-
Verfahren und Vorrichtung zum Pyrolysieren von
-
kohlenstoffhaltigem Material Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Pyrolysieren von kohlenstoffhaltigem Material, bei dem das kohlenstoffhaltige
Material zunächst durch auf dieses von einem auf hoher Temperatur befindlichen,
partikelförmigen, festen Wärmeträger übertragene Wärme pyrolysiert wird, wobei als
Pyrolyseprodukte ein pyrolytischer Dampf, welcher kondensierbare und nicht-kondensierbare
Kohlenwasserstoffe enthält, und ein partikelförmiger, kohlenstoffhaltiger Feststoffrest
erzeugt werden, sowie eine Vorricntung zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Der zunehmende Mangel an fließrähigen fossilen Brennstoffen, wie Öl
und Naturgas, hat zur Folge, daß der Umwandlung fester, kohlenstoffnaltiger Materialien,
wie Kohle, Ölschiefer und feste Abfallstoffe, in flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe
durch Pyrolysieren des festen kohlenstoffhaltigen Materials ständig steigende Aufmerksamkeit
zugwandt wird.
-
Typischerweise erfolgt die Pyrolyse unter nicht-oxidierenden Bedingungen
in Anwesenheit eines partikelförmigen Wärmeträgers.
-
Bisher wurde die Pyrolyse in rohrförmigen Reaktoren durchgeführt.
Obwohl dieses Verfahren wirkungsvoll ist, gestaltet sich die Ausbeute an mitteisiedenden
Kohlenwasserstoffen, d.h., C5-Kohlenwasserstoffen bis Kohlenwassersto£fe mit einem
Siedeendpunkt von etwa 510°C, geringer als ervJünscht. Der Verlust dieser Kohlenwasserstoffe
ist auf lange effektive Pyrolysezeiten zurückgeführt worden, die zu einem thermischen
Cracken derartiger Kohlenwasserstoffe führen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein effizienteres
Pyrolyseverfahren, bei dem die Ausbeute an mittelsiedenden Kohlenwasserstoffen,
die für die Herstellung von Benzin, Dieseltreibstoff,Heizöl und dergleichen wertvoll
sind,auf ein Maximum erhöht wird, ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß in eine Zyklon-Reaktions-Sepärations zone ein
Strom kohlenstoffhaltigen Materials tangential eingeführt und entlang einer c3ekrü.nmten
Bahn innerhalb des Zyklons durchgeleitet wird, wobei in die Zyklon-Reaktions-Separationszone
ein
Hochtemperasurstrom des partikelförmigen Wärmeträgers, enthalten in einem nicht-schädlich
hinsichtlich der Pyrolyseprodukte reaktiven Trägergas, unter einem Winkel eingeführt
wird, der zum Strömungsweg des kohlenstoffhaltigen Materials geneigt ist, so daß
der Hochtemperaturstrom aus partikel förmigem, festem Wärmeträger das kohlenstoffhaltige
Material durchdringt und die Pyrolyse in Gang setzt, wobei die zugeführte Menge
des partikelförmigen Wärmeträgers ausreicht, um das kohlenstoffhaltige Material
auf eine Pyrolysetemperatur von wenigstens etwa 315°C zu erhitzen, während gleichzeitig
eine gasförmige Mischung aus Trägergas und pyrolytischem Dampf von einer Feststoffmischung,
welche den partikelförmigen festen Wärmeträger und den kohlenstoffhaltigen Feststoffrest
enthält, durch die Einwirkung aufgeprägter Zentrifugalkräfte, wenigstens teilweise
infolge der Einführgeschwindigkeiten jedes Zuführstromes, abgetrennt wird.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß die Einführgescnwindigkeit jedes Stromes von etwa 30 bis etwa 76 m/sec
beträgt. Hierdurch werden in einer hinreichend kurzen Kontakt zeit eine Stromdurchmischung
sowie ein schneller Wärmeaustausch erzielt. Wie jedoch noch erläutert wird, kann
es bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wünschenswert sein, die Ströme
mit Geschwindigkeiten einzuführen, die dem unteren Ende des Geschwindigkeitsbereiches
näher liegen, während ein anderer Strom aus partikelförmigem, festem Wärmeträger
mit einer höheren Geschwindigkeit aus den noch zu beschreibenden Gründen eingeführt
wird.
-
Vorzugsweise liegt die Pyrolysetemperatur innerhalb des Bereiches
von 3150C bis 1.0950C, jedoch weiter vorzugsweise
nicht oberhalb
760°C, mindestens aber bei etwa 480°C.
-
Die Betriebsparameter werden vorzugsweise so gewählt, daß die Pyrolyse
in einer Kontaktzeit von zwischen etwa 0,1 bis etwa 3 sec stattfindet, vorzugsweise
in einer Kontaktzeit von nicht mehr als etwa einer Sekunde.
-
Es ist wünschenswert, daß das Gewichtsverhältnis des partikelförmigen
festen Wärmeträgers zum kohlenstoffhaltigen Material zwischen etwa 2 und etwa 10
liegt. Je nach dem gewählten Wert dieses Verhaltnisses und abhängig von anderen
Betriebsparametern kann der partikelförmige feste Wärme träger vorzugsweise in einem
Temperaturbereich von zwischen 55 bis 2800 zu etwa 2800C oberhalb der Pyrolysetemperatur
liegen.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, daß die separierte Feststoffmiscnung einer Zyklon-Verbrennungszone
zugeführt wird, in der ein Strom einer gasförmigen Sauerstoftquelle tangential in
die Zyklon-Verbrennungszone und die Feststoffmischung unter einem hierzu geneigten
Winkel eingegeben werden, um die Feststoffe aufzuheizen, wobei die aufgeheizte Feststoffmischung
von der Zyklon-Verbrennungszone abgetrennt und zur Zyklon-Reaktionszone als der
auf hoher Temperatur befindliche partikelförmige Wärmeträger rezirkuliert wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann vorgesehen sein, daß die abgetrennte Feststoffmischung, die aus der Zyklon-Reaktions-Separationszone
erhalten wird, zu einer Zyklon-Verbrennungszone geleitet wird, in die ein Strom
einer gasförmigen
Sauerstoffquelle eingefuhrt wird. Die Feststoffmischung
wird dabei unter einem Winkel zu diesem Strom eingeführt, so daß die Feststoffmischung
erhitzt wird. Die erhitzte Feststoffmischung wird dann separiert und der Zyklon-Reaktion-Separationszone
rezirkuliert, wo sie als partikelförmiger Wärmeträger verwendet wird.
-
Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform wird die partikelförmige
Feststoffmischung, die aus der Zyklon-Reaktion-Separationszone erhalten wlrd, einer
ersten Feststoff-Sammelzone zugeführt, in der die Partikel wenigstens teilweise
fluidisiert gehalten werden. Aus dieser Sammelzone werden die Partikel abgezoqen
und durch eine erste fluidisierte Leitung der Zyklon-verbrennlmgqzone zugeführt.
-
Die erhitzten Partikel, die aus dieser Zone erhalten werden, werden
einer zweiten Feststoff-Sammelzone zugeführt, von der sie durch eine zweite, vertikal
angeordnete, fluidisierte Leitung zur Zyklon-Reaktion-Separationszone transportiert
werden.
-
Die separierte gasförmige Mischung wird vorzugsweise von der Zyklon-Reaktion-Separationszone
abgezogen, woraufhin die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe in dieser gasförmigen
Mischung kondensiert werden und eine leichte Kohlenwasserstofffraktion aus dem Kondensat
gewonnen wird.
-
Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, daß die abgetrennte
gasförmige Mischung einer Venturi-Abkühlzone zugeführt wird, in der durch Einführung
eines fließfähigen Kühlmittels die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe unter Erzeugung
eines gasförmigen Restes kondensiert werden; daß das Kühlmittel, die kondensierten
Kohlenwasserstoffe und der gasförmige Rest einer Fraktionier-
Trennzone
zugeführt werden, in welcher der gasförmige Rest von den kondensierten Kohlenwasserstoffen
abgetrennt wird und die kondensierten Kohlenwasserstoffe in eine mitteldestillatige
Leicht-Kohlenwasserstofffraktion und eine Schwer-Kohlenwasserstoffraktion separiert
werden; und daß die Leicht-Kohlenwasserstofffraktion als Produkt rückgewonnen und
wenigstens ein Teil der Schwer-Kohlerwasserstoffreaktion zur Venturi-Kühlzone als
Kühlmittel rezirkuliert wird.
-
Wird das erfindungsgemäße Verfahren bei kohlenstoffhaltigen Materialien
angewanat, die, wie Agglomeratkohlen, beim Aufheizen auf die Pyrolysetemperatur
durch einen klebrigen Zustand laufen und deshalb eine Tendenz haben,zu agglomerieren
oder an irgendwelchen Flächen anzukleben, beispielsweise also an der Wandung, welche
die Zyklon-Reaktion-Separationszone begrenzt, so wird vorzugsweise ein zusätzlicher
Hochtemperaturstrom aus partikelförmigem festem Wärmeträgr tangential in die Zyklon-Reaktion-Separationszone
eingeführt und dazu gebracht, innerhalb dieser einer gekrümmten Bahn zu folgen,
und zwar mit einer höheren Geschwindigkeit als derjenigen des Stromes aus kohlenstoffhaltigem
Material, wodurch zwischen dem Strom aus kohlenstoffhaltigem Material und einer
Wandung, welche die Zone begrenzt, eine Schicht aus Wärmeträgermaterial gebildet
wird.
-
In Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann vorgesehen sein, daß der Strom aus kohlenstoffhaltigem Material und der erste
Strom aus partikelförmigem, festem Wärmeträger in die Zyklon-Reaktion-Separationszone
mit Geschwindigkeiten von nicht mehr als etwa 61 m/sec eingeführt werden, während
der zusätzliche Strom in die Zone mit einer Geschwincligr;eit im Bereich von etwa
61 bis 76 m/sec eingeführt wird.
-
Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, daß der zusätzliche Strom zwischen
etwa 10 bis etwa 50 Gew.-8 der Gesamtmenge an partikelförmigem festem Wärmeträger,
der in die Zyklon-Reaktion-Separationszone eingeführt wird, enthält.
-
Eine besonders bevorzugte Aus führungs form zeichnet sich weiterhin
dadurch aus, daß der zusätzliche Strom 20 bis 30 Gew.-% der gesamten Menge an partikelförmigem
festem Wärmeträger, welcher in die Zone eingeführt wird, enthält.
-
insbesondere dann, wenn ein zusätzlicher Strom aus partikelförmigem
festem Wärmeträger in die Zyk lon-HeaKtion-Separationszone aus den vorstend genannten-Gründen
eingeführt wird, kann vorgesehen sein, daß der (erste) Strom aus partikelförmigem
Wärmeträger in die Zytlon-Reaktion-Separationszone unter einem Winkel im Bereich
von 15 bis 400 relativ zum Strömungsweg des kohlenstoffhaltigen Materials eingeführt
wird. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, daß der Winkel im Bereich von 15 bis
25% liegt.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Pyrolysieren eines kohlenstoffhaltigen
Materials in Anwesenheit eines partikelförmigen Wärmeträgers, insbesondere zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist gekennzeichnet durch einen Hochtemperatur-Zyklon-Separator-Reaktor,
welcher einen tangentialen Zuführeinlaß für das kohlenstoffhaltige Material und
einen zweiten Zuführeinlaß für den partikelförmigen Wärmeträger, der unter einem
Winkel zum tangentialen Zuführeinlaß angeordnet ist, einen Dampfablaß an einem Ende
zum Entfernen dampfförmiger Pyrolyseprodukte und einen Feststoffauslaß am entgegengesetzten
Ende zum Entfernen des partikelförmigen, festen Wärmeträgers und
der
kohlenstoffhaltigen Festprodukte der Pyrolyse aufweist; eine in offener Autnahmebeziehung
zu dem Dampfauslaß angeordnete Abschreckeinrichtung, welche Einrichtungen zum Einführen
eines fließfähigen Kohlenwasserstoff-Kühlmittels zum Kondensieren wenigstens eines
Teiles der aus dem Dampfauslaß zugeführten Hochtemperaturdämpfe aufweist; eine mit
der Abschreckeinrichtung verbundene Einrichtung zur fraktionierenden Abtrennung
von Kondensat aus der Abschreckeinrichtung; eine eine Einrichtung zum wenigstens
teilweisen Fluidisieren der gesammelten Partikel aufweisende Einrichtung zum Aufnehmen
des partikelförmigen festen Wärmeträgers und der kohlenstoffhaltigen Festprodukte
der Pyrolyse; Einrichtungen zum Transportieren des partikelförmigen, festen Wärmeträgers
und der kohlenstoffhaltigenFestprodukte der Pyrolyse zu einer Verbrennungseinrichtung;
eine Einrichtung zum Verbrennen des in dem partikelförmigen festen Wärmeträger und
dem kohlenstoffhaltigen Feststoffrest der Pyrolyse enthaltenen Kohlenstoffs; Einrichtungen
zum Aufnenmen des partikelförmigen festen Wäreträgers aus dem als Verbrennungseinrichtung
verwendeten Zyklonbrenner; und Einrichtungen zum Transport des partikelförmigen,
festen Wärmeträgers aus der Aufnahmeeinrichtung zum zweiten Zuführeinlaß des Zyklon-Separator-Reaktors.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum fraktionierenden Abtrennen des Kondensates aus der Abschreckeinrichtung
eine Einrichtung zum Rezirkulieren des Teiles eines fraktionierend abgetrennten
Kondensates als Kühlmittel zu der Kühleinrichtung aufweist.
-
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens nach der Erfindung vorgeschlagen,
welche gekennzeichnet
ist durch einen Hochtemperatur-Zyklon-Separator-Reaktor, welcher einen ersten, tangentialen
Zuführeinlaß für einen Hochgeschwindigkeitsstrom aus partikelförmigem Wärmeträger,
einen zweiten, tangentialen Zuführeinlaß für einen Niedergeschwindigkeitsstrom aus
kohlenstoffhaltigem Material, der einen Strömungsweg definiert, der im wesentlichen
parallel zum durch den ersten Einlaß definierten Strömurgsweg liegt, und einen dritten
Zuführeinlaß für einen Niedergeschwindigkeitsstrom aus partikelförmigem Wärmeträger
aufweist, der unter einem Winkel zu dem ersten und dem zweiten Zuführeinlaß schräg
angeordnet ist, wobei an einem Ende des Zyklonseparator-Reaktors ein Dampfablaß
zum Entfernen dampfförmiger Pyrolyseprodukte und am entgegengesetzten Ende ein Feststoffauslaß
zum Entfernen des partikelförmigen festen Wärmeträgers und der kohlenstoffhaltigen
Festprodukte der Pyrolyse vorgesehen sind.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung
im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt: Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignete Vorrichtung; Fig. 2 in schematischer Draufsicht den Zyklon-Reaktor-Separator
der Vorrichtung von Fig. 1; Fig. 3 in schematischer Draufsicht einen Zyklon-Brenner;
Fig. 4 in schematischer Ansicht einen modifizierten Zyklon-Reaktor-Separator, der
bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann; Fig. 5 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie 5-5 von Fig. 4; und Fig. 6 eine Schnittansicht
auf der Linie 6-6 von Fig. 4.
-
Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Pyrolyse
fester
und flussiger kohienstotfhaltiger Materialien, der dazu verwendet werden kann, die
Ausbeute mitteldestiliatiger Kohlenwasserstorfe durch extrem kurze Pyrolysekontaktzeiten
auf ein Maximum zu bringen, sowie um eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Die kohlenstoffhaltigen Materialien, die erfindungsgemäß pyrolysiert
werden können, umfassen Feststoffe, wie beispielsweise Agglomeratkohle, Nicht-Agglomeratkohle,
Teersände, Schiefer, ÖIschifx, die organischen Bestandteile fester Abfälle und dergleichen,
sowie Flüssigkeiten, wie Schieferöle, Teersandöle, schwere Raffineriekohlenwasserstoffe
sowie diejenigen schweren Kohlenwasserstoffe, die aus Pyrolysevorgängen entstehen,
ebenso auch ttischungen dieser Stoffe. Bei Feststoffen ist es wünschenswert, die
Partikelgröße auf etwa 1.000 Mikron zu begrenzern, wobei etwa 250 Mikron im Falle
von Agglomeratkohle zweckmäßig sind.
-
Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, gelangt kohlenstoffhaitiges Material
in eine Zuführleitung 10, wenn erforderlich, zusammen mit einem Trägergas 12 und,
wenn dies gewünscht ist, Dampf, woraufhin das Material zu einem Venturimischer 14
gelangt. Wenn dies gewünscht ist, können die schweren Xohlenwasserstoff-Pyrolyseprodukte
mit dem zugeführten Gut kombiniert und durch eine Leitung 15 zugegeben werden. Wenn
ein Trägerer verwendet wird, handelt es sich dabei um ein solches, welches nicht
in schädlicher Weise mit den Pyrolyseprodukten reagieren kann. Unter dem Ausdruck
"nicht-schädlich reaktiv", wie er in Verbindung mit dem Trägergas oder dem Gasstrom
verwendet wird, ist ein Gas zu verstehen, welches im wesentlichen frei von Sauerstoff
ist, welches aber Konstituenten aufweisen kann, die mit den Pyrolyseprodukten
in
der Weise reagieren, daß deren Wert erhöht wird. Das Gas sollte jedoch keine Bestandteile
aufweisen, die durch eine Reaktion die Pyrolyseprodukte abbauen oder verschlechtern
könnten. Das Gas kann als Verdünnungsmittel dienen, um die Pyrolysekontaktzeit auf
ein Minimum zu reduzieren. Im Falle kohlenstoffhaltiger Materialien kann das Gas
als Transportgas dienen.
-
Das Trägergas kann beispielsweise das inerte Abgas-Pyrolyseprodukt,
Dampf, der unter geeigneten Bedingungen mit dem Teer oder Koks, der durch die Pyrolyse
gebildet worden ist, zur Erzeugung von Wasserstoff reagiert, nämlich infolge einer
Wasser-Gas-Verschiebungsreattion, wobei also eine Reaktion mit ungesättigten Pyrolyseprodukten
erfolgt, die hierdurch stabilisiert werden, oder ein beliebiges gewünschtes Inertgas
oder Mischungen hiervon sein.
-
Wie sich am besten aus Fig. 2 ergibt, wird das kohlenstoffhaltige
Aufgabegut zusammen mit dem Trägergas, wenn ein derartiges vorhanden ist, als Strom
in einen Zyklon-Reaktor-Separator 16 tangential zu dessen Wandungen injiziert. Der
Venturimischer 14 dient dazu, das kohlenstoffhaltige Aufgabegut mit dem Trägergas
innig zu durchmischen, um so eine Verdünnung des Aufgabegutes zu vergrößern und
dementsprechend für kurze Pyrolysereaktionszeiten Sorge zu tragen.
-
Gleichzeitig wird über eine Leitung 18 ein partikelförmiger fester
Wärmeträger unter einem Winkel eingeführt, der zur Bewegungsbahn des Stromes aus
kohlenstoffhaltigem Material schräg angeordnet ist. Der feste partikelförmige Wärmeträger
wird durch ein Trägergas in den Pyrolysereaktor transportiert, welches dasselbe
Trägergas sein kann, wie dasjenige, welches ds kohlenstoffhaltige Aufgabegut in
in
dem Pyrolysereaktor trägt, aber auch hiervon verschieden sein kann. Ebenfalls ist
das Gas auf einer Temperatur, die annähernd gleich der Temperatur des partielförmigen
testen Wärmeträgers ist.
-
Die heißen Feststoffpartikel werden mit einer Rate und bei einer Temperatur
zugeführt, die erforderlich sind, um an den Wandungen des Zyklon-Reaktor-Separators
16 eine für die Pyrolyse geeignete Temperatur aufrecht zu erhalten. Die Pyrolyse
beginnt bei etwa 3150C, jedoch kann die Pyrolysetemperatur sich bis zur Erweicnungstemperatur
der anorganischen Bestandteile des partikelförmigen Wärmeträgers oder des kohlenstoffnaltigen
Aufgabematerials erstrecken, während noch hönere Temperaturen zu Schiackenbildung
und Schmelzvorgängen führen. Vorzugsweise findet die Pyrolyse bei Temperaturen im
Bereich zwischen 3150C und etwa 1.0950C statt. Weiter bevorzugt ist aber ein Temperaturbereich
der Pyrolyse von etwa 315 bis etwa 7600C, wobei der am meisten bevorzugte Bereich
schließlich bei etwa 480 bis 760°C liegt, um so die Ausbeute an mittelsiedenden
Kohlenwasserstoffen und Olefinen auf ein Maximum zu bringen. Höhere Temperaturen
können ebenfalls leicht angewendet werden, um gewünscntenfalls Vergasungsreaktionen
zu erleichtern.
-
Je nacn der Pyrolysetemperatur werden normalerweise zwischen etwa
2 und etwa 20 Gewichtsteile des partikelförmigen festen Wärmeträgers pro Gewichtsteil
kohlenstoffhaltigen Materials in den Reaktor 16 eingeführt. Die verwendeten Feststoffe
können Feststoffe sein, die aus einer externen Quelle in den Prozeß eingeführt werden,
beispielsweise also Sand. Es kann sich aber auch um das Festprodukt der Pyrolyse
des kohlenstoffhaltigen Materials handeln, wie beispielsweise Halbkoks oder Koks.
Im Falle-von festen
tsiillsubstanzen kann es sich um den glasähnlichen
anorganischen Rest handeln, der bei der Dekarbonisierung des festen Pyrolyserestes
entsteht. Der partikelförmige Wärmeträger befindet sich allgemein bei einer Temperatur
von etwa 55 bis 280°C oberhalb der gewünschten Pyrolysetemperatur.
-
Die Ströme aus festem, partikelförmigem Wärmeträger bzw. aus kohlenstoffhaltigem
Material haben beide vorzugsweise eine Geschwindigkeit innerhalb des Bereiches von
30 bis 76 m/sec. Die Gasmenge, die dazu verwendet wird, das feste, kohlenstoffhaltige
Material und den festen, partikelförmigen Warmeträger zu transportieren, reicht
aus, um den Transport der genannten Materialien aufrecht zu erhalten und ein Verklumpen
zu vermeiden.
-
Normalerweise findet nocn mehr Gas Anwendung, um die Materialien zu
verdünnen und die Pyrolysekontaktzeit zu minimalisieren. Normalerweise befindet
sich der Feststoffgehalt im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10 Volumenprozent, basierend
auf dem Gesamtvolumen des Stromes.
-
Der partikelförmige feste Wärmeträger durchdringt den Strom des kohlenstoffhaltigen
Materials und tritt hierin ein. Diese Durcndringung setzt die Wärmeübertragungsrate
von dem partikelförmigen festen Wärmeträger auf das kohlenstoffhaltige Material
in Gang, wobei momentan eine Pyrolyse stattfindet, die aus einer Kombination von
Verdampfungs- und Crackreaktionen besteht. Während die Veroampfungs- und Crackreaktionen
stattfinden, werden kondensierhare und nicnt-kondensierbare Kohlenwasserstoffe aus
dem kohlenstoffhaltiger Material erzeugt, wobei gleichzeitig ein kohlenstoffhaltiger
Feststoffrest, wie Koks oder Halbkokslgebildet wird. Der kohlenstoffhaltige Feststoffrest
und der partikelförmige Wänneträger, welche die schwersten
Materialien
sind, die vorliegen, werden zurückgehalten und gelangen spiralartig entlang der
Wandungen des Zyklon-Reaktor-Separators 16 in ein reservoir 17 am Boden des Reaktors,
wo sie sich sammeln. Das Trägergas sowie die pyrolytisch erzeugten Dämpfe werden
abgetrennt und strömen spiralartig in Richtung auf das Zentrum des Zyklon-Reaktor-Separators
16, wobei die primären Pyrolysereaktionen wegen des Fehlens von Feststoffen rasch
zu einem Ende kommen. Die effektive Pyrolysekontaktzeit beträgt weniger als 3 Sekunden,
vorzugsweise etwa 0,1 bis 1 Sekunde, höchst vorzugsweise von etwa 0,2 bis etwa 0,6
Sekunden.
-
Unter "Pyrolyse-Kontaktzeit" oder "Kontaktzeit' wird hierin, unter
Bezugnahme auf die Pyrolyse, diejenige Zeit verstanden, de vom ersten Kontakt des
kohlenstoffhaltigen Materials mit dem partikelförmigen Wärmeträger bis zum Abtrennen
der dampfförmigen Produkte von dem partikelförmigen Wärmeträger reicht. Ein herkömmliches
und bequemes Maß für die Kontaktzeit ist die mittlere Verweilzeit des Trägergases
im Zyklon-Reaktor-Separator.
-
Die untere Grenze ist diejenige, welche notwendig ist, um das kohlenstoffhaltige
Material auf die gewünschte Pyrolysetemperatur aufzuheizen. Diese Zeit ist eine
Funktion der Partikelgröße sowie der Konzentration des festen partikeiförmigen Wärmeträgers.
Unter normalen, mittleren Zuführbedingungen beträgt die Kontaktzeit, welche notwendig
ist, um 5400C zu erreichen, bei Partikeln von etwa 250 Mikron Durchmesser etwa 1,5
Sekunden, während 0,5 Sekunden bei Partikeln von 75 Mikron Durchmesser notwendig
sind.
-
Das Trägergas ebenso wie der pyrolytische Dampf verlassen den Reaktor
16 und gelangen in einen Venturimischer 208
wo sie mit einem Abschrecfließittel
in Kontakt gebracht werden, um die Castemperatur mindestens unterhalb den Pyrolyse-
und Cracktemperatur zu senken, damit weitere Crackreaktionen verhindert werden.
Vorzugsweise reduziert das Xühlmittel die Temperaturen unter den Taupunkt der konaensierbaren
Kohlenwasserstoffe. ,Typischerweise wird ein Teil der kondensierten,schwereren Kohlenwasserstoffe,
die durch den Pyrolysereaktor gebildet worden sind, als Kühlmittel verwendet und
dem Venturimischer 20 durch eine Leitung 24 zugeführt. Unmischbare Abschrecköle
können ebenfalls verwendet werden. Wenn diese verwendet werden, werden sie von den
Produkten abgetrennt und in den Venturimischer 20 rezirkuliert.
-
Das Kühlmittel, nolmalerweise eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit,
wird einer Fraktionierkolonne 22 zugeführt.
-
In dem Fraktionierturni oder der Fraktionierkolonne 22 werden das
Trägergas und die leichteren Kohlenwasserstoffe von den mitteldestillatigen Kohlenwasserstoffen
separiert, die wiederum von den schweren Kohlenwasserstoffen abgetrennt werden.
Normalerweise tritt die Gasfraktion, welche etwa C4-Kohlenwasserstoffe und niedrigere
enthält,am oberen Ende der Fraktionierkolonne 22 über eine Leitung 26 aus. Die Fraktion
von etwa C5 bis zu Kohlenwasserstoffen, welche eine Endsiedetemperatur von etwa
5100C haben, die Fraktion also, aus der Benzin, Dieseitreibstoffe sowie Heizölkomponenten
gebildet werden, wird als mitteldestillatiges Kohlenwasserstoffprodukt in einer
Leitung 28 abgetrennt. Ein Teil kann gekühlt und als Rückfluß rezirkuliert werden.
-
Der schwere Kohlenwasserstoffrest verläßt die Basis der Fraktionierkolonne
22 und wird gekühlt. Ein Teil wird als Rückfluß rezirkuliert, ein anderer als Kühlmittel.
-
Der Rest, wenn er nicht rückgewonnen wird, wird als Produkt dem Zyklon-Reaktor-Separator
16 wieder zugeführt, um vollständig, also bis zur Auslöschung, pyrolysiert zu werden.
-
Wegen der kurzen Verweilzeit und der Pyrolysetemperaturen von weniger
als etwa 7600C bleibt der An-teil von C4-Kohlenwasserstoffen zuzüglich des kohlenstoffhaltigen
Feststoffrestes der Pyrolyse auf einem Minimalwert, während die C5- bis zu 510°C-Endsiedepunktfraktion
auf ein Maximum gebracht wird. Die C4 - und niedrigeren Kohlenwasserstoffe haben
die Tendenz, reich an Olefinen zu sein, wenn kein Wasserstoff zugesetzt oder im
Zyklon-Reaktor-Separator 16 erzeugt wird. Die Menge der C4 - oder niedrigerer Kohlenwasserstoffe,
die erzeugt werden, steigt mit der Pyrolysetemperatur und der Pyrolysekontaktzeit
an.
-
Das Vorhandensein von Wasserstoff während der Pyrolyse, sei es, daß
dieser intern erzeugt oder von außen zugeführt wird, ist wünschenswert, um die Stabilisierung
der gebildeten Kohlenwasserstoffe zu verbessern, insbesondere der schwereren Kohlenwasserstoffe,
um nämlich deren Polymerisation zu Teeren zu verhindern.
-
Der partikelförmige, kohlenstoffhaltige Feststoffrest der Pyrolyse
und der partikelförmige, feste Wärmeträger verlassen das Reservoir 17 und gelangen
durch eine Leitung 30 in einen Fließbettabstreifer 32. Ein Strom eines Trägergases,
welches ebenfalls nicht-schädlich reaktiv hinsichtlich der Pyrolyseprodukte ist,
gelangt zur Basis des Abstreifers 32 und hält die Feststoffe in einem gemischten
und wenigstens halb-fluidisierten Zustand. Eine Klappe 34 an der Leitung 30 verhindert
eine Rückströmung des Gases in den Zyklon. Stattdessen
wird das
Gas im Bypass um den Zyklon-Reaktor--Separator 16 durch eine Leitung 36 geführt
und mit dem Autgabegut kombiniert. Das Gas dient dazu, jedwede Kohlenwasserstofföle,
die von der Pyrolyse stammen, von der Oberfläche der Partikel zu entfernen und diese
für weitere Pyrolyse in das System zurückzuführen.
-
Der abgekühlte partikelförmige Wärmeträger und der kohlenstoffhaltige
Feststoffrest der Pyrolyse gelangen durch ein Schieberventll 38 entlang eines Winkelsteigers
40 und eines vertikalen Steigers 42 zu einer Verbrennungszone, vorzugsweise in Form
eines Zyklonbrenners 44, dessen Querschnitt in Fig. 3 wiedergegeben ist. Der Zyklonbrenner
kann in Verbindung mit einem identischen Zyklonbrenner 46 oder auch einfach als
Zyklon-Separator für Feinbestandteile betrieben werden. Wenn eine andere Verbrennungseinrichtung
verwendet wird, so wird ein Zyklon-Separator dazu benutzt, Abgase von dem partikelförmigen
Wärzeträger abzutrennen.
-
Der Verbrennungszyklon 44 arbeitet im wesentlichen identisch wie der
Zyklon-Reaktor-Separator 16. Das Transportgas, welches dazu verwendet wird, die
Partikel zum Zyklonbrenner 44 zu transportieren, kann Luft oder auch Abgas sein,
Rest Verbrennungsluft, wobei die Injektion tangential durch eine Leitung 48 erfolgt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, durchdringen die Feststoffe den Luftstrom unter einem
Winkel und unterliegen einer raschen oxidativen Verbrennung.
-
Die schwereren Partikel passieren den Luftstrom rasch, so daß die
effektive Verbrennungsverweilzeit kurz ist, und zwar im Bereich von etwa 0,1 bis
0,6 Sekunden. Dementsprechend ist die effektive Verweilzeit für die Verbrennung
trotz der Ta-tsache, daß Überschußluft zugeführt wird, kurz. Als Ergebnis wird die
Menge des erzeugten
Kohlendioxides auf ein Maximum gebracht, da
die schnellere Kohlendioxidreaktionsrate im Vergleich zur langsameren Kohlenmonoxidreaktionsrate
begünstigt wird. Dementsprechend wird die Menge der pro verbrauchter Kohlenstoffeinheit
erzeugten Wärme auf einen Maximalwert gebracht. Im allgemeinen ergibt eine teilweise
Verbrennung ein Abgas oder Rauchgas mit einem Verhältnis von C02 : CO von etwa 2
: 1.
-
Die Gase und die feinen Feststoffe, welche sich der Rückgewinnung
aus dem Zyklon 44 entziehen, gelangen in den Zyklon 46, wo zusätzliche Luft zugefügt
werden kann.
-
Der Zyklon 46 hat ebenfalls vorzugsweise die in Fig. 3 ersichtliche
Form, so daß sicn eine Verbrennung mit kurzer Kontaktzeit ergibt. Alternativ hierzu
kann auch ein einfacher Zyklon-Separator verwendet werden. Der Hochtemperatur-Wärmeträger
in Partikelform, der in den Zyklonen 44 und 46 gesammelt wird, gelangt durch Standrohre
48 und 50 zu einem Ausgleichsbunker 52. Der Ausgleichsbunker 52 wird auf einer Temperatur
gehalten, die mit der Arbeitstemperatur des Pyrolysereaktors 16 verträglich ist
und im allgemeinen von etwa 165 bis 2800C oberhalb der Pyrolysetemperatur reicht.
-
Wenn dies erforderlich ist, gelangt dor partikelförmige Wärmeträger
durch ein Standrohr 54, einen Schieber 56 und einen Winkelsteiger 58 zu dem Vertikalsteiger
18 und wird dann dem Zyklon-Reaktor-Separator 16 zugeführt.
-
Überschüssige Partikel werden von dem Ausgleichsbunker 52 durch ein
Stebsiphonrohr 60 als Produkthalbkoks abgezogen.
-
Ein Gas, welches Dampf sein kann, der durch den Kontakt mit dem vorhandenen
partikelförmigen Wärmeträger überhitzt
wird und durch eine Wassergas-Verschlebungsreaktion
Wasserstoff bildet, gelangt in den Ausgleiclusbunker 52 und geht huber eine Durchgangs
leitung 62 als Teil des Trägergases in die Zuführung zu Zyklon 44 und zum Zyklon
46. Die Verwendung des Gases hängt aber von dem vollständigen Verbrauch des Sauerstoffs
in den Zyklonen 44 und 46 ab, da das Gas, welches in den Pyrolyse-Zyklon-Reaktor-Separtor
16 eintritt, im wesentlichen sauerstofffrei sein muß.
-
Das Übertragungsgas im vertikalen Steiger 18 dient dazu, den partikelförmigen
Wärmeträger auf diejenige Geschwindigkeit zu beschleunigen, die für die Zuführung
zum Zyklon-Reaktor-Separator 16 notwendig ist.
-
Wie bereits ausgeführt wurde, durchlaufen bestimmte kohlenstoffhaltige
Materialien, insbesondere Agglomeratkohle beim Aufheizen auf die Pyrolysetemperaturen
einen klebrigen Zustand, so daß Partikel dieser Materialien bei Temperaturen innerhalb
eines bestimmten Bereiches die Tendenz haben, an irgendwelchen Flächen anzuhaften
und sich dort zusammenzuklumpen, mit denen die Partikel in Kontakt kommen können.
Eine derartige Fläche ist beispielsweise die gekrümmte Wandung eines Zyklon-Reaktor-Separators,
wie er bei 16 in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Obwohl ein System, wie es unter Bezugnahme
auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wird, eine zufriedenstellende Pyrolyse auch bei
Aglomeratkohle bewerkstelligen kann, wird das System vorzugsweise modifiziert, und
zwar in der Weise, daß ein Zyklon-Reaktor-Separator der in den Fig. 4 bis 6 beschriebenen
Art verwendet wird, wenn der artige Kohlen das Auf gabegut bilden, um so sicherzustellen,
daß die bei der Pyrolyse derartiger Kohlen auftretenden Probleme vermieden werden.
-
Dzmcntsprechend ist in den Fig. 4 bis 6 ein Zyklon-Reaktor-Separator
110 gezeigt, der aus einem vertikal angeordneten zylindrischen Körper 112 besteht,
welcher in einen untern.1b des Hauptkörpers 112 angeordneten und mit diesem axial
ausgerichteten konischen Abschnitt 114 üDergeht. Unterhalb des konischen Abscnnittes
ist ein Reservoir 116 angeordnet, welches ein Tauchrohr 118 beaufschlagt, das als
Auslaß für die Feststoffe dient.
-
Eine Dampfablaßleitung 120, die vorzugsweise koaxial mit dem Hauptkörper
ausgerichtet ist, erstreckt sich vom Boden 122 durch die Abdeckung 124 des zylindrischen
Hauptkörpers hindurch.
-
Bei dem Zyklon-Reaktor-Separator 110 sind drei Seite an Seite angeordnete
Einlässe 126, 128, 130 vorgesehen, die mit dem Oberteil des Hauptkörpers kommunizieren.
Der erste Zuführeinlaß 126 ist tangential zur Wandung 117 des Zyklon-Reattor-Separators
angeordnet und ist für einen mit relativ hoher Geschwindigkeit fließenden Strom
eines partikelförmigen Wärmeträgers bestimmt, während der benachbarte zweite Zuführeinlaß
128, der ebenfalls tangential zur Wandung des Zyklon-Reaktor-Separators verläuft,
für einen mit langsamerer Geschwindigkeit fließenden Strom kohlenstoffhaltigen Materials
Destimmt ist. Der zweite Zuführeinlaß 128 definiert einen Strömungsweg, welcher
parallel zu demjenigen Strömungsweg verläuft, der durch den ersten Einlaß 126 definiert
ist. Der dritte Zuführeinlaß 130 dient für einen relativ langsamen Strom des partikelförmigen
Wärmeträgers. Dieser Einlaß ist unter einem Winkel geneigt, so daß dieser Strom
in Richtung auf diejenigen Ströme gerichtet wird, die durch die tangentialen ersten
und zweiten Zuführeinlässe eingegeben werden.
-
Im Betrieb dieses Zyklon-Reaktor-Separators wird ein
partikelförmiger
Wärmeträger als Strom 132 in die Zyklon-Reaktions-Separationszone tangential zu
deren Wandungen durch den ersten Einlaß 126 injiziert. Die Geschwindigkeit des Stromes
132 liegt vorzugsweise oberhalb 61 m/Sekunde, so daß die heißen Par-tikel eine hinreichende
Wuch-t haben, um entlang der Innenwandung des Zyklon-Reaktor-Separators entlang
des durch die Pfeile 133 in Fig. 5 bezeichneten Weges zu verlaufen. Die Geschwindigkeit
dieses Stromes beträgt vorzugsweise weniger als etwa 76 m/Sekunde, so daß die Partikel
die Innenwandung 136 des Zyklon-Reaktor-Separators nicht erodieren.
-
Gleichzeitig mit dem Eingeben des eine relativ hohe Geschwindigkeit
aufweisenden Stromes wird ein mit niedrigerer Geschwindigkeit fließender Strom 134,
welcher das kohlenstoffhaltige Material und, wenn notwendigrein Trägergas aufweist,
eingeführt. Das Trägergas, wenn ein derartiges verwendet wird, ist nicht-scnädlich
reaktiv hinsichtlich der Pyrolyseprodukte und dient als Verdünnungsmittel, um die
Pyrolysekontaktzeit auf ein Minimum zu reduzieren und das kohlenstoffhaltige Material
zum Vermeiden einer Selbstaglomeration zu verdünnen.
-
Das kohlenstoffhaltige Material wird so eingeführt, daß es einem Weg
folgt, der im wesentlichen parallel zu demjenigen Weg liegt, entlang dessen der
Hochgeschwindigkeitsstrom 132 aus partikelförmigen Wdrmeträgern strömt, wenn dieser
in den Zyklon eingeführt wird. Die Geschwindigkeit des Stromes aus kohlenstoffhaltigem
Material ist geringer als die Geschwindigkeit des Stromes 132 und liegt vorzugsweise
im Bereich von weniger als etwa 61 Sekunde. Dies stellt sicher, daß das kohlenstoffhaltige
Material von der Innenfläche der Wandung 136 durch eine Schicht des ochgeschindigeitsstromes
aus partikelförmigem
WärmeLräger getrennt ist. Auf diese Weise
hat der Hochgesch;vindigkeitsstrom eine größere Wucht oder ein größeres Moment und
verläuft hierdurch vorzugsweise entlang der Innenwandung 1 36 des Zyklon-Reaktor-Separators.
Das kohlenstoffhaltige Material hat vorzugsweise eine Geschwindigkeit von wenigstens
30 m/Sekunde, so aaß hinreichende Zentrifugalkräfte auf die Partikel in diesem Strom
aufgeprägt werden, um so eine Trennung der gasförmigen Pyrolyseprodukte und des
Trägergases von den Festproctukten der Pyrolyse und dem partikelförmigen Wärmeträger
zu bewirken.
-
Das kohlenstoffhaltige Material strömt entlang des Strömungsweges
138, wie er durch die "+"-Zeichen 39 in Fig.
-
5 gezeigt ist. Dieser Strömungsweg liegt näher an der zentralen vertikalen
Achse als der Strömungsweg 133 des ESochgeschwindigkeitsstromes 132 aus partikelförmigem
Wärmeträger.
-
Das kohlenstoffhaltige Material kann vor dem Aufgeben in die Zyklon-Reaktion
-Separationszone durch verschiedene Prozesse, wie Entfernen anorganischer Fraktionen
durch magnetische Separation und Klassifikation, insbesondere im Falle von Zivilisationsmüll
fester Art, vorbehandelt werden. Das kohlenstoffhaltige Material kann auch getrocknet
werden, um seinen Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren. Das feste kohlenstoffhaltige
Material wird üblicherweise zerkleinert, um den Oberflächenbereich, der für die
Pyrolysereaktion zur Verfügung steht, zu vergrößern.
-
Simultan mit dem Einführen des kohlenstoffhaltigen Materials und des
Hochgeschwindigkeitsstromes aus partikelförmigem Wärmetrager wird ein Niedergeschwindigkeitsstrom
140 aus Hochtemperatur-Wärmeträger partikelförmiger Art in den
Zyklon-Reaktor-Separator
110 durch den dritten Einlaß 130 eingeführt, der dem Einlaß 128 für das kohlenstoffhaltige
Material benachbart liegt und unter einem Winkel zum Strömungsweg 138 des kohlenstoffhaltigen
Materials geneigt ist.
-
Sowohl der Niedergeschwindigteitsstrom als auch der Hochgeschwindigkeitsstrom
des partikelförmigen Wärmeträgers können in den Pyrolysereaktor durch ein Trägergas
transportiert werden, welches nicht schädlich reaktiv hinsichtlich der Pyrolyseprodukte
ist. Das Gas kann dasselbe sein, wie dasjenige, welches das kohlenstoffhaltige Aufgabegut
in den Pyrolysereaktor transportiert, kann aber auch hiervon verschieden sein, obwohl
dieses Trägergas vorzugsweise auf einer Temperatur liegen sollte, die etwa gleich
der Temperatur des partikelförmigen festen Wärmeträgers ist Da der Niedergeschwindigkeitsstrom
aus festem, partikelförmigem Wärmeträger in den Pyrolysereaktor 110 unter einem
zu dem Strömungsweg 138 des kohlenstoffhaltigen Materials geneigten Winkel eintritt,
durchdringt er den Strömungsweg des kohlenstoffhaltigen Materials, wie durch die
gestrichelte Linie 142 in Fig. 5 gezeigt ist.
-
Diese Druchdringung setzt die Wärmeübertragung von dem festen, partikelförmigen
Wärmeträger auf das kohlenstoffhaltige Material in Gang, wodurch eine Pyrolyse bewirkt
wird, die aus einer Kombination von Verdampfungs- und Crackreaktionen besteht. Während
die Verdampfungs- und Crackreaktionen stattfinden, werden kondensierbare und nicht
kondensierbare Kohlenwasserstoffe aus dem Kohlenstoffhaltigen Material erzeugt,
wobei gleichzeitig ein kohlenstoffhaltiger Feststoffrest, wie Koks oder Ilalbkoks,
produziert wird. Der kohlenstoffhaltige Feststofrest
und oer partikelförmige
Wärmeträger, die beide die schwersten vorliegenden Materialien sind, werden zurückgehalten
und gelangen spiralförmig entlang der Wandungen des zylindrischen Hauptkörpers 112
und des konischen Abschnitts 114 des Zyklon-Reaktor-Separators 110 zum Reservoir
116, von dem aus sie durch den Tauchrohrauslaß 118 abgegeben werden. Das Trägergas
sowie die pyrolytischen Dämpfe trennen sich in einem Spiralfluß in Richtung auf
das Zentrum des Zyklon-Reaktor-Separators 110 ab, wie dies durch die Linie 119 in
Fig. 5 wiedergegeben ist, und beendenrdz die primären Pyrolysereaktionen, da keine
Feststoffe mehr vorliegen.
-
Der Niedergeschwindigkeitsstrom des partikelförmigen Wärmeträgers
hat vorzugsweise eine Geschwindigkeit, welche etwa derjenigen des kohlenstoffhaltigen
Materials entspricht, d.h. also von etwa 30 bis etwa 61 m/Sekunde. Wenn die Geschwindigkeit
dieses Stromes größer als etwa 61 m/Sekunde ist, so hat der Niedergeschwindigkeitsstrom
aus partikelförmigem Wärmeträger die Tendenz, einen Teil des kohlenstoffhaltlgen
Materials nach oben gegen die Wandungen des Zyklon-Reaktor-Separators zu tragen,
woraus Anbackungen resultieren können. Bei Geschwindigkeiten von weniger als etwa
30 m/Sekunde kann ein unzureichendes Moment tür eine gute Trennung der Dämpfe von
den Feststoften im Zyklon-Reaktor-Separator vorliegen.
-
Obwohl der Strom 134 aus kohlenstoffhaltigem Material und der Strom
140 aus partikelförmigem wärmeträger, welche durch den zweiten Einlaß 128 bzw. durch
den dritten einlaß 130 eingegeben werden, als"Niedergeschwindigkeitsströme's beschrieben
worden sind, bedeutet dies nur, daß ihre Gescnwindiakeit im Vergleich zum Hochgeschwindigkeitsstrom
132 aus partikelförmigem Wärmeträger, welcher
durch den ersten
Einlaß 126 eingegeben wird, niedrig ist. Die bevorzugte Minimalgeschwindigkeit für
die Ströme 134 und 140 beträgt etwa 30 m/Sekunde.
-
Die Verteilung des partikelförmigen Wärmeträgers zwischen den Hoch-
und Niedergeschwindigkeitsströmen 132 und' 140 stellt ein Gleichgewicht zwischen
zwei einander widerstrebenden Gesichtspunkten dar. Zunächst einmal ist zu beachten,
daß dann, wenn weniger als etwa 102 des partikelförmigen Wärmeträgers im Hochgeschwindigkeitsstrom
verwendet wird, entlang der Reaktorinnenwand 136 eine unzureichende Schicht aus
heißen, nicht agglomerierenden Partikeln gebildet wird, so daß also kohlenstoffhaltiges
Material an diesen Wandungenagglomerieren kann. Aus diesem Grunde sollten vorzugsweise
wenigstens 10% des partikelfönnigen Wärmeträgers im Hochgeschwindigkeitss-trom 132
verwendet werden.
-
Der zweite Gesichtspunkt, der zu beachten ist, liegt in der Notwendigkeit,
im Niedergeschwindigkeitsstrom 132 eine Menge an partikelförmigem Wärmeträger vorliegen
zu haben, die ausreicht, um die Temperatur des kohlenstoffhaltigen Materials auf
die gewünschte Pyrolysetemperatur anzuheben.
-
Nur eine begrenzte Wärmemenge wird von dem Hochgeschwindigkeitsstrom
auf das kohlenstoffhaltige Material übertragen, und zwar insbesondere durch Wärmeübertragung
infolge von Konvektion und Strahlung. Aus diesem Grunde weist der Niedergeschwindigkeitsstrom
vorzugsweise wenigstens 50t des partikelförmigen Wärmeträgers, weiter bevorzugt
etwa 70 bis eta 80%, auf, d.h. also, der Hochgeschwindigkeitsstrom 132 enthält 20
bis 30% des gesamten partikelförmigen Wärmeträgers, der in den Zyklon-Reaktor-Separator
eingeführt wird.
-
Die Feststoffmischung 148, welche vom Bodenauslaß 118 des Zyklon-Reaktor-Separators
110 abgegeben wird, enthält partikelförmigen Wärmeträger und den kohlenstoffhaltigen
Feststoffrest. Der Feststoffrest kann als partikelförmiger Wärmeträger verwendet
werden, indem er wenigstens teilweise in Gegenwart einer Sauerstoffquelle, wie Luft,
oxidiert und zum Pyrolyserreaktor 110 rezirkuliert wird, wobei beispielsweise eine
Anordnung verwendet werden kann, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
-
Der Gasstrom 150, welcher om oberen Auslaß 112 des Pyrolysereaktors
110 ausgeht, enthält pyrolytische Dämpfe, welche Kohlenwasserstoffe, Trägergase
und unerwünscht Komponenten, wie Schwefelsufid, welche während der Pyrolysereaktion
erzeugt werden können, aufweisen.
-
Die verflüchtigten Kohlenwasserstoffe, welche durch die Pyrolyse erzeugt
werden, bestehen aus kondensierbaren Kohlenwasserstoffen, die durch ein einfaches
In-Kontakt-Bringen der verflüchtigten Kohlenwasserstoffe mit Kondensationseinrichtungen
rückgewonnen werden können. Weiterhin umfassen die verflüchtigten Kohlenwasserstoffe
nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe, wie Methan und Kohlenwasserstoffgase, die
nicht durch herkömmliche Kondensationseinrichtungen rückgewonnen werden können.
-
Kondensierbare verflüchtigte Kohlenwasserstoffe können durch geeignete
Rückgewinnungseinricktungen, beispielsweise solchen, wie sie in Verbindung mit Fig.
1 beschrieben wurden, separiert und rückgewonnen werden.
-
Die unerwünschten gasförmigen Produkte können von den unkondensierbaren
Kohlenwasserstoffen durch herkömmliche Einrichtungen, wie beispielsweise durch chemisches
Waschen, abgetrennt werden. Die verbleibenden unkondensierten rvohlenwasserstofte
können als Produktgasstrom verkauft und als Trägergas zum Transportieren des kohlenstoffhaitigen
Materials
und des partikelförmigen Wärmeträgers in Richtung auf die Pyrolyse-Reaktions-Separationszone
verwendet werden.
-
Obwohl der Hochgeschwindigkeitsstrom aus partikelförmigem Wärmeträger
in der Weise beschrieben worden ist, daß er tangential in den Zyklon-Reaktor-Separator
eingeführt wird, kann dieser Strom unter einem kleinen Winkel relativ zur Wandung
des Zyklons geneigt sein. Wenn allerdings der Hochgeschwindigkeitsstrom 132 in Richtung
auf die Zyklonwandungen geneigt ist, so resultiert eine vergrößerte Erosion dieser
wandungen, während dann,wenn die Neigung schräg zu den Zyklonwandungen weg erfolgt,
die Tendenz besteht, daß kohlenstoffhaltiges Material weniger zuverlässig von den
Wandungen des Zyklons ferngehalten wird. In ähnlicher Weise braucht auch der Strom
134 aus kohlenstoffhaltigem Material nicht strikt parallel zum Strom 132 eingeführt
zu werden. Es ist allerdings unerwünscht, das kohlenstoffhaltige Material in einem
in Richtung auf die Wandungen des Zyklons geneigten Strömungsweg einzuführen, da
dies die Gefahr vergrößert, daß kohlenstoffhaltiges Material an der Wand festhaftet.
Wenn andererseits das kohlenstoffhaltige Material in Richtung auf das Zyklonzentrum
schräg verläuft, so resultiert hieraus eine größere Durchdringung des kohlenstoffhaltigen
Materials durch die Niedergeschwindigkeitsstrom aus partikelförmigem Wärmeträger
mit potentiell besserer Wärmeübertragung zwischen diesen beiden Strömen, allerdings
auf Kosten einer vergrößerten Pyrolysezeit, indem nämlich die Effektivität der Feststoff/Gas-Separation
herabgesetzt wird.