DE20003905U1

DE20003905U1 - Anlage zur Verwertung von kohlenwasserstoffhaltigen Altstoffen

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Publication number: DE20003905U1
Application number: DE20003905U
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Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2010-03-04

Description

Anlage zur Verwertung von kohlenwasserstoffhalti gen Altstoffen

Das Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, ist das thermische Cracken kohlenwasserstoffhaltiger Eintragsstoffe. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Verwertung von Altstoffen wie Altöl, Abfallfetten aus Gaststätten oder Schlachtereien bzw. der Fleisch- und Wurstwarenproduktion, Altgummi, Polymeren, Holzspänen und anderen kohlenwasserstoffhaltigen Altstoffen auch in Form von Gemischen.

Es sind vielfältige Bemühungen bekannt, kohlenwasserstoffhaltige Altstoffe umweltfreundlich, d.h. insbesondere ohne Schadstoffbildung und mit geringem Restabfallaufkommen zu verwerten. Die in der Praxis am häufigsten angewandte Methode ist die Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen mit der Folge, die entstehende Wärmeenergie als Fernwärme zu nutzen und/oder zu verströmen. Ein hinlänglich bekannter Nachteil von Müllverbrennungsanlagen besteht jedoch in der aufwendigen Technik zur Vermeidung von Schadstofffrachten im Restmüll und insbesondere in den Abgasen. Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, die eingetragene Altpolymere mittels Pyrolyse aufspalten, um Heiz- oder Synthesegas herzustellen. Ein weiterer technologischer Fortschritt wird erreicht, indem Altkunststoffe zu Ölen, Paraffinen und Wachsen abgebaut werden. Da der Depolymerisierungsprozeß jedoch Temperaturen von etwa 400 ⁰C erfordert, müssen zur Durchführung dieser Prozesse hohe Energiemengen eingetragen werden. Dieser und vor allem der Nachteil, daß die bekannten Verwertungstechnologien großtechnische Anlagen erfordern, führt dazu, daß die thermische Verwertung von Altkunststoffen zum einen auf starke Vorbehalte in der Bevölkerung trifft und zum anderen die Nutzung der Abwärme für Heizzwecke die Übertragung als Fernwärme und damit die Bereitstellung teurer und wartungsaufwendiger Leitungsanlagen erfordert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Technologie zur Verwertung von kohlenwasserstoffhaltigen Altstoffen zu schaffen, die sich durch einfach beherrschbare Prozeßbedingungen sowie die Vermeidung des Entstehens von insbesondere schadstoffhaltigen Nebenprodukten auszeichnet und darüber hinaus für eine dezentrale Anwendung in Wohngebieten geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anlage gemäß des Schutzanspruchs 1, die durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 10 weitergebildet und vorteilhaft ausgestaltet ist.

Zu Starten des Prozesses ist es erforderlich, die Beheizung des Verdampfers durch Zufuhr von Fremdenergie einzuleiten. Dies kann mittels einer elektrischen Heizung geschehen, vorteilhaft ist jedoch, über ein Dreiwegeventil der Verbrennungseinrichtung eine brennbare Flüssigkeit wie Heizöl zuzuführen. Durch die Erwärmung der kohlenwasserstoffhaltigen Eintragsmasse unter Luftabschluß auf eine Temperatur von etwa 180 bis etwa 250 ⁰C wird die Masse zum Verdampfen gebracht. Der Abdampf wird kondensiert und das Kondensat in einem Sammelbehälter aufgefangen. Eine Befüllung des Verdampfers zu etwa 60 bis 80 % seines Volumens hat sich als vorteilhaft gezeigt. Bei flüssigen Eintragsmassen kann die Befüllung kontinuierlich erfolgen, wobei selbstverständlich das Volumen der Eintragsmassen regelbar sein kann. Mit Erreichen eines Mindestfüllstandes im Kondensatsammelbehälter wird das Dreiwegeventil umgesteuert, so daß als Brennstoff das Kondensat aus dem Sammelbehälter angesaugt und verbrannt wird. Die Erfassung des Füllstandes im Kondensatsammelbehälter dient im weiteren Verlauf zur Regelung der Wärmeleistung der Verbrennungseinrichtung, indem die Durchflußmenge durch das Dreiwegeventil gesteuert wird. Bei entsprechender Wärmeleistung der Verbrennungseinrichtung kann die bereitgestellte Wärmeenergie neben der Beheizung des Verdampfers zum Betrieb einer Heizungsanlage, beispielsweise einer Raumheizung genutzt werden. Durch Kraft-Wärme-Kopplung ist es möglich, Elektroenergie zu erzeugen. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage ist ohne weiteres auf einer Grundfläche von ca. 2 bis 3 m² installierbar, so daß auch mobile Ausführungen möglich sind.

Mit der erfindungsgemäßen Technologie gelingt es, kohlenwasserstoffhaltige Altstoffe umweltfreundlich zu verwerten. Als Eintragsstoffe sind beispielsweise Altöl, Frittieröl, tierisches Fett fester Konsistenz, Sägespäne und andere kohlenwasserstoffhaltige Altstoffe verwendbar. Das Kondensat besteht in allen Fällen aus brennbaren Kohlenwasserstoffen, deren Verbrennungsabgasparameter keinen der für die Verbrennung von

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gültigen Grenzwerte überschreiten.

Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Anlage mit Kraft-Wärme-Kopplung.

Die bevorzugte Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Verwertung kohlenwasserstoffhaltiger Altstoffe besteht aus einem Verdampfer 1, der an einen Wärmetauscher 5 thermisch gekoppelt ist, einem Kondensator 2, der über eine Abdampfleitung 11 an einen im oberen Bereich des Verdampfers 1 angeordneten Ausgang mit dem Verdampfer 1 verbunden ist, einem Kondensatsammelbehälter 3, in den ein in Form kommunizierender Röhren ausgebildeter Kondensataustritt 21 mündet, und einer aus einer Verbrennungskraftmaschine 4 bestehenden Verbrennungseinrichtung, die über eine Saugleitung 10 mit dem Kondensatsammelbehälter 3 verbunden ist. Der Kondensatsammelbehälter 3 verfügt über ein Druckausgleichsventil 31, so daß in dem Kondensatsammelbehälter 3 atmosphärischer Druck herrscht. Die Saugleitung 10 ist an ein im Kondensatsammelbehälter 3 angeordnetes Steigrohr 101 angeschlossen und über ein Dreiwegeventil 7 an den Kraftstoffeingang der Verbrennungskraftmaschine 4 geführt. Über den zweiten Eingang des Drei Wegeventils 7 ist mittels einer Treibstoffleitung 61 ein Treibstofftank 6 mit dem Kraftstoffeingang der Verbrennungskraftmaschine 4 verbunden. Das Dreiwegeventil 7 verfügt zudem über einen Steuereingang, an den über eine Steuersignalleitung 12 ein im Kondensatsammelbehälter 3 angeordneter Füllstandsgeber 121 angeschlossen ist. Der Wärmetauscher 5 ist als Bestandteil der Abgasleitung 13 der Verbrennungskraftmaschine 4 ausgebildet. An die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 4 ist ein Generator 8 gekoppelt, von dem haushaltstaugliche Elektroenergie abgreifbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 4 ist wassergekühlt. In den Kühlkreislauf ist neben einem Kühler 42 eine Raumheizung 9 eingebunden. Zur erzwungenen Temperaturabsenkung im Kühler 42 dient eine von einem Ventilator 41 erzeugte Luftströmung, die nach dem Passieren der Kühlerlamellen als Warmluftstrom 43 auf den Verdampfer 1 gelenkt wird und durch geeignete Führung der Strömung ent-

lang des Verdampfermantels zur Stabilisierung der im Innern des Verdampfers 1 herrschenden Prozeßtemperatur beiträgt.

Nach der Erstbefüllung des Verdampfers 1 mit aus kohlenwasserstoffhaltigen Altstoffen flüssiger, zäher oder fester Konsistenz bestehender Eintragsmasse wird die Verbrennungskraftmaschine 4 gestartet, wobei Kraftstoff aus dem Tank 6 über die Treibstoffleitung 61 und das Dreiwegeventil 7 angesaugt wird. Die bis ca. 700 ⁰C heißen Abgase bewirken über den Wärmetauscher 5 die Aufheizung des Verdampfers 1, bis bei etwa 180 ⁰C die Eintragsmasse zu verdampfen beginnt. Der Abdampf gelangt über die Abdampfleitung 11 in den Kondensator 2, der vorteilhafterweise als wassergekühlter Gegenstromwärmeübertrager ausgebildet sein kann. Das sich bildende Kondensat fließt drucklos über den Kondensataustritt 21 in den Sammelbehälter 3. Dabei bewirkt die Ausbildung des Kondensataustritts 21 als kommunizierende Röhre, daß unkondensierte Bestandteile den Kondensator 2 nicht verlassen können. Erreicht der Kondensatfüllstand im Sammelbehälter 3 einen bestimmten Wert, erhält das Dreiwegeventil 7 von dem Füllstandsgeber 121 über die Steuersignalleitung 12 ein Steuersignal, woraufhin die Kraftstoffleitung 61 geschlossen und statt dessen der Kraftstoffeingang der Verbrennungskraftmaschine 4 mit der Saugleitung 10 verbunden und damit als Treibstoff Kondensat aus dem Sammelbehälter 3 mittels des Steigrohrs 101 angesaugt und in der Verbrennungskraftmaschine 4 verbrannt wird. Nach Beendigung dieser Startphase wird ausschließlich Kondensat als Treibstoff der Verbrennungskraftmaschine 4 zugeführt. Mittels der Steuersignale des Füllstandsgebers 121 wird die das Dreiwegeventil 7 durchströmende Kondensatmenge eingestellt, so daß in Abhängigkeit vom Füllstand im Sammelbehälter 3 die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 4, damit die den Wärmetauscher 5 durchströmende Abgasmenge und mit ihr die in den Verdampfer 1 eingetragene Wärmemenge geregelt werden, wodurch die Verdampferleistung dem freien Volumen des Sammelbehälters 3 nachgeführt wird. In der Zeichnung nicht dargestellt ist ein vorteilhafterweise integrierbarer zweiter Regelkreis, der mittels der Erfassung der Abdampftemperatur, etwa mittels eines an der Abdampfleitung 11 angeordneten Temperaturgebers, den Kondensatvolumenstrom durch das Dreiwegeventil 7 oder, mittels eines in der Abgasleitung 13 zwischen der Verbrennungskraftmaschine 4 und dem

Wärmetauscher 5 angeordneten weiteren Dreiwegeventils und eines zu dem Wärmetauscher 5 parallel geschalteten Bypasses, den Abgasvolumenstrom durch den Wärmetauscher 5 steuert, um die Abdampftemperatur auf einem Wert zwischen etwa 180 ⁰C und etwa 250 ⁰C zu halten.

Mit der Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen Altstoffen entsteht jedoch ein beträchtlicher Energieüberschuß, so daß neben der Wärmeenergie für den beschriebenen in sich geschlossenen Spalt- und Verbrennungsprozeß sowohl Wärmeenergie für Heizungszwecke als auch Elektroenergie zur Verfugung gestellt werden kann. Dazu dienen die in den Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 4 integrierte Raumheizung 9, die selbstverständlich auch über einen an die Abdampfleitung 11 gekoppelten Wärmetauscher mit Wärmeenergie versorgt werden kann, und der an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 4 gekoppelte Generator 8, wobei hinsichtlich der Temperaturregelung der Raumheizung 9 und der Spannungsstabilisierung an den Ausgangsklemmen des Generators 8 auf geeignete bekannte Maßnahmen zurückgegriffen wird.

Bezugszeichenliste	Verdampfer
1	Kondensator
2	Kondensataustritt
21	Sammelbehälter
3	Druckausgleichsventil
31	Verbrennungsmotor
4	Ventilator
41	Kühler
42	Warmluftstrom
43	Wärmetauscher
5	Tank
6	Brennstoffleitung
61	Dreiwegeventil
7	Generator
8	Raumheizung
9	Saugleitung
10	Steigrohr
101	Abdampfleitung
11	Steuersignalleitung
12	Füllstandsgeber
121	Abgasleitung
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Claims

1. Anlage zur Verwertung von kohlenwasserstoffhaltigen Altstoffen durch Spalten und Verbrennung eines kondensierten Spaltprodukts zur Erzeugung von Reaktionswärme, dadurch gekennzeichnet, daß ein luftdichter, beheizter Verdampfer (1) über eine aus seinem oberen Bereich heraus geführte Leitung (11) mit einem Kondensator (2) verbunden ist, dessen Ausgang (21) in einen Sammelbehälter (3) mündet, der sowohl über Mittel zum Druckausgleich (31) mit der Umgebung verfügt als auch mit einer Verbrennungseinrichtung (4) verbunden ist, deren Abwärme einem mit dem Verdampfer (1) gekoppelten Wärmetauscher (5) zugeführt wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Kondensatorausgangs (21) nahe des Bodens des Sammelbehälters (3) angeordnet und der Ausgang des Sammelbehälters (3) als Steigrohr (101) ausgebildet ist, das mit dem Brennstoffeingang der Verbrennungseinrichtung (4) verbunden ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Kondensatorausgangs (21) in den Sammelbehälter (3) in Form kommunizierender Röhren ausgebildet ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungseinrichtung (4) als Brenner einer an sich bekannten Heizungseinrichtung ausgebildet ist und sowohl den Wärmetauscher der Heizungsanlage (9) als auch den Verdampfer (1) beheizt.

5. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungseinrichtung (4) als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.

6. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Verbrennungskraftmaschine (4) durch einen mit dem Verdampfer (1) gekoppelten Wärmetauscher (5) geleitet werden.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abwärmestrom (43) des Kühlwasserkreislaufes der Verbrennungskraftmaschine zur Heizung des Verdampfers genutzt wird.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwärmestrom (43) eine mittels eines Ventilators (41) am Kühler (42) erzeugte Luftströmung ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (8) mit der Verbrennungskraftmaschine (4) gekoppelt ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Raumheizungsanlage (9) an den Kühlwasserkreislauf der Verbrennungskraftmaschine (4) angeschlossen ist.