DE69108409T2

DE69108409T2 - Verfahren zur ablationswärmeübertragung.

Info

Publication number: DE69108409T2
Application number: DE69108409T
Authority: DE
Inventors: John Black; Douglas Brown
Original assignee: Ireton International Inc
Current assignee: Ireton International Inc
Priority date: 1990-12-03
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2011-12-03
Also published as: NO932014D0; EP0561849A1; JP2930720B2; AU642797B2; DK0561849T3; NO932014L; KR0136555B1; ES2073184T3; DE69108409D1; AU9016191A; CA2097605A1; FI932512A; JPH06504554A; EP0561849B1; US5770017A; FI101081B; FI932512A0; ATE120228T1; NO306680B1; WO1992009671A1

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur thermischen Regenerierung organischer Materialien durch Pyrolyse und gleichzeitiger Gewinnung wertvoller Nebenprodukte der Umsetzungen.
Kunststoff- und Gummiartikel einschließlich Gummireifen machen einen erheblichen Teil der Abfallstoffe aus, die in Deponien und Müllgruben abgelagert werden. Diese Produkte werden nicht rasch abgebaut und nebmen Deponieplatz ein, der immer rarer wird.
Überdies enthalten derartige weggeworfene Kunststoff- und Gummiabfälle Petrochemikalien und andere potentiell wertvolle Rohstoffe. Es wäre wünschenswert, Geräte und Verfahren zur Gewinnung wertvoller petrochemischer und anderer nützlicher Bestandteile aus solchen Abfällen bereitzustellen.
Dazu kann man zum Beispiel schnelle Reaktionen oder Blitzreaktionen heranziehen. Diese Reaktionen erfordern einen hochwirksamen Mechanismus für Wärmeübertragung von erhitzten Oberflächen auf Oberflächen des Einsatzmaterials. Das kann mit erhitzten, in geringem Abstand voneinander angeordneten Walzen erreicht werden. Bei diesen Verfahren wird das Einsatzmaterial dem Einzugskeilbereich zweier parallel er erhitzter Walzen zugeführt, wo dann die Wärmeübertragung erfolgt. Ein gleichmäßiger Nachschub von Einsatzmaterial in den Einzugskeilbereich ist dabei wesentlich, wird aber nicht immer erreicht. Es besteht daher ein Bedürfnis nach verbesserten Vorrichtungen und Verfahren zur Bewirkung einer raschen Wärmeübertragung, um eine rationelle Entsorgung von Abfällen auf petrochemischer Grundlage zu ermöglichen, während gleichzeitig Wertstoffe mit Hilfe des Entsorgungsverfahrens gewonnen werden können.
Aus dem deutschen Patent DE-A-604864 ist ein Vergasungsreaktorgefäß bekannt, das die Wärmeübertregung von einem erhitzten Trägergas auffeste Einsatzmaterialteilchen bewirkt. Diese Schrift offenbart die Verwendung von Heißdampf unter Druck als Trägergas im Reaktorgefäß. Die Schrift bezieht sich nicht ausdrücklich auf ablative Wärmeübertragung und auf Zentrifugalkräfte. Die durch den Strom des Trägergas es durch das Reaktorgefäß verursachten Wirbel würden wahrscheinlich eine Berührung von Kohlepartikeln innerhalb der Wände des Reaktorgefäßes praktisch ausschließen. Überdies ist nicht anzunehmen, daß die offenbarte Geschwindigkeit des Gasstroms hinreichend große G-Kräfte erzeugt, um die Einsatzmaterial teilchen in Berührung mit dem Reaktorgefäß zu halten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine rasche und effiziente Wärmeübertragung von einer erhitzten Oberfläche zu Einsatzmaterial innerhalb eines Reaktorgefäßes erfolgt. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Pyrolyse von Abfallprodukten auf petrochemischer Grundlage und mit Petrochemikalien verseuchten Erdreichs bereitzustellen, um daraus Petrochemikalien und andere Rohstoffe zu gewinnen. Überdies ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur wirksamen und wirtschaftlichen thermischen Regenerierung von Gummireifen bereitzustellen, um aus diesen Petrochemikalien und andere Rohstoffe zu gewinnen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Verbesserung der Qualität von festen Brennstoffen wie Kohle, Braunkohle und Torf durch Umwandlung in Flüssigkeiten oder Gase. Überdies ist es Aufgabe der Erfindung, Dampf aus Verbrennungsreaktionen zu erzeugen. Weitere Aufgaben werden beim Lesen der nachfolgenden Offenbarung klar werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Regenerierung von Abfallstoffen auf petrochemischer Grundlage sowie petrochemisch verseuchten Erdreichs. Die thermische Regenerierung erfolgt durch eine Pyrolysereaktion und die nachfolgende Gewinnung wertvoller Nebenprodukte der Umsetzung. Die Erfindung kann bei der Aufbereitung fester Brennstoffe wie Kohle, Ölschiefer, Ölsänden, Braunkohle und als Brennmaterial zu verwendenden Torfs angewendet werden. Außerdem können Kunststoffund Gummiabfälle, aber auch in der Landwirtschaft und Försterei unmittelbar anfallende Abfallstoffe als Einsatzmaterial verwendet werden, aus dem wertvolle Pyrolysereaktionsprodukte zu gewinnen sind.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur ablativen Oberfläche-Oberfläche-Wärmeübertragung auf ein festes oder halbfestes Einsatzmaterial von einer heißen Oberfläche eines Behälter her. Das Verfahren kann zur Erzeugung von Flüssigkeiten oder Gasen durch Pyrolyse, Verbrennung oder Verdampfung verwendet werden. Der erfindungsgemäße Ablationswärmeübertragungsreaktor umfaßt einen Torus oder ein schraubenförmiges Gefäß, durch den beziehungsweise das ein vom Gas mitgeführtes Einsatzmaterial mit einer solchen Geschwindigkeit gefördert werden kann, daß eine G-Kraft im Bereich von 50-1000 G erzeugt wird, so daß das Einsatzmaterial während seines Durchgangs durch das Gefäß mit dem Außenumfang der Innenflächen des Gefäßes in Berührung kommt. Die Wärmeübertragung auf das (beziehungsweise von dem) Einsatzmaterial erfolgt innerhalb des Reaktorgefäßes an der Grenzfläche zwischen dem Einsatzmaterial und den Außenumfangsoberflächen des schraubenförmigen Reaktors. Der Radius der Schraubenwindungen wird so gewählt, daß das Einsatzmaterial einerseits mit einer so großen Zentrifugalkraft, daß das Einsatzmaterial gegen den Außenumfang der Innenflächen des Gefäßes gedrückt wird, und andererseits mit einer so großen Gasgeschwindigkeit, daß die Produkte kontinuierlich zum Ausgang des Reaktors gefördert werden, als vom Gas getragenes Material durch den Reaktor gefördert werden kann. Das Fördergas wird unter einen so gewählten Druck gesetzt, daß dieser zur Förderung des Einsatzmaterials durch den ganzen Reaktor und durch alle möglicherweise mit dem Ablationstransportreaktor in Serie geschalteten Gefäße ausreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet eine Reihe von Anwendungen. Zerschnitzelte Altreifen können in gasförmige und flüssige Produkte zu späterer Verwendung oder Umwandlung umgewandelt werden. Ölschiefer kann zur Gewinnung des Schieferöls und der potentiell wertvollen Asche aufgearbeitet werden. Heizöle können aus dem organischen Anteil kommunaler fester Abfallstoffe hergestellt werden. Die Umwandlung von Kunststoffabfällen in als Brennstoff verwendbare Öle und Gase erfolgt analog zu den für Altreifen beschriebenen Anwendungen. Auch die Kohleverflüssigung und die Gewinnung von Öl aus Ölsänden kann mit Hilfe des Verfahrens erfolgen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1A stellt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Ablationstransportreaktors dar.
Figur 1B stellt einen Aufriß einer Ausführungsform des Ablationstransportreaktors dar.
Figur 2 stellt eine Ausführungsform eines Systems dar, in dem der Reaktor auf erfindungsgemäße Weise zur Pyrolyse von Abfall und zur Gewinnung von nützlichen Pyrolysereaktionsprodukten eingesetzt wird.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems zur Pyrolyse von Gummiabfallstoffen mit Hilfe des Ablationstransportreaktors und zur Gewinnung von nützlichen Pyrolysereaktionsprodukten.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Figuren 1A und 1B veranschaulichen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß eingesetzten Reaktorgefäßes. Wie dort dargestellt, enthält das Reaktorgefäß 10 bevorzugt ein spiral- oder schraubenförmiges hohles röhrenförmiges Gefäß. Dieses Gefäß hat die Form mehrerer Schraubenwindungen 12. Das Reaktorgefäß 10 enthält auch eine Eintrittsöffnung 14 zum Eintragen von Einsatzmaterial in das Gefäß sowie eine Austrittsöffnung 16 zur Entfernung von Umsetzungsprodukten aus dem Gefäß. Wie die Figuren 2 und 3 weiter veranschaulichen, kann das Gefäß 10 in einem Gehäuse 18 angebracht sein, das einen Brenner 20 oder eine andere Wärmequelle beinhaltet. In einer Ausführungsform (nicht dargestellt) kann das Reaktorgefäß 10 in einem mit Wasser gefüllten Behälter angeordnet sein, um bei Verwendung des Reaktors im Verbrennungsbetrieb Dampf zu erzeugen.
Wie Figur 1B zeigt, kann das Reaktorgefäß 10 auch innere Rohrleitungen 22 beinhalten, mittels derer gasförmige oder dampfförmige Umsetzungsprodukte aus den Innenumfangsflächen des Gefäßes abgezogen werden können. Derartige Produkte können abgezogen werden, während die Wärmeübertragung und die Erzeugung von Produkten am Außenumfang von Innenflächen des Gefäßes weiter vor sich gehen. Uberdies ist es möglich, über die Rohrleitungen 22 Gas, Wasserdampf oder Dämpfe zur Förderung oder zur Umsetzung mit dem Einsatzmaterial zuzuführen. Bei dieser Ausführungsform können die Pyrolyse und die Verbrennung nacheinander durch Abtrennen von Dampf oder Gasen bei der Pyrolysestufe und nachfolgendes Einblasen von Sauerstoff zur Nachvergasung (teilweisen Verbrennung) oder vollständigen Verbrennung des restlichen Einsatzmaterials erfolgen.
Infolge der Schraubenform des Reaktorgefäßes 10 können sich so große Zentrifugalkräfte entwickeln, daß Einsatzmaterialteilchen beim Durchlaufen des Reaktors sich in Berührung mit dem Außenumfang von Innenflächen der Schraubenwindungen 12 befinden, die das Gefäß bilden. Der Querschnitt des Gefäßes kann rund, quadratisch, elliptisch, parabolisch oder auf jede andere Weise ausgelegt sein, solange dadurch die Förderung des festen Einsatzmaterials zu den äußeren Teilen der gekrüümten Flächen innerhalb des Gefäßes möglich ist. Besonders bevorzugt wird als Gefäß ein schraubenförmiges, zylindrisch geformtes Rohr, das zu einem im wesentlichen einheitlichen Radius in der Form einer gewendelten Hohlfeder gebogen ist.
Der Radius (R) der das Gefäß bildenden Schraubenwindungen wird durch Auswirkungen der Transportgasgeschwindigkeit, die Masse des Einsatzmaterials und die Treibfläche der Einsatzmaterialteilchen bestimmt, wie nachfolgend beschrieben. Bei einer Ausführungsform beläuft sich der Radius (R) auf etwa 6 Zoll.
Das Gefäß kann aus jedem geeigneten Material bestehen, mit dem ein gastransportiertes Einsatzmaterial eingeschlossen und eine wirksame Wärmeübertragung zur Pyrolyse, Verbrennung oder Verdampfung eines die Gefäßoberfläche entlang beförderten Einsatzmaterials bewirkt werden kann. Das bevorzugte Gefäß ist aus einem Metall wie Eisen oder Stahl angefertigt. Zu den bevorzugten Metallen zählen rostfreier Stahl, C-Stahl sowie Titan. Als Beispiele für rostfreie Stähle sind unter anderem rostfreier Stahl der Klasse 316 und rostfreie Stähle der Serie 400 zu nennen.
Das Reaktorgefäß 10 kann entweder waagrecht oder senkrecht ausgerichtet sein. Bei senkrechter Halterung, wie in den Figuren 1A und 1B gezeigt, kann die Lage der Eintrittsöffnung 14 und der Austrittsöffnung 16 umgekehrt sein.
Das feste oder halbfeste Einsatzmaterial kann mit Hilfe eines erhitzten Trägergases durch den Reaktor gefördert werden. Bei dem Gas kann es sich um Sauerstoff, Luft oder jedes andere für den entsprechenden Prozess geeignete Gas handeln. Soll der Reaktor aber im Pyrolysebetrieb fahren, so sind Luft und Sauerstoff als Trägergase nicht erwünscht, da zur größtmöglichen Effizienz des Reaktors bei der Erzeugung primärer Pyrolyseprodukte keine Oxidation auftreten sollte und im System Luft und Sauerstoff entweder gar nicht oder in möglichst kleinen Mengen vorhanden sein sollten. Als Trägergase für den Pyrolysebetrieb eignen sich zum Beispiel Stickstoff und Kohlendioxid.
Das Gas wird mit einer solchen Geschwindigkeit vorwärtsgetrieben, daß das von ihm getragene Einsatzmaterial den Außenumfang der Innenflächen des Gefäßes unter einem solchen Druck berührt, daß es zur Wärmeübertragung kommt und die Reaktionsprodukte zum Austritt des Gefäßes befördert werden. Auch kann durch das Gas ein Teil der Wärme oder die gesamte Wärme für die Umsetzung geliefert werden. Das Eintrittsende des Reaktors wird bevorzugt durch eine Einspeisevorrichtung abgeschlossen, die die kontinuierliche Förderung von Einsatzmaterial in den Reaktor ermöglicht, den Austritt des Fördergases aber verhindert.
Zusätzliche Wärme kann dem Umfang des Gefäßes von außen zugeführt und so ein Wärmegefälle geschaffen werden, das hinreichend groß. ist, den Zufluß von Wärme in die Wärmeübergangszone des Gefäßes zu bewirken. Diese äußere Wärme kann zum Beispiel von öl- oder gasbeheizten Brennern stammen.
Zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit und der Erzeugung von Produkten können die Innenflächen des Gefäßes Katalysatoren enthalten. Katalysatoren können aber auch dem Einsatzmaterial hinzugefügt werden. Dem Durchschnittsfachmann wird einleuchten, daß verschiedenartige Katalysatoren verwendet werden können. Zu diesen Katalysatoren zählen zum Beispiel Zeolithkatalysatoren, Nickel-Molybdän-Katalysatoren, Chromoxidkatalysatoren sowie Raney-Nickel-Katalysatoren.
Durch die Wärmeübertragung über den Außenumfang der Innenflächen des Gefäßes zur Oberfläche des Einsatzmaterials kann die teilweise verflüssigte Oberfläche des festen Einsatzmaterials als Schmiermittel fungieren, gegen das sich die Feststoffe des Einsatzmaterials bewegen können, wodurch die Gefahr übermäßigen Abriebs der Gefäßflächen verringert wird. Zur Verringerung des Oberflächenabriebs kann der Eintrittsteil des Reaktors über eine so große Länge gerade sein, daß eine Verflüssigung der Einsatzmaterialoberflächen eintreten kann, bevor sie mit dem einen hohen Wärmeübergang vermittelnden Gebiet des Reaktors in Berührung kommen, wodurch ein Schmiermittel für die festen Materialien gewährleistet ist, während sie in Berührung mit dem einen hohen Wärmeübergang vermittelnden Gebiet des Reaktors sind.
Ein spiral- oder schraubenförmiges Gefäß ermöglicht die größtmögliche Übertragung von einer heißen metallischen Oberfläche (oder jeder anderen einen hohen Wärmeübergang vermittelnden Oberfläche) auf ein Einsatzmaterial zur Umwandlung von Feststoffen in Gas, Flüssigkeit oder Dämpfe. Die erforderliche Ausgewogenheit der zentrifugalen und der durch das Fördergas vermittelten Kräfte ergibt sich aus den Auslegungskriterien des Einsatzmaterialsmassendurchflusses, des Gasmassendurchflusses, der Querschnittsfläche des Gefäßes, der Austragsgeschwindigkeit der Produkte und der Eintragsgeschwindigkeit anderer Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase, die einen Einfluß darauf ausüben können, welche Arten von Produkten im Gefäß erzeugt werden. Man kann Prüfungen an Gefäßen mit Radien von einem Fuß bis zwei Fuß* durchführen, um den bestmöglichen Aufbau für ein bestimmtes Einsatzmaterial zu ermitteln. Das Verfahren ermöglicht Verweilzeiten im Gefäß in der Größenordnung von Sekunden (nicht Stunden wie bei anderen Auslegungen) und gewährleistet eine Produktsteuerung nach dem "First- in/first-out"-Prinzip.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nützlichen Transportgasgeschwindigkeiten sind mit bekannten, beim Luft- oder Gastransport von Feststoffen verwendeten Geschwindigkeiten zu vergleichen und sind groß genug, eine Zentrifugalkraft zu bewirken, die das feste Einsatzmaterial gegen den Außenumfang der Innenflächen des Gefäßes drückt. Die Zentrifugalkraft und die Fördergasge schwindigkeit sind so berechnet, daß damit die kontinuierliche Bewegung des Einsatzmaterials entlang der ganzen Länge des Einschließbereichs des Reaktors gewährleistet ist. Die Geschwindigkeit des Fördergases variiert je nach dem Windungsradius. Im allgemeinen eignen sich jene Geschwindigkeiten, die hoch genug sind, die Entwicklung von auf die Einsatzmaterial teilchen wirkenden Kräften von 50 bis 1000 G zu bewirken. Geschwindigkeiten können bei etwa 500ºC zum Beispiel im Bereich von 610 bis 2439 Meter pro Minute liegen.
Möglich ist die Verarbeitung einer Palette von Einsatzmaterialien. Zu diesen zählen Altgummireifen, Kunststoffabfälle, Altpapiere, Försterei- und Landwirtschaftsabfälle, Ölschiefer und Ölsände. Typischerweise wird das Einsatzmaterial auf eine Größe von höchstens 2 Zoll** in jeweils 2 Dimensionen zerkleinert, um die Handhabung in den Lager- und Abgabeeinrichtungen zu *30,48 cm bis 60,96 cm **5 cm
erleichtern.
Die Verweilzeit des Einsatzmaterials im Ablationstransportreaktor kann im Bereich von etwa 50 bis 6000 Millisekunden liegen, bevorzugt aber im Bereich von 100 bis 500 Millisekunden. Der Dampfdruck kann im Bereich von einem bis über tausend Pfund je Quadratzoll liegen. Die Druckrahmenbedingungen werden durch die in den ASME- Druckbehälterbestimmungen festgelegten Auslegungsnormen eingeschränkt, die auch den lichten Querschnitt des Rohrs einschränken. Die Betriebstemperaturen liegen im allgemeinen im Bereich von 300 bis 950ºC. Diese Temperaturbereiche können zugleich mit den Verweilzeiten im Reaktor variieren, um einen bestmöglichen Bereich an Produktausbeuten zu erzielen. Beeinflußt werden die Verweilzeiten von der Gasgeschwindigkeit und der Länge der Transportzone im Reaktor. Wie schon erwähnt, können immobilisierte Katalysatoren in der Reaktorwand zugegeben werden, oder es können in den Einsatzmaterialien rieselfähige Katalysatoren zugegeben werden, um den Einsatzbereich der Reaktoren zu erweitern.
Figur 2 stellt ein System 24 zur Pyrolyse eines Einsatzmaterials (nicht dargestellt) unter Verwendung des erfindungsgemäß eingesetzten Ablationstransportreaktors 10 dar. Das System 24 umfaßt eine Mischeinrichtung 26 zum Mischen des Einsatzmaterials mit einem vorverdichteten Erhitzungs- und Fördergas; eine Einspeiseeinrichtung 28 zum Lagern und Fördern des Einsatzmaterials in den Mischer 26; eine Einrichtung zum Erhitzen zurückgeführten Gases wie etwa einen Wärmeaustauscher 30; den Ablationstransportreaktor 10, eine Filtereinrichtung 32 zur Trennung von Feststoffen von aus dem Reaktor gewonnenem Gas; sowie eine Kondensatoreinrichtung 34 zur Kondensation von aus dem Reaktor 10 gewonnenen Dämpfen; und eine Verdichtungseinrichtung 35 zur Verdichtung des gewonnenen Gases. Außerdem kann das System eine Verbrennereinrichtung 36 zur Verbrennung von Gasen enthalten. Die aus dem Verbrenner 36 austretenden Gase können zwecks Mischung mit dem Trägergas zurückgeführt werden. Eine äußere Wärmequelle wie etwa ein Brenner 20 kann bei Reaktor 10 eingesetzt werden.
Alle Bauteile des Systems (bis auf den Reaktor 10) sind von anerkannten internationalen Lieferanten zu beziehen.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Figur 2 dargestellten Systems 24 sei die Verarbeitung von Altgummireifen beschrieben. Altgummireifen werden mittels bekannter Zerschnitzelungsverfahren zu Schnitzeln zerkleinert (die in Haufen gelagert werden können), um sie dann der Aufgabevorrichtung 28 zuzuführen. Bei der Aufgabevorrichtung 28 kann es sich um einen Schleusenfüllkasten, ein Drehventil oder einen Verdichtungspostenspeiser handeln, das bzw. der das Ausströmen von unter Druck stehenden Gasen zurück durch das Gummieinsatzmaterial verhindert, während es bzw. er das Einsatzmaterial der Ejektor- oder Mitschleppeinrichtung 26 durch die Leitung 25 zuführt. Das Einsatzmaterial wird in einem Trägergas durch den Reaktor 10 gefördert, wo durch die Pyrolysereaktion primäre Reaktionsprodukte erzeugt werden. Die aus dem Reaktor austretenden Reaktionsprodukte werden dem Filter 32 (z.B. einem Zyklonabscheider) zur Trennung der Gase und Dämpfe von den Feststoffen zugeleitet. Die Feststoffe werden zur Nachbehandlung zurückgewonnen. Die aus dem Filter 32 austretenden Gase und Dämpfe werden dem Kondensator 34 zur Abtrennung als Flüssigkeiten zugeleitet. Dem Kondensator 34 kann eine Vorrichtung wie ein Lüfter 35 nachgeschaltet sein, um aus dem Kondensator 34 austretende Gase zu verdichten.
Nach dem Kondensationsprozeß etwa noch verbleibende Gase können dann durch die Leitungen 29 und 29a zum Brenner 20, an beide Seiten des Wärmeaustauschers/Verbrenners 30 und zum Stromerzeuger 37 transportiert werden. Gase können aber auch (oder zusätzlich) dem Verbrenner 36 zugeleitet werden. Nach dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher/Verbrenner 30 werden die Gase durch Leitung 32 der Leitung 33 zugeführt. Etwa aus dem Verbrenner 36 durch die Leitung 31 austretende Gase werden gleichfalls der Leitung 33 zugeführt. Die Leitung 33 fördert die Gase dann zum Ejektor 26, um sie mit Einsatzmaterial und/oder Trägergas zu vermischen.
Das System kann auch in Verbrennungsfahrweise betrieben werden, wie weiter. in Figur 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform können aus dem Filter 32 durch die Leitungen 27 und 27a austretende heiße Gase einer Gasturbine oder einem Dampfgenerator 39 statt dem Kondensator 34 zugeführt werden.
Es sind auch Abwandlungen der oben beschriebenen Vorgehensweise möglich. So können zum Beispiel mehrere Reaktorgefäße 10 in Serie geschaltet sein. In einer Ausführungsform kann das erste Reaktorgefäß zum Trocknen nassen Einsatzmaterials verwendet werden, während das zweite Reaktorgefäß zur Pyrolyse eingesetzt wird. Bei einer anderen Variante kann die Vergasung von Verkohlungsprodukten im ersten Reaktorgefäß erfolgen, wonach das Einsatzmaterial im zweiten Reaktorgefäß pyrolysiert und das im zweiten Reaktor erzeugte Verkohlungsprodukt in den ersten zurückgeführt wird.
Mit einer Verweilzeit von 500 Millisekunden und einer Gastemperatur von 500 Grad Celsius ergeben sich brauchbare Bedingungen zur Verflüssigung des Gummieinsatzmaterials im Ablationstransportreaktor. Bevorzugt liegen die Abmessungen des Einsatzmaterials bei einem Viertel Zoll* mal einem Viertel Zoll in jeweils zwei Dimensionen. Es ist nicht nötig, die im Abfall vorliegenden Metalle von den Altreifen zu trennen, bevor diese in das System eingespeist werden. Vielmehr können die Metalle, Zinkoxid, Ruß und andere feste Zusatzstoffe nach der Pyrolysereaktion abgetrennt werden.
Figur 3 veranschaulicht ein anderes System 40 zur ultraschnellen Pyrolyse von Abfallprodukten wie etwa Gummireifen. Das System umfaßt eine Einsatzmaterial-(z.B. Gummi-)Quelle 42, die das Gummigranulat einem Aufgaberumpf 44 zuführt, der seinerseits in Verbindung mit einem Aufgabetrichter 46 wie etwa einem druckbeaufschlagten Schleusentrichter steht. Eine Speisevorrichtung 48, wie etwa eine drehzahlregelbare Förderschnecke, fördert das *6,35 mm
Gummieinsatzmaterial zu dem Reaktorgefäß 10. Eine Gasquelle 50 liefert dem System ein Trägergas wie etwa Stickstoff, um das Einsatzmaterial mit geeigneten Geschwindigkeiten durch den Reaktor zu fördern. Vorzugsweise wird der Durchsatz des Gummis durch ein Kraftmeßdosensystem bestimmt, auf das sich der Aufgabetrichter 46 abstützt.
Das Einsatzmaterial wird, wie oben erwähnt, mit solchen Geschwindigkeiten durch das Reaktorgefäß 10 gefördert, daß die Einsatzmaterialteilchen durch Zentrifugalkräfte fortwährend in Berührung mit dem Außenumf ang der Innenflächen des Gefäßes gehalten werden. Auf diese Weise erfolgt eine ultraschnelle Pyrolysereaktion, die zur Ablation des Einsatzmaterials führt, wodurch eine dünne Flüssigkeitsschicht gebildet wird, die als Grenzfläche zwischen dem Teilchen und den Wänden des Gefäßes dient. Diese Flüssigkeitsschicht dient zur Erhöhung der Schlüpfrigkeit sowie zur Aufrechterhaltung der effizienten Wärmeübertragung von der Gefäßwand auf das Einsatzmaterial.
Letztlich werden die Einsatzmaterial teilchen in primäre Pyrolyseprodukte umgewandelt. So treten Gas, Dampf, Ruß und bestimmte Metalle aus dem Reaktorgefäß aus und werden einem Abscheider 52, etwa einem Zyklonabscheider, zugeführt, der mitgerissene Feststoffteilchen aus dem Gas und Dampf entfernt. Der Ruß und andere Feststoffe werden in einem Bunker 54 zur späteren Analyse und/oder Verarbeitung gesammelt.
Nach dem Austritt aus dem Abscheider 52 werden die Dämpfe in mehreren Stufen kondensiert und so wertvolle Petrochemikalien in flüssiger Form erhalten. Die Gase und Dämpfe werden einer Primärkondensationsstation 56 zugeführt, die etwa als Traufenkolonne ausgebildet sein kann. Flüssigkeiten werden entnommen, gesammelt und von der Primärkondensationsstation 56 durch ein Rückgewinnungssystem 58 zur weiteren Verarbeitung und Analyse geführt.
Die aus der Primärkondensationsstation 56 austretenden Gase und etwa noch verbliebenen Dämpfe werden einer Sekundärkondensationsstation 60 zugeführt, die vorzugsweise Flüssigkeiten ergibt, die bei einer niedrigeren Temperatur kondensieren als die in der Primärkondensationsstation gewonnenen. In der Station 60 gewonnene Flüssigkeiten werden entnommen, gesammelt und durch das Rückgewinnungssystem 62 zur weiteren Verarbeitung und Analyse transportiert. Etwa aus der Station 60 austretendes Gas kann verbrannt und zur Verwendung bei der Erwärmung von Trägergasen zurückgeführt werden. Gegebenenfalls kann ein Filter 64 in der Gasstromleitung 66 unterhalb der Station 60 angebracht werden, um eventuell während der Verarbeitung gebildeten Nebel aufzufangen.
Es versteht sich, daß zu dem oben beschriebenen System vorzugsweise auch MSR-Geräte zur Überwachung und Steuerung der Temperatur, des Drucks und des Durchsatzes gehört. Außerdem ist On-line-Gasanalyse mittels eines kombinierten WLD/FID-Gaschromatographen möglich. Die gesamte Meßausrüstung kann in Verbindung mit einem rechnergesteuerten Datenerfassungssystem eingesetzt werden, das wesentliche Daten zwecks sofortigem Auslesen und Speichern an einen Rechner übermittelt.
Weiter sei die Erfindung durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiele

Ausrangierte Gummireifen, auf eine entsprechende Größe granuliert, wurden als Einsatzmaterial bei einer in einem Ablationswärmeübertragungsreaktor durchgeführten ultraschnellen Pyrolysereaktion verwendet, um aus dem Gummi primäre Pyrolyseprodukte zu gewinnen. Als Reaktorgefäß wurde ein Ablationswärmeübertragungsreaktor des hier beschriebenen Typs verwendet, wobei der Windungsdurchmesser 12 Zoll* und die Länge des Gefäßes 40 Fuß** betrug. Der Reaktor war aus aus rostfreiem Stahl der Klasse 316 bestehendem hohlem Rohrmaterial mit einem Außendurchmesser von 1,9 cm und einer Wandstärke von 0,09 cm gefertigt. Der Reaktor wurde unter den folgenden *30.5 cm **12,2 m

Bedingungen betrieben:

Dampfverweilzeit: 0,41 Sekunden
Reaktordruckabfall: 13,5 kPa
Betriebstemperatur: 550ºC
Gummidurchsatz: 2,5 kg/Stunde
Gummiteilchengröße: 1-3 mm
Eine Massenbilanz der Pyrolysereaktion ist wie folgt aufzustellen. Rohmaterial Produkte Ausbeute (%) Gummi Ruß Gas Flüssigkeiten
Der durch den Pyrolyseprozeß gebildete Ruß war sehr fein, und seine Textur ähnelte jenervon Kopierertoner. Es lagen keine Anzeichen für den Rußbegleitende Verkohlungsprodukte vor.
Für das durch die Pyrolysereaktionerzeugte Gas wurde die folgende Zusammensetzung ermittelt: Verbindung Prozent Wasserstoff Kohlenmonoxid Kohlendioxid Methan Ethan Ethylen Propan Acetylen Propylen Isobutan Unbekannt n-Butan 1-Buten Isobutylen trans-Buten Propin cis-Buten 1,3-Butadien Pentan
Die Analyse der aus der Gasphase der Reaktionsprodukte gewonnenen Flüssigkeiten ergab, daß sie neben einem Öl einer ähnlichen Qualität wie Heizöl Nummer 2 auch verschiedene Petrochemikalien enthielten, darunter Benzol, Xylol, Toluol, Styrol und Limonen. Beispiel 2
Rückstand aus einem Kraftfahrzeugs-Shredderprozeß wurde in einem Pyrolysereaktionsgefäß wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet.
Eine Massenbilanz der Pyrolysereaktion ist wie folgt aufzustellen. Rohmaterial Produkte Ausbeute (%) Autoabfälle Rückstand Gas Flüssigkeiten Verlust
Die Analyse des Gases ergab die folgenden Bestandteile: Bestandteil Sauergas (CO&sub2;/HCl) Kohlenmonoxid Methan Ethan Ethylen Propan Propylen Butane Butene 1,3-Butadien Pentane Pentene

Gleichwertiges

Der Fachmann wird zahlreiche, den bestimmten hier beschriebenen gleichwertige Verfahrensweisen und Vorrichtungen erkennen oder sie durch bloße Routineversuche ermitteln können. Derartiges Gleichwertiges wird als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet und durch die folgenden Ansprüche abgedeckt.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfalleinsatzmaterial auf petrochemischer Grundlage sowie Altpapier, Försterei- und Landwirtschaftsabfällen, umfassend die folgenden Stufen:

Bereitstellung eines ultraschnellen Pyrolysereaktorgefäßes, bestehend aus einer hohlen metallischen, zu einer weitgehend schraubenartigen Gestalt geformten Rohrleitung,

Erhitzen des Reaktorgefäßes mittels einer außenliegenden Wärmequelle,

Förderung des Abfalleinsatzmaterials in granulierter Form durch die Rohrleitung des Reaktorgefäßes in einem Trägergas mit ausreichender Geschwindigkeit, um eine G-Kraft im Bereich von 50-1000 G zu erreichen, so daß das Einsatzmaterial mit den erhitzten Flächen entlang des Außenumfangs der Innenflächen der Rohrleitung in Berührung bleibt,

Pyrolyse des Einsatzmaterials durch ablative Wärmeübertragung von der Oberfläche der Rohrleitung auf das Einsatzmaterial zu primären Pyrolyseprodukten in Form von Gasen, Dämpfen und mitgeschleppten festen Produkten,

Abtrennung und Gewinnung der in den Gasen und Dämpfen mitgeschleppten festen Produkte und

Kondensieren der Dämpfe zu gewinnbaren flüssigen primären Pyrolyseprodukten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dampfverweilzeit im Reaktorgefäß im Bereich von 50 bis 6000 Millisekunden liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur im Reaktionsgefäß im Bereich von 300 bis 950ºC liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Einsatzmaterial aus der Altgummireifen, Kunststoffabfälle, Altpapiere, Försterei- und Landwirtschaftsabfälle, Ölschiefer und Ölsande umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Größe der Einsatzmaterialteilchen 5 cm mal 5 cm in jeweils zwei Richtungen nicht überschreitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Trägergas sauerstofffrei ist.

7. Verfahren nach eine der Ansprüche 1-6, wobei das Trägergas erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die festen Pyrolyseprodukte aus Ruß bestehen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, ferner umfassend die Stufe der Gewinnung flüssiger Pyrolyseprodukte.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die flüssigen Pyrolyseprodukte aus petrochemischen Verbindungen einschließlich Ölen mit Heizölqualität, Xylol, Benzol, Styrol, Toluol und Styrol/Butadien bestehen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, ferner umfassend die folgenden Stufen nach der Stufe des Kondensierens der Dämpfe:

Verbrennung der zurückbleibenden Gase zu einem heißen Gasprodukt und

Vermischen des heißen Gasprodukts mit dem Trägergas.