DE3602555A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines pyrolysereaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Bei dem pyrolytischen Aufarbeiten von Ausgangsmaterial der angegebenen Art entstehen wegen der Ungleichmäßigkeiten in der Zusammensetzung und dem Durchfluß des Ausgangsmaterials stark schwankende Mengen gasförmiger Pyrolyseprodukte. Es bedarf daher besonderer Maßnahmen, um den Reaktor-Innendruck in einem gewünschten Bereich zu halten, in welchem die Wirbelschicht eine gewünschte Form und Größe annimmt und in der gewünschten Weise wirken kann. Dabei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten. Das aus dem Reaktor austretende Pyrolyse­ gas hat eine hohe Temperatur und einen hohen Gehalt an kondensierbaren Bestandteilen, so daß Regel- und/oder Stellglieder, die damit in Berührung kommen, rasch unbrauchbar werden. Derartige Störungen können vermieden werden, wenn die Stell- oder Regelglieder in Bereichen angeordnet werden, wo das Pyrolysegas oder ein daraus gewonnenes Produktgas bereits gereinigt und/oder abge­ kühlt sind. Von einem derartigen Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen der ange­ gebenen Art wird der Reaktor-Innendruck dadurch geregelt, daß der Produktgasstrom in Abhängigkeit von dem Reaktor-Innendruck gedrosselt wird. Dabei ist wegen des Volumens und des Strömungswiderstandes der Aufbereitungseinrichtung eine verhältnismäßig große Verzögerung in der Regelstrecke vorhanden, so daß es schwierig ist, kurzzeitige Druckschwankungen auszu­ regeln. Wenn wie üblich ein Teil des Produktgases als Wirbelgas zur Bildung der Wirbelschicht im Kreislauf zurückgeführt wird, können sich durch eine Regelung auf der Produktseite der Aufbereitungseinrichtung leicht störende Rückwirkungen auf die Bildung der Wirbelschicht ergeben.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Pyrolysereaktors der beschriebenen Art zu schaffen, die mit geringem Aufwand störungsfrei arbeiten und beim Pyrolysieren von Abfallmaterial der genannten Art eine gleichmäßige Ausbildung der Wirbelschicht sicherstellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit dem Verfahren nach dem Anspruch 1 und der Vorrichtung nach dem Anspruch 8.

Nach der Erfindung wird der Reaktor-Innendruck nur indirekt geregelt; der eigentliche Regelvorgang betrifft den Verdichter-Eingangsdruck und spielt sich ohne Ein­ beziehung der Aufbereitungseinrichtung nur an dem Ver­ dichter ab, so daß dafür die von der Aufbereitungs­ einrichtung an sich bedingte Verzögerung nicht zur Auswirkung kommt und die Regelung trägheitsarm vor sich gehen kann. Dieser schnellen Regelung des Verdichter- Eingangsdruckes ist ein die Aufbereitungseinrichtung einschließender und deshalb langsamerer zweiter Regel­ vorgang für die Sollwert-Einstellung überlagert. Die Abhängigkeitsfunktion, nach welcher der Sollwert des Verdichter-Eingangsdruckes in Abhängigkeit von dem Reaktor-Innendruck geführt wird, kann steiler gewählt werden als bei einer direkten proportionalen Regelung die Abhängigkeitsfunktion zwischen der Drosselung des Produktgasstromes und der Änderung des Reaktor-Innen­ druckes. Das heißt, daß auch der zweite Regelvorgang entsprechend schneller verläuft und die Regelung ins­ gesamt genügend trägheitsarm ist, um auch verhältnismäßig kurzzeitige Veränderungen des Reaktor-Innendruckes zu­ friedenstellend ausregeln zu können. Besonders wichtig ist ferner die Tatsache, daß nach der Erfindung die einer Veränderung des Reaktor-Innendruckes entgegen­ wirkende Druckänderung auf der Ausgangsseite der Auf­ bereitungseinrichtung sich nicht erst nach einer Drosselung mit der durch die Aufbereitungseinrichtung bedingten Verzögerung aufbaut, sondern durch den allein auf den Verdichter beschränkten schnellen Regelvorgang mit geringster Verzögerung hergestellt wird, wobei die dazu erforderlichen Änderungen der wirksamen Förder­ menge des Verdichters vorübergehend sehr groß sein können, ohne daß dadurch eine Instabilität der Gesamt­ regelung hervorgerufen wird.

Die Erfindung erfordert zu ihrer Verwirklichung nur sehr einfache und betriebssichere Einrichtungen. Ins­ besondere können handelsübliche Regel- und Stellein­ richtungen verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher be­ schrieben.

Die einzige Figur erläutert die Erfindung anhand eines schematischen Fließdiagramms.

Bei dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiel ist ein Pyrolysereaktor 1 an seinem oberen Ende über eine Eintragöffnung 3 und eine nicht dargestellte Druckschleuse mit zu pyrolysierendem Ausgangsmaterial beschickbar. Der Reaktor 1 enthält in einem unteren ringförmigen Bereich verteilte Wirbelgas-Einblasstellen 5, die an einen Wirbelgas-Einlaß 7 angeschlossen und über diesen mit einem Wirbelgas beschickbar sind. Der Reaktor 1 ist mittels Heizrohren 9 indirekt beheizbar.An seinem unteren Ende befindet sich ein Austragschacht 11 für feste und halbfeste Pyrolyseprodukte sowie überflüssiges Wirbelschichtmaterial. Der Austragsschacht 11 ist über eine nicht dargestellte Druckschleuse mit dem Außenraum verbunden.

Im oberen Bereich des Reaktors 1 wird das im Betrieb gebildete heiße Pyrolysegas über einen Pyrolysegas- Auslaß 13 zu einem Aufbereitungs-Eingang 15 einer Pyrolysegas-Aufbereitungseinrichtung 17 geleitet. In dieser wird aus dem Pyrolysegas ein gereinigtes und abgekühltes Produktgas gebildet, das aus einem Produkt­ gas-Ausgang 19 austritt. Weitere gasförmige und/oder flüssige Pyrolyseprodukte, die aus dem Pyrolysegas gewonnen wurden, werden aus entsprechenden weiteren Aus­ gängen, zum Beispiel dem angedeuteten weiteren Ausgang 21, abgegeben. An den Produktgas-Ausgang 19 kann eine Entnahmeeinrichtung 23 angeschlossen sein, über die Produktgas für andere Zwecke entnommen werden kann. Aus den weiter unten noch zu beschreibenden Gründen ist jedoch eine Entnahme von Produktgas an anderer Stelle vorzuziehen.

Der Produktgas-Ausgang 19 ist an den Eingang 25 eines Verdichters 27 angeschlossen. Am Ausgang 29 des Ver­ dichters wird verdichtetes Produktgas über Verdichter­ ausgang-Druckhaltemittel 31 abgegeben, die bei der dar­ gestellten Ausführungsform in sehr einfacher Weise durch ein Druckhalteventil (Uberdruckventil) 33 gebildet sind. Dadurch wird der Verdichter-Ausgangsdruck P 1 im wesent­ lichen konstant gehalten.

Zum Regeln des Reaktor-Innendruckes P 2 ist eine Regel­ einrichtung 35 vorgesehen; sie weist einen Druckfühler 37 zum Erfassen des Reaktor-Innendruckes P 2 und Stell­ mittel 39 zum Einwirken auf den Strom des Produktgases auf. Die Stellmittel 39 wirken auf die wirksame Förder­ menge des Verdichters 27 ein, und die Regeleinrichtung 35 ist zum Regeln des Verdichter-Eingangsdruckes P 3 auf einen Sollwert hin eingerichtet, der nach einer Abhängig­ keitsfunktion von dem Reaktor-Innendruck P 2 geführt wird. Zu diesem Zweck hat die Regeleinrichtung 35 einen Soll­ wertsteller 41, der über eine Steuerleitung 43 an den Druckfühler 37 angeschlossen ist. Die Abhängigkeits­ funktion wird entsprechend dem Betriebsverhalten des Reaktors 1 und der Aufbereitungseinrichtung 17 gewählt. Die Regeleinrichtung 35 hat eine Funktions-Stelleinrich­ tung 45 zum Verändern der Abhängigkeitsfunktion derart, daß der sich im Betrieb des Reaktors 1 einstellende Bereich von Reaktor-Innendrücken P 2 wie auch die Ansprech­ charakteristik der Regeleinrichtung 35 verändert werden kann. Dadurch kann die Regeleinrichtung 35 bequem an unterschiedliche Betriebsbedingungen oder unterschied­ liche Regelaufgaben angepaßt werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Stell­ mittel 39 durch eine steuerbare Drossel 47 gebildet, die in einem Nebenschluß 49 des Verdichters 27 angeordnet ist. Diese Ausführung ist sehr einfach und wenig auf­ wendig. Sie bietet den Vorteil, daß während des Regel­ vorganges der Verdichter mit im wesentlichen konstanter Drehzahl läuft, so daß bei der Regelung nur Gasströme und Ventilteile beschleunigt und verzögert werden müssen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist als Verdichter 27 ein Flüssigkeitsringverdichter vorgesehen. Bei dieser Verdichterbauart lassen sich leicht eine weitgehende chemische Beständigkeit gegenüber dem Produktgas sowie eine große Unempfindlichkeit gegen von dem Produktgas mitgeführte Verunreinigungen und Schwebstoffe erzielen. Die Leitungen zum Zu- und Abführen der Betriebsflüssigkeit sind nicht dargestellt.

Es ist bekannt und aus Gründen der Wirtschaftlichkeit zweckmäßig, das Wirbelgas wenigstens teilweise aus Produktgas zu bilden. Demgemäß wird bei der dargestellten Ausführungsform ein Teilstrom des verdichteten Produkt­ gases über eine zwischen dem Verdichter-Ausgang 29 und dem Wirbelgas-Einlaß 7 vorgesehene Kreislaufverbindung 51 dem Wirbelgas-Einlaß 7 des Reaktors zugeführt. Diese Technik ist an sich bekannt. Bei der dargestellten Aus­ führungsform erfolgt die beschriebene Zufuhr von Produkt­ gas zum Wirbelgas-Einlaß 7 über Entkoppelungsmittel, um Rückwirkungen zwischen dem Verdichter 27 und der in dem Reaktor 1 gebildeten Wirbelschicht zu vermeiden. Zu diesen Entkoppelungsmitteln gehören bei der dargestellten Ausführungsform Wirbelgas-Druckhaltemittel 53 zum Kon­ stanthalten des Wirbelgas-Eingangsdruckes P 4 und ein Pufferspeicher 55, an den der Verdichter-Ausgang 29 über das Druckhalteventil 33 und der Wirbelgas-Einlaß 7 über ein die Wirbelgas-Druckhaltemittel 49 darstellendes Reduzierventil 57 angeschlossen sind. Die Kreislaufver­ bindung 51 weist ferner einen Überschußgas-Ausgang 59 auf, über den der nicht als Wirbelgas benötigte Anteil des von dem Verdichter 27 in die Kreislaufverbindung 51 eingeleiteten Produktgasstromes zu weiterer Verwendung abgeleitet wird. Es versteht sich, daß überschüssiges Produktgas auch an anderer Stelle abgeleitet werden kann, zum Beispiel wie schon erwähnt stromaufwärts des Verdichters 27, doch ist die Ableitung aus der beschrie­ benen Kreislaufverbindung stromab vom Verdichter 27 zweckmäßiger, weil dadurch der am Verdichter 27 gebildete Regelkreis nicht auch Veränderungen ausgleichen muß, die auf Veränderungen bei der Entnahme von überschüssigem Produktgas zurückgehen.

Zweckmäßigerweise ist der Überschußgas-Ausgang 59 wie dargestellt an die Kreislaufverbindung 51 über ein zweites Druckhalteventil 61 oder dergleichen ange­ schlossen, so daß das überschüssige Gas selbsttätig abgegeben wird. Um die Druckverhältnisse in der Kreis­ laufverbindung 51 weiter zu stabilisieren, ist es zweckmäßig, den Überschußgas-Ausgang 59 wie dargestellt an den Pufferspeicher 55 anzuschließen.

Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung ergibt sich ohne weiteres aus der vorstehenden Beschreibung des Aufbaus. Man erkennt, daß im Betrieb der Verdichter 27 ständig mit im wesentlichen voller Drehzahl läuft. Der dadurch bedingte Energie-Mehrverbrauch ist ver­ gleichsweise gering und wird mehr als wettgemacht durch den Vorteil, daß bei der Regelung des Verdichter-Ein­ gangsdruckes P 3 nur Gasströme und die Einstellung der Drossel 27 verändert werden müssen, so daß die Regelung besonders trägheitsarm ist. Man erkennt ferner, daß durch die in der Kreislaufverbindung 51 vorgesehenen Entkoppelungsmittel sowohl der Verdichter-Ausgangsdruck P 1 als auch der Wirbelgas-Einlaßdruck P 4 sehr weitgehend konstant gehalten werden, so daß unerwünschte Rückwir­ kungen nicht auftreten können. Es versteht sich, daß der von dem zweiten Druckhalteventil 61 festgelegte Druck P 5 des Pufferspeichers zwischen den Drücken P 1 und P 4 liegen muß, d.h. es gilt: P 1<P 5<P 4.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betreiben eines indirekt beheizten Wirbelschicht-Pyrolysereaktors zum pyrolytischen Auf­ arbeiten von Ausgangsmaterial, das vorwiegend aus Alt- und Abfallmaterial mit hohem Gehalt an polymeren organischen Substanzen besteht, wie insbesondere Alt­ gummi, Altreifen und/oder Kunststoffabfälle, wobei dem Reaktor ein Wirbelgas zur Bildung einer Wirbel­ schicht zugeführt wird, ein aus dem Reaktor austretendes, gasförmige Pyrolyseprodukte enthaltendes Pyrolysegas in einer Aufbereitungseinrichtung zu einem abgekühlten und gereinigten Produktgas aufbereitet, zumindest ein Teil­ strom des Produktgases dem Eingang eines Verdichters zugeführt, ein verdichtetes Produktgas aus dem Aus­ gang des Verdichters abgegeben und der Innendruck des Reaktors durch eine auf den Produktgasstrom einwir­ kende Regelung geregelt wird, wobei ferner vorzugsweise ein Teilstrom des verdichteten Produktgases im Kreis­ lauf dem Reaktor als Wirbelgas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter-Ausgangsdruck im wesentlichen konstant gehalten wird, und daß zum Regeln des Reaktor-Innendruckes der Verdichter-Ein­ gangsdruck durch Verändern der wirksamen Förderleistung des Verdichters auf einen Sollwert hin geregelt und der Sollwert nach einer Abhängigkeitsfunktion, die dem Betriebsverhalten des Reaktors und der Aufbereitungs­ einrichtung entspricht, in Abhängigkeit von dem Reaktor- Innendruck geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeitsfunktion veränderbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Verändern der wirksamen Förder­ leistung eine Drossel in einem Nebenschluß des Ver­ dichters verändert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdichter ein Flüssigkeitsringverdichter verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Teilstrom des verdichteten Produktgases dem Reaktor als Wirbelgas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr über Entkoppelungs­ mittel erfolgt, die Rückwirkungen zwischen dem Ver­ dichter und der Wirbelschicht verhindern.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelgas-Einlaßdruck im wesentlichen konstant gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß überschüssiges Produktgas auf der Ausgangsseite des Verdichters abgeführt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem indirekt beheizten Wirbelschicht-Pyrolysereaktor (1), der einen Wirbelgas-Einlaß (7) und einen Pyrolysegas-Auslaß (13) aufweist, einer Pyrolysegas-Aufbereitungseinrichtung (17), die einen mit dem Pyrolysegas-Auslaß (13) des Reaktors verbundenen Aufbereitungs-Eingang (15) und einen Produktgas-Ausgang (19) zum Abgeben eines aus dem Pyrolysegas durch Aufbereiten gewonnenen abge­ kühlten und gereinigten Produktgases aufweist, einem Verdichter (27), der einen mit dem Produktgas-Aus­ gang (19) verbundenen Verdichter-Eingang (25) und einen Verdichter-Ausgang (29) zum Abgeben verdich­ teten Produktgases aufweist, Verdichterausgang-Druck­ haltemitteln (31) zum Konstanthalten des Verdichter- Ausgangsdruckes (P 1) und einer Regeleinrichtung (35) zum Regeln des Reaktor-Innendruckes (P 2), die einen Druckfühler (37) zum Erfassen des Reaktor-Innendruckes (P 2) und Stellmittel (39) zum Einwirken auf den Strom des Produktgases aufweist, wobei vorzugsweise eine Kreislaufverbindung (51) zwischen dem Verdichter- Ausgang (29) und dem Wirbelgas-Einlaß (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmittel (39) auf die wirksame Fördermenge des Verdichters (27) einwirken und die Regeleinrichtung (35) zum Regeln des Verdichter-Eingangsdruckes (P 3) auf einen Soll­ wert hin eingerichtet ist, der nach einer dem Betriebsverhalten des Reaktors (1) und der Aufbe­ reitungseinrichtung (17) entsprechenden Abhängig­ keitsfunktion von dem Reaktor-Innendruck (P 2) geführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (35) eine Funktions-Stell­ einrichtung (45) zum Verändern der Abhängigkeits­ funktion aufweist, derart, daß der sich im Betrieb des Reaktors (1) einstellende Bereich von Reaktor- Innendrücken (P 2) wie auch die Ansprechcharakteristik der Regeleinrichtung (35) verändert werden können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellmittel (39) zum Einwirken auf die wirksame Fördermenge des Verdichters (27) eine steuerbare Drossel (47) in einem Nebenschluß (49) des Verdichters (27) aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (27) ein Flüssigkeitsringverdichter ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, mit einer Kreislaufverbindung (51) zwischen dem Ver­ dichter-Ausgang (29) und dem Wirbelgas-Einlaß (7), gekennzeichnet durch Entkoppelungsmittel (31, 53, 55) zum Verhindern von Rückwirkungen zwischen dem Verdichter (27) und der Wirbelschicht des Reaktors (1).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungsmittel Wirbelgas-Druckhaltemittel (53) zum Konstanthalten des Wirbelgas-Einlaßdruckes (P 4) aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungsmittel einen Pufferspeicher (55) aufweisen, an den der Verdichter-Ausgang (29) über ein die Verdichterausgang-Druckhaltemittel (31) dar­ stellendes Druckhalteventil (33) und der Wirbelgas­ eingang (7) über ein die Wirbelgas-Druckhaltemittel (53) darstellendes Reduzierventil (57) angeschlossen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislaufverbindung (51) einen Überschußgas-Ausgang (59) zum Ableiten überschüssigen Produktgases aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschußgas-Ausgang (59) an die Kreislauf­ verbindung (51) über ein zweites Druckhalteventil (61) angeschlossen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 und Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschußgas-Ausgang (59) an den Pufferspeicher (55) angeschlossen ist.