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit beim Einsatz dieser Technologie auswirkt.

In der DE-OS 43 33 779 wird eine Vorrichtung zur Behandlung von kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen, insbesondere von zu entsorgenden Altstoffen, zur Wiedergewinnung von Rohstoffen aus Rückständen, wie Fehlproduktionschargen, aus Überproduktion u. dgl. in mindestens einem Reaktor vorgeschlagen, wobei durch physikalische und/oder chemische Reaktion andersartige Verbindungen, insbesondere solche mit kürzeren Molekülketten, hergestellt werden sollen. Der Reaktor ist dazu vertikal oder in anderer Form ansteigend angeordnet, unten zur Umgebung hin offen ausgeführt sowie mit Vorrichtungen für die Zu-, Abfuhr und Konditionierung der Atmosphärengase versehen. Eine gezielte Depolymerisation von Altkunststoffen, insbesondere in Kohlenwasserstoffe mit definiertem Kettenlängenbereich ist dieser Vorrichtung nicht möglich.

In der DE-PS 44 18 597 wird ein Reaktor zur Behandlung von Kohlenwasserstoffverbindungen beschrieben, mit dem auch kleinere von zu behandelnden Einsatzprodukten wirkungsvoll und wirtschaftlich aufgearbeitet werden können. Dabei kommt eine Reaktionseinheit zum Einsatz, die einen ersten rohrförmigen Abschnitt, dessen erstes Ende mit der Zuflußkammer in Verbindung steht und einem zweiten rohrförmigen Abschnitt aufweist, in den im Bereich seines ersten Endabschnittes das zweite Ende des ersten rohrförmigen Abschnittes mündet und dessen Ende mit der Abflußkammer in Fluidverbindung steht, und bei der der erste und zweite rohrförmige Abschnitt zumindest bereichsweise eine gemeinsame Wand aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Reaktionseinheit sollen geordnete Strömungsverhältnisse für die zu behandelnden Kohlenwasserstoff-Verbindungen geschaffen werden, da der Crack-Prozeß durch die beiden rohrförmigen Abschnitte der Reaktionseinheit erfolgt. Bei vorgegebener Länge der rohrförmigen Abschnitte soll durch die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit die Verweildauer in der Reaktionseinheit steuerbar sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der Kunststoffe, insbesondere werkstofflich nicht mehr verwendbare Altkunststoffe, wirtschaftlich vorteilhaft und technisch steuerbar gezielt, insbesondere in Kohlenwasserstoffe mit definiertem Kettlängenbereich, abgebaut werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen als Vakuumgefäß ausgebildeten zylindrischen Reaktor gelöst, bei dem im oberen Teil mittig oder im unteren Teil, ein oder mehrere Düsen zur Zuführung, von Kunststoffschmelzen und im Innenraum axial ein oder mehrere beheizbare Prallkörper oder Prallkörpersysteme angeordnet sind. Im unteren Teil des Vakuumgefäßes ist eine Austrittsöffnung (Schleuse, Ventil) zur Entfernung nicht abgebauter, Anteile mit anhaftenden Fremdbestandteilen angeordnet. Im oberen Teil des Gefäßes befindet sich eine Öffnung zur Abführung der entstandenen Spaltprodukte.

Die Außenwandung des Reaktors ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beheizbar, um Verstopfungen und ein Anbacken flüssiger Produktanteile zu verhindern. Im Zusammenwirken mit dem/den der axial angeordneten und beheizbaren Prallkörpern oder Prallkörpersystemen ist die Möglichkeit zur Regelung einer in engen Grenzen einstellbaren und in diesen Grenzen gleichbleibenden Spalttemperatur zur Herstellung von Spaltprodukten mit definiertem Kettenlängenbereich gegeben.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung können die Prallkörper je nach Konsistenz und erforderlicher Verweilzeit des zu depolymerisierenden Einsatzproduktes als Zylinder, Kegel, Kegelstumpf oder Kugel ausgestaltet sein. In besonderen Anwendungsfällen ist es nach einer weiteren Variante der Erfindung von Vorteil, den Prallkörper als beheizbares Prallblech auszuführen. In diesem Fall können ein oder mehrere Prallbleche mittig im Reaktor angeordnet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Boden des Reaktors nach unten und nach innen konisch ausgelegt, wodurch das Ausschleusen von nicht umgesetzten Kunststoffanteilen beschleunigt und ein Absetzen von Rückständen und eingeschleusten nicht umsetzbaren Feststoffen verhindert wird.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Reaktor ist es möglich, eine gezielte steuerbare und schonende Depolymerisation von Kunststoffen durchzuführen. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Reaktor bei der schonenden Depolymerisation von Polyolefinen zur Herstellung von vorwiegend paraffinischen Kohlenwasserstoffen.

Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verringerung von Heizenergie durch einen äußerst geringen Füllstand im Sumpf des Reaktors.

Die Erfindung soll am folgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Fließschema

Fig. 2 bis 5 Längsschnitte

Der erfindungsgemäße Reaktor 5 ist als zylindrischer Behälter mit nach unten und oben gewölbten Böden stehend ausgeführt. Der Mantel des Reaktors 5 ist beheizbar. In der Mitte der Reaktorwandung ist ein Düsensystern 4 eingebaut, dessen Düsen zentrisch auf im Reaktor 5 angeordnete beheizbare Einbauten 6 ausgerichtet sind. Am Kopf des Reaktors 5 ist ein Stutzen 7 zur Abführung verdampfter Reaktionsprodukte, am Boden des Reaktors 5 eine Bodenöffhung 8 zum Austrag nicht verdampfter Einsatzprodukte mit anhaftenden Fremdbestandteilen angeordnet.

Die PE- oder PP-Schmelze gelangt gem. Fig. 1 mittels einer Rohrleitung 1 zu einer Pumpenvorlage 2, von der sie mittels Pumpe über das Düsensystem 4 in den Reaktor 5 gefördert wird.

Die durch das Düsensystern 4 fein versprühte PE- oder PP-Schmelze prallte auf die beheizten Einbauten 6 im Reaktor 5 und wird dort abgebaut, wobei die abgebauten Bestandteile schlagartig verdampfen. Die Einbauten 6 bestehen hierbei aus einer schräg angestellten beheizten Platte, deren Oberfläche platt ist. Durch das angelegte Vakuum wird das verdampfte Produkt über den Stutzen 7 im Kopf des Crackers abgezogen und einer destillativen Verarbeitung zugeführt.

Die nicht verdampfte PE- und PP-Schmelze wird über die Bodenöffhung mittels einer Pumpe 9 aus dem Cracker ausgetragen und in die Pumpenvorlage 2 zurückgeführt. Über eine Standregelung kann im Sumpf des Reaktors 5 der Füllstand konstant gehalten werden.

Die Verweilzeit des verdampften Produktes wird durch die Geometrie der Einbauten 6 und durch die Höhe des Vakuums variiert. So ist es vorteilhaft weiterer Ausführungsformen der Einbauten 6 und gewünschter Verweilzeit die gemäß Fig. 1 vorgeschlagenen Einbauten 6 mit einer gewellten oder profilierten Oberfläche zu versehen. Auch ist es vorteilhaft, gemäß Fig. 2 mehrere senkrecht nebeneinanderstehende beheizte Platten mit zwischen diesen angeordneten oder gemäß Fig. 3 mehrere nebeneinandergestellte beheizte Platten, deren Anstellung von Ebene zu Ebene wechselt, anzuwenden. Analoge Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich bei Einbauten 6, die aus einem runden bzw. annähernd runden beheizten Körper (Fig. 4) oder aus einem kegeligen beheizten Körper mit einer Steilheit des Kegels von 40 bis 70 Grad (Fig. 5) bestehen.

Bezugszeichenliste

1

- Rohrleitung

2

- Pumpenvorlage

3

- Pumpe

4

- Düsensystem

5

- Reaktor

6

- Einbauten

7

- Stutzen

8

- Bodenöffhung

Claims

1. Reaktor zur Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere von Altkunststoffen, zur Herstellung gasförmiger, flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe mit einer Aus trittsöffhung für Sumpfprodukt am Reaktorboden und einer Austrittsöffnung für Spalt produkt am Kopf des Reaktors, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktors (5) im oberen Teil, mittig oder im unteren Teil ein Düsensystem (4) angeordnet ist, das auf zentrisch angeordnete Einbauten (6) ausgerichtet ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (6) zylindrische Form aufweisen.

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (6) kegelförmig gestaltet sind.

4. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (6) eine Kegelstumpfform aufweisen.

5. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (6) kugelförmig sind.

6. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbauten (6) Prallbleche verwendet werden.

7. Reaktor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (6) eine gewellte oder profilierte Oberfläche aufweisen.

8. Reaktor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (6) beheizbar sind.

9. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) beheizbar ist.

10. Reaktor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Reaktors (5) nach unten und nach innen konisch ausgelegt ist.