DE2600530A1

DE2600530A1 - Verfahren und einrichtung zur gewinnung nutzbarer kohlenwasserstoffprodukte

Info

Publication number: DE2600530A1
Application number: DE19762600530
Authority: DE
Inventors: Ren William Chambers
Original assignee: Deco Industries Inc
Current assignee: Deco Industries Inc
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1976-01-08
Publication date: 1976-08-19
Also published as: FR2300124A1; SE7601460L; AU509842B2; FR2300124B1; LU74316A1; FI753581A; AT362745B; AU2390177A; NL7601324A; DK50076A; ATA91876A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. R Veickmann, 260Π530

Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Deco Industries, Inc.
16591 Noyes Avenue, Irvine,
California / USA

Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung nutzbarer Kohlenwasserstoffprodukte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gewinnung nutzbarer Kohlenwasserstoffprodukte aus organischem Ausgangsmaterial, insbesondere aus Kohle und ähnlichen kohlenstoffhaltigen Materialien, zerkleinerten Gummireifen, industriellem Kunststoffabfall und Kommunalmüll.

Die Erfindung soll die Gewinnung der Kohlenwasserstoffprodukte in nutzbarer Form, also beispielsweise als saubere Brennstoffe oder andere nutzbare Produkte ermöglichen, hierzu sollen flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe und ein festes kohlenstoffhaltiges Material gebildet werden.

Gegenwärtig besteht in vielen hochindustrialisierten Län'dern das Problem der Beseitigung großer Mengen gebrauchter Automobilreifen, Industrieabfälle und Kommunalmüll. Viele dieser Abfälle enthalten unzersetzbare Kunststoffe. In früheren Jahren wurden solche Abfälle in erster Linie verbrannt, diese Art der Abfallbeseitigung wird jedoch in vielen größeren Ländern jetzt durch die Gesetze gegen Luftverschmutzung verhindert.

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Ferner besteht gegenwärtig in vielen der sogenannten ölverbrauchenden Länder das Problem der erhöhten Kosten und der Beschaffung importierten Erdöls und der schwindenden Vorräte von Erdgas.

Wegen dieser Probleme nahm das Interesse an der Umsetzung industrieller Abfälle und des Kommunalmülls in Produkte, die zur Wärmeerzeugung oder als Ausgangsmaterialien für verschiedene industrielle Verfahren genutzt werden können, laufend zu.

Die Aussonderung von Kohlenwasserstoffen aus organischen Abfällen durch Anwendung hoher Temperaturen ist bereits viele Jahre lang bekannt. Die bekannten Verfahren und Einrichtungen haben jedoch schwerwiegende Nachteile. Beispielsweise führt die allmähliche Erwärmung der Abfälle auf die gewünschte Temperatur zu chemischen Wechselwirkungen und Reaktionen der Reaktionsmittel und der Produkte und zum Verlust nutzbarer Stoffe.

Ferner verursacht die Anwendung atmosphärischen und höheren Drucks in dem Heizgefäß eine langsame Diffusion der Gase, und Dämpfe durch die feste Stoffmasse hindurch, wodurch Nebehund Querreaktionen unter den einzelnen Anteilen der Produkte auftreten und ein sehr unwirtschaftliches Umsetzungsverfahren vorliegt.

Die längere Erwärmung der gas- und dampfförmigen Produkte in dem Heizgefäß verursacht Rekombinationen, Repolymerisationen und Kondensationen einiger Produkte, wodurch wiederum Teere und Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht erzeugt werden und die Ausbeute nutzbarer Produkte herabgesetzt wird. Zusätzlich bilden einige derartiger Teere und Kohlenwasserstoffe Oberflächenschichten auf den Ausgangsmaterialien und blockieren somit die Auslösung neuer Gase

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^Reaktion

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein neues "Verfahren VtnÖ. eine Einrichtung zur Umsetzung von Kohle u.a. sowie organischer Abfälle in saubere Kraftstoffe und andere nutzbare Kohlenwasserstoffprodukte zu schaffen. Insbesondere sollen relativ große Mengen von Gasen hohen Wärmeinhalts, schwefelarmen Ölen und kohlenstoffreichen Brennstoffen aus Kohle und ähnlichen kohlehaltigen Materialien, gebrauchten Gummireifen und industriellen sowie kommunalen Abfällen gebildet werden, indem ein kontinuierliches einstufiges Verfahren angewendet wird, welches nicht die Zuführung von Wasserdampf und/oder Sauerstoff oder die Einwirkung extrem hoher Temperaturen und Drücke erfordert.

Es sollen ferner sehr stark reaktionsfähige Kohlenstoffmassen mit großen Oberflächen gebildet werden, die praktisch frei von Gasen, Teeren und repolymerisierten Kohlenwasserstoffanteilen sind. Das Verfahren soll auch die Erzeugung einer kohlenstoffhaltigen Kohle ermöglichen, die leicht in aktivierten Kohlenstoff umgesetzt oder auch als rauchloser Brennstoff oder als Asphalt oder chemischer Füllstoff eingesetzt werden kann.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Ausgangsmaterial bei weitestgehendem Fehlen von Sauerstoff durch ein auf einer Temperatur zwischen ca. 425°C und ca. 980⁰C gehaltenes längliches Rohr geführt wird, aus dem Gase und Dämpfe bei einem Unterdruck von ca. 50 bis 153 mm Hg abgezogen werden.

Zur Erhöhung der Produktionsmenge können mehrere längliche Rohre in ein und demselben Heizgefäß nebeneinander angeord-

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net sein und/oder der Durchmesser der Rohre kann vergrößert werden, wobei gleichzeitig Maßnahmen zu treffen sind, die innerhalb der dem Verfahren zugeführten Materialmenge die Temperatur praktisch konstant halten. Vorzugsweise werden die Gase und Dämpfe bei' einem Unterdruck von ca. 127 mm Hg abgeführt. Ferner wird das Ausgangsmaterial in dem länglichen Rohr vorzugsweise in Bewegung gehalten bzw. gedreht oder gerührt.

Ausgehend von dem Grundgedanken der Erfindung ist zu erkennen, daß bei der Verarbeitung von Gummireifen, Kunststoffabfall oder Kommunalmüll die relativ hohe Temperatur nahe dem Eintritt des länglichen Rohrs (und auf dessen Länge) sowie das dauernde Rühren oder Drehen des Materials zur Wechselwirkung mit der erhitzten Fläche des länglichen Rohrs die Gase und Dämpfe buchstäblich aus dem Material "explodieren", wobei gleichzeitig die Gase und Dämpfe durch den relativ hohen Unterdruck innerhalb des Rohrs schnell abgezogen werden, bevor sie auf dem Ausgangsmaterial repolymerisieren oder kondensieren können.

Bei der Verarbeitung von Kohle und ähnlichen kohlenstoffhaltigen Materialien verursacht die stoßartige Erhitzung dieselbe Art einer starken Ausstoßung der Gase und Dämpfe aus der Kohle, und der Unterdruck bewirkt, daß die Gase und Dämpfe durch das sich bewegende Kohlebett hindurchgezogen und in Kontakt mit dem Kohlenstoff gebracht werden, wonach die erhaltenen Produkte aus dem Austrittsende des Rohrs austreten. Dies steht im Gegensatz zu bisher bekannten Einrichtungen, bei denen die Gase und Dämpfe langsam durch das Kohlebett hindurchsickern und in regelmäßigen Abständen abgezogen werden. Ferner ist zu erkennen, daß die geringen Mengen von Übergangsmetallen in der Kohle wie Eisen, Kupfer und Nickel oder die Metalle des länglichen Rohrs als Katalysatoren wir-

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ken, wodurch der aus dem Wasser in der Kohle erzeugte Wasserdampf möglicherweise zu einem Metalloxid und sehr stark reaktionsfähigem Wasserstoff reduziert wird und der Wasserstoff mit dem freien Kohlenstoff Methan und die höheren Homologen des Methans bildet.

Ausführungsbeispiele einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht mit einem Teilschnitt und einem Flußdiagramm zur Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte und teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Heizbehälters, der mehrere rohrförmige Elemente vergrößerten Durchmessers enthält, und

Fig. 3 den Vertikalschnitt 3-3 aus Fig. 2.

In den Figuren, insbesondere in Fig. 1, ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 10 zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt, diese Einrichtung enthält einen Speicherbehälter 12, aus dem das Ausgangsmaterial M in einen Trichter 14 eingegeben v/erden kann.

Unter dem Trichter 14 ist eine luftdichte Einlaßkammer 16 angeordnet, die einen Einlaß 10 zur Zuführung einer Ladung von Ausgangsmaterial sox^ie einen Austritt 20 auf weist. Der Eintritt und der Austritt ist mit einem Schieber versehen, der zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung durch die Signale einer automatischen Steuerung 22 bewegt werden kann, diese Signale werden über Steuerleitungen 24 und 26 zugeführt. Die Steuerung der Bewegung der Schieber kann wahlweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.

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-β- 26G0530

Zwischen der Eintrittskammer 16 land der automatischen Steuerung 22 ist eine erste Ablaßleitung ?8 vorgesehen, die wahlweise mit einem Behälter 30 für Reinigungsgas wie Stickstoff über eine Leitung 3? verbunden werden kann, welche ein Ventil 34 enthält.

Das Reaktionssystem enthält einen isolierten Heizbehälter 36, durch den ein längliches Rohr 38 verläuft und der einen Eintritt 40 sowie einen Austritt 42. aufweist. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von 15 cm vorgesehen.

Eine Wärmequelle wie z.B. ein Gasbrenner 44 ist in dem Heizbehälter 36 unter dem Rohr 38 vorgesehen, ferner ist eine Entlüftung bzw. ein Kamin 46 an der Oberseite des Heizbehälters zur Abführung der Verbrennungsprodukte angeordnet.

Ein Schneckenförderer 48, der durch einen Elektromotor 50
angetrieben wird, verläuft durch das Rohr 38 vom Eintritt
40 zum Austritt 42 und bewegt das Ausgangsmaterial mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in einer Rühr- oder Wälzbewegung durch das Rohr, wodurch alle Teilchen des Materials laufend, der Wärme an der Fläche des Rohrs 38 ausgesetzt werden.

Eine Austrittsleitung 52 steht mit einer Verbindungsleitung 54 sowie mit dem Inneren des Rohrs 38 nahe dem Austrittsende in Verbindung. Diese Austrittsleitung 52 ist gleichfalls in dem Heizbehälter 36 angeordnet, so daß sie dessen V.-ärme ausgesetzt wird. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Austrittsleitung 52 auf einer relativ hohen Temperatur zu halten ist, so daß die aus dem Rohr 38 als Gase oder Dämpfe abgeführten Kohlenwasserstoffprodukte in diesem Zustand verbleiben, wie dies noch beschrieben wird.

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Nahe dem Austritt 42 des Rohrs 38 ist eine luftdichte Austrittskammer 56 vorgesehen, die ähnlich wie die bereits beschriebene Eintrittskammer 16 konstruiert ist. Sie hat also einen Eintritt 58 und einen Austritt 60, die jeweils mit einem Schieber versehen·sind, welcher zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung abhängig von der automatischen Steuerung 22 bewegt werden kann, die über Steuerleitungen 62.und 64 angeschlossen ist.

Eine zweite Ablaßleitung 66 verläuft zwischen der Austrittskammer 56 und der automatischen Steuerung 22 und kann wahlweise mit dem Behälter 30 für Reinigungsgas verbunden werden.

Unter der Austrittskammer 56 ist ein Sammelbehälter 68 für verkohltes Material vorgesehen.

Das Wiedergewinnungssystem enthält einen Wärmetauscher 70, der einen Eintritt 72 und einen Austritt 74 für Kühlmittel aufweist. Der Wärmetauscher 70 hat auch eine Eintrittsleitung 76 für das erzeugte Produkt, die mit der Verbindungsleitung 54 verbunden ist. Ferner ist eine Austrittsleitung 78 für das Produkt vorgesehen, die mit dem Eintritt eines Kondensors 80 verbunden ist. Der Austritt des Kondensors ist über eine Leitung 82 mit dem Eintritt eines Flüssigkeitsbehälters 84 verbunden, der eine Ablaßleitung 86 am Boden aufweist, welche mit einem Ventil 88 zur wahlweisen Abführung flüssiger Produkte versehen ist.

Ein Unterdrucksystem 90 ist mit seiner Eintrittsleitung an den oberen Teil des Behälters 84 über eine Leitung 92 angeschlossen, sein Austritt ist über eine Leitung 94 und ein Ventil 95 mit dem Eintritt eines Gasbehälters 96 verbunden,

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der eine Ablaßleitung 98 nahe seinem oberen Ende aufweist, diese ist mit einem Ablaßventil 100 versehen.

An den Boden des Gasbehälters 96 ist eine Brennstoffleitung 102 angeschlossen, die ein Ventil 104 enthält und mit dem Gasbrenner 44 im unteren Teil des Heizbehälters 36 unter dem länglichen Rohr 38 verbunden ist.

Beim Betrieb dieser Einrichtung \tfird das bereits beschriebene Ausgangsmaterial M, welches Kohle oder ein ähnliches kohlenstoffhaltiges Material oder zerkleinertes Gummi bzw. Industriemüll oder Kommunalmüll sein kann, aus dem Speicherbehälter in den Trichter 14 eingegeben.

Die automatische Steuerung 22 ist so eingestellt, daß bei geschlossener Stellung des Austritts 20 der Eintrittskammer der Eintritt 18 geöffnet ist und eine bestimmte Ladung von Ausgangsmaterial in die Eintrittskammer 16 eintreten kann. Danach wird der Eintritt 18 geschlossen und eine Ladung Reinigungsgas wie Stickstoff in die Eintrittskammer 16 durch die Leitung 28 eingeführt, wodurch die gesamte Luft aus der Eintrittskammer 16 entfernt wird.

Bei geschlossenem Eintritt 18 wird der .Austritt 20 der Kammer 16 geöffnet, wodurch das Ausgangsmaterial M durch den Eintritt 40 des Rohrs 38 geführt und mit dem Schneckenförderer 48 \tfeitertransportiert wird.

Die Öffnung und Schließung des Eintritts 18 und des Austritts 20 sowie die Reinigung der Eintrittskammer 16 mit einem Gas wie z.B. Stickstoff treten in relativ kurzen Zeitintervallen auf, wodurch eine praktisch kontinuierliche Strömung von Ausgangsmaterial in den Eintritt des Rohrs 38 erfolgt.

Das verkohlte Material, welches nach Entfernung der Dämpfe und Gase verbleibt, gelangt durch den /mstritt 42 des Rohrs 38 in die Austrittskammer 56. Diese arbeitet ähnlich wie die Eintrittskammer 16, wobei der Austritt 60 geschlossen und der Eintritt 58 geöffnet ist, um eine Ladung des verkohlten Materials in die Austrittskammer einzuführen. Dann wird der Eintritt 58 geschlossen und der Austritt 60 geöffnet, wodurch das verkohlte Material in den Behälter 68 eingeführt wird. Der Austritt 60 wird dann geschlossen, und es wird bei geschlossenem Eintritt und geschlossenem Austritt Reinigungsgas in die Austrittskammer durch die Leitung 66 eingeführt, so daß jegliche Luft aus der Austrittsknmmer entfernt wird. Danach wird der Eintritt 5Q geöffnet, um eine weitere Ladung verkohlten Materials in die Austrittskammer zu bringen, und diese Folge wird wiederholt, so daß diese Ladung in den Behälter 68 ausgegeben wird. Wie bereits beschrieben, treten die Öffnung und Schließung des Eintritts 58 und des Austritts 60 sowie die Reinigung der Austrittskammer 56 in relativ kurzen Zeitintervallen auf, wodurch sich eine praktisch kontinuierliche Strömung verkohlten Materials aus dem Austritt 42 des Rohrs 38 in den Behälter 68 ergibt.

Bevor die Funktion des Wiedergewinnungssystems beschrieben wird, soll kurz erläutert werden, welche Vorgänge in dem länglichen Rohr 3^P> bei der Produktion und/oder Entfermmg von Kohlenwasserstoffgasen \xnti -dämpfen aus Kohle und ähnlichen kohlehaltigen Materialien ablaufen.

Wie noch deutlicher beschrieben v/ird, konnte festgestellt werden, daß bei der Verarbeitung von Kohle die Temperatur in dem Heizbehälter 36 mindestens 537⁰C betragen soll und auch bis zu 980⁰C ansteigen kann. Ferner soll der Unterdruck innerhalb des Rohrs 38 ca. 50 bis ca. 130 mm Hg betragen. Die Verweilzeit der Kohle in dem Rohr 38 während der Reaktion und/oder der Extraktion soll nicht weniger als ca. 15 Minuten betragen, wobei, abgesehen von wirtschaftlichen Gesichtspunkten,

keine obere Grenze gesetzt ist.

Der Durchmesser des Rohrs 38 und die Geschwindigkeit, mit der die Kohle durch das R.ohr. mit dem Förderer 4B transportiert wird, sollen derart bemessen sein, daß die Temperatur des verarbeiteten Materials die mittlere Temperatur im Heizbehälter 36 innerhalb eines Bereichs einiger Dezimeter, ausgehend von dem dem Eintritt 40 zugewandten Ende des Heizbehälters 36, erreicht. Somit ist zu erkennen, daß der plötzliche Anstieg der Temperatur der Kohle auf mindestens ca.537^Ort innerhalb der Zeit für die Bewegung weniger Dezimeter in den Heizbehälter hinein zu einer plötzlichen stoßartigen Erwärmung führt, die gemeinsam mit dem in dem Rohr 38 herrschenden Unterdruck ein buchstäbliches "Explodieren" der Dämpfe und Gase aus den Materialteilchen bewirkt, xrobei der Unterdruck die Gase und Dämpfe durch die sich wälzende und drehende Masse des Materials bewegt, bevor sie repolymerisieren können. Anders ausgedrückt, wird angenommen, daß die plötzliche Verflüchtigung der Kohlenwasserstoffe im Inneren der Kohleteilchen das Bitumen an die Oberfläche der Teilchen führt, bevor diese zerbrechen, und die flüchtigen Verbindungen werden freigesetzt.

Wenn jedoch Kohle der bisher üblichen langsamen Wärmebehandlung ausgesetzt wird, so repolymerisieren die flüchtigen Produkte zu viel größeren und thermisch stabileren Molekülen fester Natur, die in den Materialteilchen festgehalten werden.

Es wurde auch ausgeführt, daß die vorstehend beschriebene stoßartige Erwärmung und der Unterdruck im Rohr 38 das Wasser in der Kohle zur Bildung von Dampf veranlaßt, der bei Vorhandensein eines Übergangsmetalls wie z.B. Eisen in der Kohle selbst oder im Rohr 38 eine Reduktion des Dampfes zu Wasserstoff und möglicherweise zu einem Metalloxid bewirkt. Der Wasserstoff wird dann durch das sich wäl-

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zende und drehende Bett des Kohlematerials mittels des Unterdrucks hindurchgeführt, wodurch sich der Mbsserstoff mit freiem Kohlenstoff zu Methangas und den höheren Homologen des Methans kombiniert. Das in der Kohle enthaltene Öl wird in Form eines Dampfes abgeführt.

Es hat sich ferner gezeigt, daß bei der Verarbeitung zerkleinerter Gummireifen oder industriellen Kunststoffabfalls oder Kommunalmülls im Heizgefäß 36 eine Temperatur von mindestens 425 C, vorzugsweise von ca. 815 C herrschen soll, was von den gewünschten Gasmengen abhängt. Ferner soll der Unterdruck innerhalb des Rohrs 38 ca. 100 bis 153 mm Hg betragen. Der Durchmesser des Rohrs 38 und die Geschwindigkeit, mit der das Material durch das Rohr 38 mit dem Förderer 48 bewegt wird, sollen derart bemessen sein, daß die Temperatur des Materials die mittlere Temperatur im Heizbehälter innerhalb einer Entfernung weniger Dezimeter von dem dem Eintritt 40 zugewandten Ende des Behälters erreicht. Wie bereits beschrieben, führt offenbar der plötzliche Anstieg der Temperatur des Materials auf mindestens ca. 425°C innerhalb der zur Bewegung über wenige Dezimeter erforderlichen Zeit zu einer plötzlichen stoßartigen Erwärmung, die gemeinsam mit dem einwirkenden Unterdruck ein buchstäbliches "Explodieren" der Dämpfe und Gase aus den Teilchen des Materials bewirkt, und dor Unterdruck bewegt diese Gase und Dämpfe von der sich wälzenden und drehenden Materialmenge ab, bevor sie auf dem verbleibenden Feststoff repolymerisieren oder kondensieren können.

Die Gase und Dämpfe, die in dem länglichen Rohr 38 erzeugt und/oder freigesetzt werden, gelangen durch die Austrittsleitung 52 und die Leitungen 54 und 76 sowie durch den Wärmetauscher 70, wodurch die Dämpfe kondensiert und die Gase abgekühlt werden.

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Aus dem Kondensor 80 gelangen die Gase und die Flüssigkeit durch die Leitung 82 in den oberen Teil des Behälters 84, in diesem Behälter verbleiben das !fässer und das Öl, die Gase v/erden durch die Leitung-92, das Unterdrucksystem 90 und die Leitung 94 in den Gasbehälter 96 geführt.

Das auf diese V/eise erzeugte Brennstoffgas kann durch die Leitung 102 dem Brenner 44 zugeführt und zur. Erwärmung des Behälters 36 ausgenutzt v/erden. Ferner kann es durch die Austrittsleitung 98 und das Ventil 100 für andere Zwecke abgeführt werden.

Zum anfänglichen Anlauf des Systems wird das Ventil 95 geschlossen und kommerzielles Brennstoffgas in den Gasbehälter 96 durch die Leitung 98 und das Ventil 100 eingeführt. Nachdem das System jedoch arbeitet und Brennstoffgas in ausreichender Menge produziert wird, wird das Ventil 95 geöffnet, und das System wird bezüglich des Brennstoffgases zu einem selbständigen System. Wenn das System abzuschalten ist, können die Ventile 95, 100 und 104 geschlossen werden, wodurch im Behälter 96 ein Anlaufvorrat an Brennstoffgas verbleibt. Wenn zu einem beliebigen Zeitpunkt in dem System nicht ausreichend viel Brennstoffgas zur Aufrechterhaltung der geeigneten Temperatur im Heizbehälter 36 erzeugt wird, kann zusätzliches kommerzielles Brennstoffgas in den Gasbehälter durch die Leitung 98 und das Ventil 100 eingeführt werden.

Das bei dem Verfahren nach der Erfindung erzeugte verkohlte Material hat entweder die Form kleiner Teile oder eines Pulvers und ist frei von kondensierbaren Kohlenwasserstoffen, es besteht im wesentlichen aus stark reaktionsfähigem Kohlenstoff.

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Falls erwünscht, kann dieser stark reaktionsfähige Kohlenstoff bei anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Methangas dienen. Ferner ist das bei dem Verfahren gebildete Kohlematerial von hoher Dichte und hoher Porosität und hat eine starke Reaktionsfähigkeit. Aus diesem Grunde ist es sehr gut als Ausgangsmaterial zur Herstellung aktivierten Kohlenstoffs unter Anwendung der üblichen Aktivierungsverfahren geeignet.

Beispiel Nr. 1

Eine bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendete Kohleart wurde aus Japan bezogen. Dieses Material hatte die folgende Analyse, bei der sich die Prozentwerte auf das Gexvlcht beziehen.

Anteil	Prozentwert
Feuchtigkeit	?
Flüchtige Bestandteile	3β
Fester Kohlenstoff	50
Asche	10
Schwefel	0,3

(Ubergangsmetalle als Teile von Asche 1,8 ?i)

Ca .907 kgdieser Kohle wurde gemäß der Erfindung bei einer Temperatur ν

verarbeitet.

Temperatur von 537⁰C und einem Unterdruck von 100 mm Hg

Die A.usbeute betrug 211,5 Liter Öl, 589,7 kg Kohle und 360 m Gas mit folgender Zusammensetzung.

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Molekül

^H2 CO CH ^C0

C. und höher

VoI. -°

34 14

8 13

Beispiel Nr. ?

Eine Art amerikanischer Bitumenkohle, die hier verwendet wurde, hat die folgende Analyse, bei der sich die Prozent werte auf das Gewicht beziehen.

Anteil	Prozentwert
Feuchtigkeit	0,1
Flüchtige Bestandteile	29,0
Fester Kohlenstoff	66,6
Asche	4,4
Schwefel	0,32

(Übergangsmetalle als Teile von Asche 1,3 "')

Ca. 907 kg dieses Materials wurden bei einer Heizbehältertemperatur von 593°C verarbeitet, wobei der Unterdruck ca. 127 mm Hg betrug. Die Ausbeute betrug ca. 239 Liter Öl, 583 kg Kohle und ca. 480 m Gas mit folgender Zusammensetzung.

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Molekül

co CH CO,

^C2^H6 ^C3^H8

(und höher)

H₂O

5 9

45 7

11 6 6 4 7

Beispiel Nr. 3 Auswirkung unterschiedlicher Temperaturen

Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen amerikanischen Bitumenkohle mit einem Unterdruck von ca. 127 mm Hg führte die Anwendung unterschiedlicher Temperaturen im Heizbehälter zu folgenden Ergebnissen.

Behältertemperatur ⁰C	VoI.-%	CH₄	C₂Hg, C₃H₀, C₄H₁₀-
426 482 537 593 648	20 30 42 45 46	5 6 20 22 23

Der obere Bereich der Temperatur liegt bei ca. 981⁰C, da bei Erhöhung der Temperatur über 648°C hinaus kein merklicher Anstieg der Wiedergewinnung gewünschter Kohlenv/n sserstof fe auftritt, und zwischen ca. 815°C und 870⁰C scheint ein gewisses Problem darin zu bestehen, daß das Öl beginnt zu

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"cracken" und Teere erzeugt werden.

Auswirkung unterschiedliche^ Unterdruokwerte

Es hat sich gezeigt, daß ein Unterdruck in dem länglichen
Rohr von ca. 50 bis ca. 127 mm Hg das gewünschte Ergebnis
erzeugt, daß die freigesetzten und/oder erzeugten Gase und. Dämpfe durch die sich bewegende Kohlemasse hindurchgezogen werden. Die Strömung der Gase und Dämpfe durch die Kohlemasse soll so schnell sein, daß eine Repolvmerisation vermieden wird, jedoch nicht so schnell, daß die Ausbildung
von Methan und der höheren Homologe von Methan durch Reaktion zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff verhindert wird.

Beist)iel Nr. 4

Auswirkung von Luft in dem Rohr

Die Auswirkung des Vorhandenseins von Luft und/oder Sauerstoff im Rohr auf die Menge des Methans und seiner höheren Homologe, die bei einer Temperatur von 537°C und einem Unterdruck von 127 mm Hg erzeugt v/erden, ist in der folgenden Tabelle dargestellt, wobei sich die Prozentwerte der Gase auf das Volumen beziehen.

Durch lauf	Np/Op	CO	CO₂	HpO	CH₄	^C2^H6	^C3^H8 ·
1	1	4	6	3	68	11	7
2	7	6	8	6	43	' 12	6
3	44	6	13	8	20	5	4
4	70		12	3	7	2	1

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Wie bereits beschrieben, können zusätzlich zu Kohle und ähnlichen kohlehaltigen Materialien auch andere Ausgangsstoffe nach der Erfindung verarbeitet werden. Hierzu gehören zerkleinerte Automobilreifen, industrielle Kunststoffabfalle und Kommunalmüll. Beispiele der Verarbeitung solcher Stoffe sind im folgenden aufgeführt.

Beispiel Nr. 5

Obwohl Kommunalmüll von einer Stadt zur anderen oder auch von einem Stadtviertel zum anderen unterschiedlich ist, hat eine typische physikalische Zusammensetzung eines solchen Materials die folgenden Gewichtswerte:

Flüchtige Anteile 75 ·"'

, - Fester Kohlenstoff 11 %

Asche 14 %

Die chemische Ztisa.mmensetzung eines solchen typischen Kommunalmülls, bezogen auf das Gewicht, ist

Anteil Prozentwert

Wasserstoff 5,5

Kohlenstoff 4^,0

Stickstoff 1,.°.

Sauerstoff 33,?

Schwefel 0,5 . .

Asche 16,0

Unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Systems und bei einer Temperatur im Heizbehälter von ca. 593°C sowie einem Unterdruck zwischen ca. 100 und ca. 152 min Hg ergab sich die folgende Ausbeute, bei der die Prozentwerte sich auf das Gewicht des Ausgangsmoterials beziehen.

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Prozentwert	Anteil
40	0,474 1/
3?	0,5Qfi in³
. 16	15° kg/t
• 1?	1 l/kg

Produkt

Wasser

Die Kohle oder das feste Rückstandsmaterial war ein schwarzes, pulverförmiges Material mit einor ähnlichen Erscheinungsform wie amorpher Kohlenstoff und bestand in erster Linie aus festem Kohlenstoff ^r,c\ Asche.

Das erzeugte Gas hatte die folgende Volumenzusammensetzung.

Produkt Prozentwert

■Wasserstoff ?0

Stickstoff ^O

Methan ?1

Kohlenmonoxid. ?

Kohlendioxid 6

Äthan 10

Äthylen 3

Propan und höhere

Kohlenwasserstoffe ?6

Beispiele Fr. f> υ η ^- ^TJr. 7 Auswirkunn; der Temperatur auf rbp. erzeugte Gas

Durch Änderung der Temperatur im Heizbehh'ltor vnn 593 C (Beispiel 5) auf 4?6°C (Beispiel 6) oder 815°C (Beispiel 7) können die Anteile der verschiedenen erzeugten Gase merklich geändert werden, wie es die folgende Tabelle zeigt, in der die Gaszusammensetzung nach Volumenprozent aufgeführt ist.

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	Beisp. 426°C	6	Beisp. 593°C	5	Beisp. 815°C	7	2600530
Produkt	10		20		35
Wasserstoff	12		10		8
Stickstoff	16		21		18
Methan	R		2		ρ
Kohlenmonoxid	18		6		7
Kohlendioxid	8		10		4
Äthan	2		3		4
Äthylen ·	18		26		20
Propan und höhere Koh lenwasser stoffe

Beispiele Fr. 8 und Nr. 9

Eine weitere nach der Erfindung zu verarbeitende Abfallart, mit der Öl und kohlenstoffhaltiges Rückstandsmaterial sowie Brenngas hoher Qualität erzielbar sind, ist Kunststoffabfall aus industriellen Herstellungsverfahren.

Zwei unterschiedliche Mischungen von Polypropylen und Polystyrol, verarbeitet bei 593 C und einem Unterdruck zwischen ca. 100 und 152 mm Hg führten zu folgenden Prozentwerten der Gase.

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- 20 -	2600530
Beisp. B Pro ζentwert	Beisp. 9 Prozentwert
1?,?	11,4
1,3	1,0
3,R	3,5
B,3	7,0
9,7	9,5
33,6	39,7
10,5	11 ,1
7,4	5,0

Prodiakt

Stickstoff

Kohlenmonoxid

Kohlendioxid

Methan

Propan

Wasserstoff

Der in jedem dieser Beispiele hergestellte Gns^nteil betrug ca. 0,497 m /kg des Ausgangsmaterials, das Öl betrug ca. 83 Gew.-^i und das kohlenhaltige Rückstandsmaterinl ca. 7 Gew.-"6 des Ausgangsmaterials.

Beispiel Mr. 10

Ein anderes Ausgangsmaterial, das in vielen Industrieländern reichlich verfügbar ist und dessen Beseitigung sehr problematisch ist, sind Gummireifen von Automobilen.

Derartige Gummireifen, die in kleine Stücke von c.p. 19 mm Länge und ca. 6,5 mm Breite zerkleinert wurden, wurden bei einer Temperatur von ca. 593⁰C und bei einem Unterdruck zwischen ca. 100 und 152 mm Hg verarbeitet.

Die gewonnenen Produkte betrugen pro kg des Ausgangsmaterials:

Leichtöl 0,527 Liter

Gas 0,629 m^

Kohlerückstand 315 kg

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Wenn mehr Gas und weniger Öl und Kohlerückstnnd produziert werden sollen, so muß die Temperatur über 593⁰C erhöht werden. Der Kohlerückstand ist dann ein pulverartiges rußartiges Material mit einem Heizwert von ca. 10 900 kcal/kg.

Das erzeugte Gas hatte die folgende Volumenzusammensetzung:

Produkt Prozentwert

Wasserstoff ' 6

Stickstoff 17

Kohlenmonoxid A

Methan 20

Kohlendioxid 5

Äthan 7

Propan und höhere

Kohlenwasserstoffe ?ft

Da dieses Gas aus gebrauchten Gummireifen mehr als 55 VoI-.-% leichte Kohlenwasserstoffe enthält, hat es einen sehr hohen Heizv/ert, der mit demjenigen von natürlichem Gps vergleichbar ist.

Die Gewiohtsausbeute p.n Öl war, gemessen an dem Siedepunktbereich des Öls, folgendermaßen:

Siedepunktbof'oich (°C)	/usbeuto (Gew.-!"')
	7,0
97 -	9,°
150 -	8,1
190 -	17,«
265 -	31,0
- 97	26,0
- 150
- 190
- 265
- 375
Rückstand

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Wie bereits ausgeführt, vmrde als längliches Rohr 38 ein Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von 15 cm verwendet und damit die vorstehenden Ergebnisse erzielt. Der Tenrperaturgradient zwischen dor Außenfläche des Pohrs und der Rohrmit te betrug ca. 5,6°O.

Wenn die Kapazität 6er Einrichtung erhöht werden soll, werden zusätzliche Rohre in den PTeizbehälter nebeneinander ein gesetzt, außerdem kann alternativ oder zusätzlich nev Durch messer der Ro^ro vpr.^rnßort werden.

In Fig. ? und 3 ist eine derartige Weiterbildung der Einrichtung dargestellt, das einzelne Rohr 38 ist durch drei Rohre 138 vergrößerten Durchmessers ersetzt, diese sind mit gegenseitigem Abstand nebeneinander über dem Gasbrenner 44 angeordnet. Jedes Rohr* 13'" ist mit denselben Flnlaß 140 und Auslaß 14? wie bereits beschrieben versehen, ferner stimmen auch die steuerbaren Eintritts- und Austrittskammern zur Aussonderung von Luft mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel überein.

Da jedoch der Durchmesser der Rohre vergrößert ist und der ungefähre Temperaturgradient in der genannten Größe zwischen der Außenfläche und ^er PIitte des Rohrs beibehalten werden soll, ist _tiedes der Rohre mit einer Hohlachse vorsehen, durch die hindurch heiße Gase zirkulieren können.

Jeder Schneckenförderer 148 hat eine Hohlachse ι50 mit einem Eintrittsende 15? und einem Austrittsende 15^. Das Eintrittsende 15? ragt über das Rohr 138 hinaus und steht mit einem gasdichten Anschluß 156 in Verbindung, in dem es drehbar gelagert ist. Das Innere des Anschlusses steht mit einer Leitung 158 in Verbindung, die wiederum mit einer Pumpe 160 verbunden ist, welche einen Eintritt 16? in Vorbinrhing mit dem Inneren des Heizbehälters 36 aufweist.

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Das Austrittsende 154 ^er Hohlachse ist mit dom Elektromotor 50 verbunden, und zwischen dem Motor und dem Erde des Hohrs 138 sind mehrere Öffnungen oder Entlüftungen Κ^Λ vorgesehen, die den Durchgang heißer.Gase ermöglichen.

Dieses Ende der Hohlachse 150 umgibt relativ dazu drehbar ein Gasgehäuse 166, dessen Innenraum mit einer Leitung 168 verbunden ist, .deren Austritt mit einer Öffnung 170 in Verbindung steht, die in der Wand des HeizbehSlters 36 vorgesehen ist.

Somit strömen die .in den Eintritt 162 der Pumpe 160 eintretenden heißen Gase durch die Leitung 158 und den Anschluß in das Innere der Hohlachse 150, so daß sie Wärme auf die Mitte der Masse übertragen, welche durch das Rohr 138 befördert wird. Die Gase treten aus der Hohlachse durch die Öffnungen 164 aus und strömen dann durch die Leitung 16O, wonach sie zum Inneren des Heizbehälters 36 zurückgeführt v,^rerden.

Zur Aufheizung der Hohlachse 150 können auch andere Vorrichtungen vorgesehen sein, mit denen dieselben Ergebnisse erzielt werden, beispielsweise kann ein elektrischer Widerstandsheizer in der Mitte der Hohlachse angeordnet sein.

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Claims

Patentansprüche

. Verfahren zur Gewinnung nutzbarer Kohlenwasserstoff produkte aus organischem Ausgangsmaterial, insbesondere aus Kohle und ähnlichen kohlenstoffhaltigen Materialien, zerkleinerten Gummireifen, industriellem Kunststoffabfall und Kommunalmüll, dadurch gekennzeichnet, daß -das Ausgangsmaterial bei weitestgehondem Fehlen von Sauerstoff durch ein auf einer Temperatur zwischen ca. 4?5°C und cn. QBO⁰C gehaltenes längliches Rohr geführt wird, aus dem Gase und Dämpfe bei einem Unterdruck von ca. 50 bis 153 ram Rg abgezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgongsmaterial bei seiner Bewegung du^ch das längliche Rohr gerührt oder gewälzt wird, urr seinen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrs zu intensivieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgradient innerhalb des länglichen Rohrs nicht mehr als ca. 6°C beträgt.
4. Verfahren nach /^nspru^h 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmate^ial zerkleinerte Gummireifen verwendet werden und daß die Temperatur des länglichen Rohrs auf ca. 593⁰C gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gummiteile mit einer Größe von nicht mehr als ca. 25 mm verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial zerkleinerter Kunststoffabfall ver-

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wendet wird und daß die Temperatur des länglichen Rohrs auf ca. 593°C gehalten wird.
7. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Kommunalmüll verwendet wird und daß die Tempe:
ten wird.

die Temperatur des länglichen Rohrs auf ca. 593°C gehal-
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der KommunalmUll vor der Verarbeitung zerkleinert wird.
9. Verfahren nnch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Kohle verwendet ward und daß die Temperatur des länglichen Rohrs auf ca. 6AR°C gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für ein Ausgangsmaterial, das Wasser und Kohlenstoffe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des in die Erwärmungszone eingeführten Ausgangsmaterials schnell von ca. 537°C auf ca. 9^1°C bei weitestgehendom Fehlen von Sauerstoff und bei Vorhandensein eines Übergangsmetalls erhöht wird, welches Wasserdampf zu Wasserstoff bei der genannten Temperatur· reduziert, wodurch Wasserdampf und verdampfte Kohlenwasserstof fe erzeugt v/er den, daß Wasserstoff und die verdampften Kohlenwasserstoffe die Masse des Ausgangsmaterials geführt werden und daß die erhaltenen Gase und verdampften Kohlenwasserstoffe aus dieser Masse entfernt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial während der Durchströmung des Wasserstoffs und der verdampfton Kohlenwasserstoffe gerührt bzw. gewälzt wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase und die vordampften Kohlenwasserstoffe durch die Masse des Ausgangsmnterials geführt werden und daraus hei einem Unterdruck von ca. 50 his cn. 15? mm Hg entfernt werden.
13·Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen isolierten Heizbehälter (36), durch zumindest ein längliches Rohr (38) mit einem Fintritt (40) und einem Austritt (42), das in dem Heizbehälter (36) angeordnet ist, durch eine in dem Heizbehälter (36) angeordnete Heizvorrichtung (44) zur Aufheizung auf eine Temperatur von mindestens ca. 426⁰C, durch eine Vorrieht\ing (48) zur Bewegung des Ausgangsmaterials durch das Rohr (38) von Eintritt (40) zum Austritt (42) mit gleichmäßiger Geschwindjgkf-it und durch eine Vorrichtung (90) zur Erzeugung eines Ur-terdrucks in dem Rohr (38) und zur Aussonderung von Dämpfen unri Gasen im Bereich des Austritts (42).
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (16) zur Sperrung der Einführung von Luft in das Rohr (3H) während der Bewegung de? /^usgnngsmateripls vorgesehen ist.
15- Einrichtung nnr-.h Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (48) zum Y*l zon bzw. Führen des Ausgangsmaterials während dessen Bewegung durch das Rohr (38) zur Intensivierung des Kontakts des Ausgangsmaterials mit der Innenfläche des Rohrs (38).
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch mehrere längliche Rohre (138), die in dem' Heizbehälter (36) unter gegenseitigem Abstand nebeneinander angeordnet sind.

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