DE69424045T2

DE69424045T2 - Verfahren zur abbau komplexer kohlenwasserstoffe zur herstellung einfacherer kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE69424045T2
Application number: DE69424045T
Authority: DE
Inventors: Jack C. Keck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1994-05-18
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2014-05-19
Also published as: CA2159994C; EP0699175A4; DE69424045D1; KR100322291B1; AU674243B2; NZ267228A; JPH08510774A; CA2159994A1; US5430207A; WO1994027935A1; TW281680B; AU6945294A; BR9406530A; EP0699175A1; EP0699175B1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für das Abbauen langkettiger, Kohlenwasserstoff enthaltender Zusammensetzungen unter Bildung einfacherer, zur Verwendung als Brennstoff geeigneter Kohlenwasserstoffe. Noch spezifischer werden Kunststoffabfälle (organische Polymere) in einer von Sauerstoff freien Atmosphäre erhitzt und intensivem Licht einer Wellenlänge unterworfen, durch das chemische Bindungen angeregt und gelöst werden, wodurch ein Abbau des Kunststoffs zu einfacheren, als Brennstoff geeigneten Kohlenwasserstoffen verursacht wird. Des weiteren kann das Verfahren auch für Teersand und Ölschiefer zur Bildung einfacherer Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

2. Beschreibung des damit verbundenen Fachgebiets

Vor kurzem durchgeführte Studien haben gezeigt, daß einige der Hauptbedenken der Amerikaner in den neunziger Jahren in der fortdauernden Verschmutzung der Umwelt, der Verfügbarkeit von Quellen umweltfreundlicher Brennstoffe und dem für Deponien für die Entsorgung von Abfallstoffen benötigten Raum bestehen. Paradoxerweise besteht einer der Hauptbestandteile von Abfallstoffen aus "Kunststoffen" - d. h. einer Reihe verschiedener beständiger, organischer, polymerer Bestandteile, die größtenteils aus von Erdöl abgeleiteten Kohlenwasserstoffen hergestellt werden, die heute Umweltfragen aufwerfen, da abnehmende US-Reserven und politische Erfordernisse einen Übergang zur Produktion in umweltempfindlichen geographischen Gegenden der Vereinigten Staaten erforderlich machen.
Da Kunststoffe aus Kohlenwasserstoffen hergestellt werden, wäre die Reduzierung von gebrauchten Kunststoffen oder von Kunststoffabfällen zurück zu gasförmigen Kohlenwasserstoffen wünschenswert, wodurch der Bedarf nach Kohlenwasserstoffbrennstoffen und der Druck, Reserven in umweltempfindlichen Bereichen auszubeuten, reduziert würde.
Die Methode, die hauptsächlich für das Zersetzen von Kunststoffmaterialien entweder als solchen oder in Verbindung mit anderen Feststoffabfällen angewendet wird, ist die Verbrennung oder Oxidation mit direkter Hitze. Leider führt das Verbrennen von Kunststoffmaterialien im Feststoffzustand zur Bildung korrosionsfähiger und toxischer Produkte. Das Zersetzen von Kunststoffen kann auch durch direkte Pyrolyse herbeigeführt werden. Je nach den zu behandelnden Materialien erfordert dies Temperaturen von ca. 450ºC bis 700ºC. Wegen der beträchtlichen Menge Energie, die als solcher zur direkten Pyrolyse benötigt wird, sind die Kosten derselben unerschwinglich hoch. Bei der vorliegenden Erfindung wird für den Vorgang des Lösens der Molekülbindungen von Kunststoffmaterialien unter Bildung einfacherer Kohlenwasserstoffe die Pyrolyse in Verbindung mit Strahlung ohne den hohen Energiebedarf der herkömmlichen Pyrolyse und ohne signifikante Bildung korrosionsfähiger Produkte angewendet.
Es ist allgemein bekannt, daß ultraviolette Sonnenstrahlen die Zersetzung von Kunststoffmaterialien verursachen. Die Hersteller von Kunststoffen setzen ihren Produkten UV-Absorber zur Hemmung dieses Abbaus zu. Frühere Untersuchungen haben auf die Möglichkeit der Anwendung der ultravioletten Strahlen des Sonnenlichts für die absichtliche Zersetzung von Kunststoffmaterialien hingewiesen. In "Photochemical Degradation of Polyethylene Terephthalate. Irradiation Experiments with the Xenon and Carbon Arc" (Photochemischer Abbau von Polyethylenterephthalat. Bestrahlungsversuche mit dem Xenon- und Kohlenlichtbogen), Journal of Applied Polymer Science, Band 16, Seite 175-89 (1972) ist von M. Day und D. M. Wiles die Anwendung von Sonnenlicht im Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm sowie die Behandlung unter einer Lichtbogenlampe über Zeitspannen von 1000 Stunden vorgeschlagen worden. Jedoch haben mit großen Lampen durchgeführte Versuche zu unbefriedigenden Ergebnissen geführt. Desgleichen haben Bennington et al. im US-Patent Nr. 4.432.344 eine Methode und einen Apparat für die Zerstörung toxischer und gefährlicher Materialien durch Sonnenlicht geoffenbart. In dem Patent wird die Verwendung eines Solarsammlers für das Konzentrieren und Fokussieren der Sonnenenergie in einem Reaktionsgefäß beschrieben, das eine Mischung von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen enthält, um die chemischen Bindungen zu lösen und daraufhin die dadurch entstandenen gefährlichen und toxischen Abfallstoffe weiter zu oxidieren, um den Zerstörungsprozess dadurch abzuschließen.
Der Excimer-Laser ist schon als Quelle von Strahlung im ultravioletten Wellenbereich für die ablative Photozersetzung verwendet worden, die mit dem Ätzen oder der Herstellung polymerer Materialien verbunden ist. Im Gegensatz zur Pyrolyse handelt es sich bei der Photoablation nicht um einen chemischen Vorgang. Im US-Patent Nr. 4.842.782 haben Portney et al. die maschinelle Präzisionsbearbeitung ophthalmischer Linsen mit Hilfe eines ultraviolettes Licht abstrahlenden Excimer-Lasers geoffenbart. Im US-Patent Nr. 4.414.059 haben Blum et al. ein Verfahren für die Herstellung von Geräten und Schaltungen beschrieben, die aus mehrfachen Lagen von Materialien bestehen. Beim Blum-Verfahren macht man sich die ablative Photozersetzung für die selektive Entfernung von Teilen der Resistschicht zu Nutze zur Bildung einer das Leiterbild tragenden Schicht, wie sie bei der Lithographie benötigt wird. Das Photoätzen von Polyestern wie Polyethylenterephthalat durch ultraviolette Strahlung ist von Mayne-Banton et al. im US-Patent Nr. 4.417.948 geoffenbart worden. Sowohl von Blum als auch von Mayne-Banton wurde die Verwendung eines Strahlen von einer Wellenlänge von 193 nm abgebenden ArF-Excimer-Lasers für ihre Ätzverfahren geoffenbart. Die Anwesenheit von Sauerstoff aus der Luft oder von Luft selbst ist zur Verbesserung des Ätzvorgangs beschrieben worden.
Noch kürzlicher durchgeführte Studien des Ablationsvorgangs umfassen einen Bericht von R. Srinivasan und Bodel Braren in Chemical Review, Band 89, Nr. 6, Seite 1303-1316 (1989). In diesem Artikel wird ein Überblick gegeben über den ablativen Ätzvorgang bei zahlreichen Polymeren. Noch ein weiterer umfassender Bericht wurde unter dem Titel "Ultraviolet Laser Photo Ablation of Polymers: A Review in Recent Results" (Ultraviolette Laserphotoablation von Polymeren: Ein Überblick über die in letzter Zeit erhaltenen Ergebnisse) von S. Laser und V. Granier vom Photo Physics Laboratory for Molecular Photo Chemistry in Talence, Frankreich, veröffentlicht. In diesem Bericht, der in Laser Chemistrv, Band 10, Seite 25-40 (1989) veröffentlicht wurde, wurde ein umfassender Überblick und eine theoretische Analyse des Ablationsvorgangs gegeben. Auf ähnliche Weise ist bei Cantrell Research Incorporated (WO-A-93/00415) die ultraviolette ablative Technologie für die Gewinnung von Brennstoffen hoher Octanzahl aus einer Terpenoid oder andere organische Substanzen enthaltenden Biomasse angewendet worden.
Das Rezyklieren von Kunststoffabfällen durch physikalische Methoden wie Zusammendrücken und Schmelzen wurde von McDonald im US-Patent Nr. 4,413.969 beschrieben. Die Gewinnung und Wiederverwendung flüchtiger, bei der Herstellung thermoplastischer Schaumstoffe verwendeter Blähmittel ist im US-Patent Nr. 4.531.950 von Burt zu finden, in dem eine Methode und ein Gerät für die Wiedergewinnung der gasförmigen Blähmittel geoffenbart wird, die in der Zellstruktur von Schaumstoffen enthalten sind. Bei diesem Verfahren werden sowohl das Blähmittel als auch das thermoplastische Harz in einer für die Wiederverwendung geeigneten Form wiedergewonnen. Im US-Patent Nr. 4.601.864 beschreibt Vreenegroor ebenfalls eine Methode für das Abziehen schädlicher Gase zum Zweck des Rezyklierens während der Herstellung von Polymerschaumstoffprodukten. Das Rezyklieren komplexer Materialien mit Hilfe infraroter Mikrowellenstrahlung, wie beispielsweise das Rezyklieren kohlenstoffhaltiger Materialien, einschließlich Synthesekautschuk, wird von Holland (US-A-5.084.141) beschrieben.
Jedoch wird bei keinem der oben beschriebenen Verfahren die Möglichkeit der Wiedergewinnung einfacher Kohlenwasserstoffgase während der Pyrolyse von Kunststoffen vorgeschlagen, noch haben sie sich mit den Problemen der Wiedergewinnung einfacher Kohlenwasserstoffe aus Ölschiefer oder Teersand befaßt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit für die Gewinnung einfacher Kohlenwasserstoffe aus komplexen Kohlenwasserstoffen in Form fester polymerer Materialien, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Eingeben der komplexen Kohlenwasserstoffe in einen Reaktor;
Erhitzen der komplexen Kohlenwasserstoffe auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungspunkts der komplexen Kohlenwasserstoffe in einer im wesentlichen von Sauerstoff freien Umgebung;
Bestrahlen der komplexen Kohlenwasserstoffe mit Strahlen einer Wellenlänge im Bereich von 1 bis 400 nm und mit einer Intensität von 50 bis 450 MJ/cm², um chemische Bindungen zwischen Atomen in den komplexen Kohlenwasserstoffen anzuregen und zu lösen, unter Bildung einfacherer Kohlenwasserstoffe, wobei das Bestrahlen über eine Zeitspanne durchgeführt wird, die ausreicht, um einen wesentlichen Anteil der komplexen Kohlenwasserstoffe zu verdampfen; und
Abtrennen der auf diese Weise hergestellten einfacheren Kohlenwasserstoffe.
Eine der Ausführungsformen der Erfindung stellt ein Verfahren bereit für das Abbauen von "Kunststoffen" (langkettigen, organischen, polymeren Zusammensetzungen, die Kohlenstoff in der Hauptkette enthalten) zu einfacheren, kurzkettigen, zur Verwendung als Brennstoffen geeigneten Kohlenwasserstoffen. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Erhitzens der Kunststoffe auf eine Temperatur im Bereich von 95 bis 260ºC und das Unterwerfen des erhitzten Kunststoffs einer Behandlung durch Bestrahlung bei einer Wellenlänge, durch die die chemischen Bindungen, die die Polymerketten bilden, angeregt und gelöst werden.
Im Falle einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren bereit für das Abbauen der in Ölschiefer und Teersand vorkommenden komplexen Kohlenwasserstoffe zu kürzerkettigen, als Brennstoffen nützlichen Kohlenwasserstoffen. Bei diesem Verfahren wird der Teersand oder der Ölschiefer auf eine Temperatur im Bereich von 95 bis 260ºC in einer Atmosphäre erhitzt, die im wesentlichen frei von Sauerstoff ist, und einer Behandlung durch Bestrahlung bei einer Wellenlänge unterworfen, durch die die chemischen Bindungen zwischen den Atomen, die die komplexen Kohlenwasserstoffe bilden, angeregt und gelöst werden, unter Bildung kurzkettiger, einfacher, zur Verwendung als Brennstoffen geeigneter Kohlenwasserstoffe.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sie die Probleme der Entsorgung von Kunststoffabfällen löst, dabei aber gleichzeitig eine alternative Brennstoffquelle bietet. Des weiteren ermöglicht die Erfindung das Verarbeiten von Teersand und Ölschiefer zu nützlichen Brennstoffen und bietet damit eine Alternative zu den herkömmlicheren Rohöl-, Kohle- und Kernbrennstoffquellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER GRAPHISCHEN DARSTELLUNGEN

Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung läßt sich bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den folgenden graphischen Darstellungen erreichen, wobei:
Fig. 1 eine schematische, nicht maßstäbliche Zeichnung des Aufrisses einer Technikumsanlage des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine nicht maßstäbliche schematische Zeichnung der Horizontalprojektion einer Anlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜRHUNGSFORMEN

Die Erfindung bietet ein Verfahren für das Abbauen komplexer Kohlenwasserstoffe, die organische polymere Zusammensetzungen enthalten, zu kurzkettigen, zur Verwendung als Brennstoff geeigneten Kohlenwasserstoffen. Der Begriff " komplexe Kohlenwasserstoffe", wie er in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt Ölschiefer, Teersand und die organischen Polymere, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polystyrol und dergleichen.
Bei dem Verfahren für das Reduzieren organischer polymerer Verbindungen zu einfacheren, als Brennstoff geeigneten Kohlenwasserstoffen ist es vorzuziehen, daß das polymere Material eine Größe aufweist, die ohne weiteres eine Wärmeübertragung, ein Mischen und eine Förderung durch einen Reaktor erlaubt. Die Polymere können daher in Bezug auf ihre Größe durch Schneiden, Hacken oder Mahlen zu Teilchen reduziert werden, die bevorzugt einen Durchmesser von weniger als ca. 50 mm (2 Zoll) aufweisen.
Nach der Reduzierung ihrer Größe werden die Polymerteilchen bevorzugt in einem Reaktor in einer Umgebung, die im wesentlichen frei von Sauerstoff ist, auf eine Temperatur erhitzt, die die Pyrolyse des polymeren Materials verursacht, wenn das Material einer Bestrahlung bei einer Wellenlänge unterzogen wird, durch die die Bindungen zwischen Atomen des polymeren Materials angeregt und gelöst werden, wobei einfachere, als Brennstoff nützliche Kohlenwasserstoffe gebildet werden. Bevorzugt werden die Polymere auf eine Temperatur in der Nähe ihres Erweichungspunkts, typischerweise im Bereich von 90ºC bis 260ºC bei einem Druck von 13,3 · 10³ Pa (100 mm Hg) bis 53,3 · 10³ Pa (400 mm Hg) erhitzt. Das Erhitzen bis in die Nähe des Erweichungspunkts erlaubt eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit oder Bindungslyse beim Aufbringen der Bestrahlung.
Die erhitzten polymeren Zusammensetzungen werden dann einer Bestrahlung unterworfen, bevorzugt einer Bestrahlung bei einer Wellenlänge von 400 bis 1 nm, am bevorzugtesten bei einer Wellenlänge von 350 bis 5 nm, am bevorzugtesten einer ultravioletten Bestrahlung bei einer Wellenlänge von 310 bis 10 nm. Bevorzugt wird dieses Licht mit einer Intensität geliefert, durch die chemische Bindungen in den polymeren Zusammensetzungen gelöst werden unter Bildung signifikanter Mengen einfacherer Kohlenwasserstoffe innerhalb einer Zeitspanne im Bereich von 2 bis 30 Sekunden, noch bevorzugter von 50 bis 10 Sekunden, am bevorzugtesten von ca. 5 Sekunden, je nach dem spezifischen komplexen Kohlenwasserstoff, der verarbeitet wird. Des weiteren hängt die Menge der erforderlichen Strahlung von der Energie ab, die für das Lösen der chemischen Bindungen erforderlich ist. In einem Reaktor von 454 kg h&supmin;¹ (1000 Pfund/h) wird eine Strahlung von ca. 150 Watt angewendet.
Es ist anzumerken, daß das Bestrahlen erhitzter Zusammensetzungen zwar zu einer schnelleren Bindungslyse führt, die Zusammensetzung bei diesem Verfahren jedoch auch während des Zyklus des "Aufheizens" einer Bestrahlungsbehandlung unterworfen werden kann. Somit können Erhitzen und Bestrahlung gleichzeitig stattfinden.
Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung wird sie nun mit Bezug auf polymere Zusammensetzungen und Fig. 1 beschrieben, wobei man sich im Klaren sein sollte, daß die Erklärung mit Modifikationen auch auf Ölschiefer und Teersand zutrifft. Größenmäßig reduziertes polymeres Material wird in den Speisetrichter 30 eingegeben, von dem aus es mit gesteuerter Geschwindigkeit in ein Durchlaufspeisesystem, bevorzugt einen Schneckenspeiseförderer 32, freigegeben wird, der durch den Motor 42 getrieben wird. Das polymere Material wird durch eine Öffnung 15 oben im Reaktor 10 in die Reaktorkammer 20 des Reaktorbehälters 10 eingeführt. Die Reaktorkammer 20 steht unter einem durch die Vakuumpumpe 70 in Fig. 2 erzeugten Vakuum. Der Reaktor 10, der in diesem Fall als waagrechter Behälter mit einer inneren Mantelwand 28 und einer äußeren Mantelwand 26 dargestellt ist, die einen ringförmigen Hohlraum 27 bilden, ist bevorzugt aus Edelstahl gefertigt und liegt, wie gezeigt, auf den Beinen 81 und 82 auf Ein Reaktor, der beispielsweise in der Lage ist, ca. 454 kg/h (1000 Pfund/Stunde) polymeres Material zu verarbeiten, besitzt ein Arbeitsvolumen von ca. 5,4 m³ (192 Kubikfuß). Das bedeutet, daß die Reaktionskammer 20 einen Durchmesser von ca. 0,8 m (2,5 Fuß) und eine Länge von Naht zu Naht von ca. 6,1 m (20 Fuß) aufweist. Die Reaktorkammer 20 ist mit einem durch den Motor 44 getriebenen Schaufelförderer 50 ausgestattet. Im Falle der als Beispiel angegebenen Geschwindigkeit wird angenommen, daß das in Schnitzeln vorliegende Kunststoffspeisematerial eine Dichte von 400 kgm&supmin;³ (25 Pfund/Kubikfuß) aufweist und daß die Aufenthaltszeit innerhalb des Reaktors 10 30 bis ca. 60 Minuten beträgt. Während der Abbau des erhitzten polymeren Materials auf das Aussetzen desselben der Strahlung gegenüber hin innerhalb weniger Sekunden stattfindet, muß das Material auf die erforderliche Temperatur vorerhitzt worden sein. Für dieses Vorerhitzen ist eine längere Aufenthaltszeit innerhalb des Reaktors erforderlich.
In den Reaktor 10 eingeführte polymere Zusammensetzungen werden zuerst in eine Erhitzungszone 22 der Reaktorkammer 20 eingeführt und durch den Schaufelförderer 50 entlang bewegt. Die bevorzugte Vorrichtung für das Erhitzen der polymeren Zusammensetzung ist als Mantelheizvorrichtung 12 gezeigt, die heiße Gase bildet, die in den ringförmigen Hohlraum 27 geblasen werden, aus dem die Gase Hitze im Gegenstrom zur Strömung von polymerem Material in die Reaktorkammer 20 übertragen, bevor sie aus dem ringförmigen Hohlraum 27 durch die Leitung 18 zur Entlüftungsöffnung abgeführt werden. Die Mantelheizvorrichtung ist in der Lage, die polymeren Zusammensetzungen auf eine Temperatur im Bereich von 95ºC bis 260ºC zu erhitzen. Die erwünschte Temperatur hängt von der Mischung der polymeren Zusammensetzungen, die eingegeben wird, und der Wellenlänge der Strahlen, die zum Abbauen der polymeren Zusammensetzungen ausgewählt wird ab. Typischerweise wird die Zusammensetzung auf ihre Erweichungstemperatur erhitzt.
Die erhitzten polymeren Zusammensetzungen werden einer Bestrahlungsbehandlung bei einer Wellenlänge unterzogen, durch die die chemischen Bindungen gelöst und die polymere Zusammensetzung zu einfacheren, gasförmigen, als Brennstoff geeigneten Kohlenwasserstoffen reduziert wird. Während diese Bestrahlung in einer zweiten oder Abbauzone 24 innerhalb des Reaktors 10 stattfinden kann, kann die Erhitzungszone 22 auch mit Strahlungsquellen für das Bestrahlen der sich erhitzenden Zusammensetzungen ausgestattet sein. Durch Laser eingetragenes Licht in Form von Strahlung wird in die Abbauzone 24 durch mehrere Kieselglasfenster 25 eingeführt. Diese Fenster sollten so angebracht sein, daß eine maximale Bestrahlung des erhitzten polymeren Materials geboten ist und es können zusätzliche Fenster für das Bestrahlen des in der Erhitzungszone 22 erhitzten Materials angebracht werden.
In dem Fall, in dem die bevorzugte ultraviolette Strahlung angewendet wird, sollte bevorzugt ca. 91% dieses Lichts durch die Kieselglasfenster 25 hindurchgehen. Im Falle der Ausführungsform mit einer Speisegeschwindigkeit des Polymers von 454 kgh&supmin;¹ (1000 Pfund/h) beträgt der Durchmesser des Kieselglasfensters ca. 10 cm (4 Zoll) und die Dicke ca. 1,25 cm (1/2 Zoll). Des weiteren handelt es sich bei dem bevorzugten Ultraviolett-Laser um einen Krypton-Fluorid-Excimer-Laser, der ultraviolettes Licht von einer Wellenlänge von ca. 248 nm abgibt und ein Energieniveau aufweist, das mit demjenigen übereinstimmt, das zum Lösen der chemischen Bindungen der spezifischen Beschickung benötigt wird: es kann zwischen 50 MJ/cm² und 450 MJ/cm² liegen. Bei diesem Lichtintensitätsniveau findet die Photolyse in 30 bis 5 Sekunden statt. Die gebildeten dampfförmigen Kohlenwasserstoffe werden durch Auslaßleitungen 62 entfernt und zum Einlaßabscheider 60 zur Entfernung eventuell mitgerissener, fester Teilchen gefördert. Vom Einlaßabscheider 60 wird das Kohlenwasserstoffgas zu einem Luftkühler 64 geschickt. Während des Kühlens können sich Nebenprodukte mit höheren Siedepunkten auskondensieren. Diese werden von dem aus dem Luftkühler 64 im Auslaßabscheider 68 austretenden gasförmigen Strom entfernt. Die dampfförmigen Kohlenwasserstoffe können dann als Brennstoffquelle verwendet werden.
Polymere Verkohlungsprodukte, die in der Abbauzone 24 verbleiben, sammeln sich im Kohletopf 75 an, der periodisch entleert werden kann.
Während die obige Beschreibung sich auf die Photolyse und Bestrahlung von polymeren Zusammensetzungen unter Bildung einfacherer Kohlenwasserstoffe bezieht, kann das gleiche Gerät zur Behandlung von Ölschiefer und Teersand unter Bildung einfacherer Kohlenwasserstoffe verwendet werden. So wird Schiefer oder Teersand zu Teilchen einer Größe verkleinert, die die Bestrahlung unter Durchdringung des teilchenförmigen Körpers erlaubt. Diese Teilchen werden in den Speisetrichter 30 eingeführt und durch den Förderer 32 zum Reaktor gespeist. Im Reaktor werden die Teilchen auf die gleiche Weise wie polymere Zusammensetzungen behandelt, das heißt, sie werden erhitzt und bestrahlt, während sie durch den Schaufelförderer durch den Reaktor hindurchgetrieben werden. Einfaches Kohlenwasserstoffabgas wird entfernt und die Reste werden im Kohletopf 75 eingesammelt.
Die folgenden Beispiele spiegeln gewisse Ausführungsformen der Erfindung wieder und werden nur zum Zwecke der Veranschaulichung vorgelegt. Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt.

BEISPIEL 1

Untersuchung im Labormaßstab

Ein aus Edelstahl gefertigter Laborreaktor wurde zum Ausprüfen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet. Oben im Laborreaktor befand sich ein Kieselglasfenster von einem Durchmesser von ca. 10 cm (4 Zoll) und einer Dicke von einem halben Zoll, was den Durchgang von ca. 91% des ultravioletten Lichts erlaubte. Eine große, mit einem Scharnier versehene, überdeckte Öffnung auf einer Seite des Reaktors erlaubte den Zugang in die Mitte der Kammer. Eine Probe von Polyethylenterephthalat, die aus Flaschen für alkoholfreie Getränke in quadratförmige Stücke von 5 cm (2 Zoll) geschnitten worden waren, wurde auf einer Plattform in die Kammer gestellt. Der Reaktor wurde geschlossen und versiegelt, um seine Integrität zu wahren.
Eine thermostatisch geregelte Heizspule, die sich innerhalb des Reaktors befand, wurde zum Erhitzen der Probe auf ca. 260ºC benutzt.
Das ultraviolette Licht oder die Bestrahlung wurde von einem Krypton (KrF) -Laser, dem Lambda Physik-Modell 314, geliefert, der ultraviolette Strahlung von 248 nm abgab. Die Heizspule wurde daraufhin in Betrieb gesetzt und der Thermostat so eingestellt, daß die erwünschte Temperatur beibehalten wurde. Die Laserregelvorrichtungen wurden so eingestellt, daß die erforderliche Energiemenge über die erforderliche Zeitspanne abgegeben wurde. Auf Anforderung hin wurde das Laserlicht abgegeben und durch das Kieselglasfenster geführt, wobei es auf die Polymerprobe 3 bis 5 Sekunden lang auftrat Das Polyethylenterephthalat wurde unter Bildung eines rauchigen Dampfs verdampft und hinterließ eine geringe Menge eines schwarzen Verkohlungsprodukts um die Kanten der Probe herum.

BEISPIEL 2

Betreiben einer Durchlaufeinheit in einer Technikumsanlage

Bei einem vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Prüfverfahren wird eine Mischung zerhackter Kunststoffabfälle kontinuierlich in einen Reaktor gespeist, in dem die Photolyse als katalytische Reaktion mit ultravioletter Strahlung stattfand, die zur Ablation führte, durch die brennbare Gase gebildet wurden. Die Kunststoffabfälle werden mit Hilfe eines geeigneten Reißwolfs in Stücke einer Größe von nicht mehr als 6,5 cm² gehackt und in einen Speisetrichter geworfen, der die zerhackten Kunststoffstückchen einem Schraubenförderer zuspeist, der die polymeren Materialien wiederum in den Reaktor führt. Der Schraubenförderer entleert die Kunststoffstückchen oben in den Reaktor, so daß die Abfälle auf ein Schaufelfördersystem fallen, das so funktioniert, daß die Materialien kontinuierlich durch den Reaktor geführt werden, während das Material gehoben und zirkuliert wird. In einer Erhitzungszone des Reaktors werden die polymeren Materialien erhitzt und getrocknet, wobei Wasserdampf durch das Vakuumsystem entfernt wird. Das Erhitzen erfolgt durch eine Mantelheizvorrichtung, der heiße Gase in einen ringförmigen, durch die inneren und äußeren Wände des Reaktors gebildeten Hohlraum bläst.
Während die polymeren Materialien durch die Erhitzungszone der Abbauzone innerhalb des Reaktors zugeführt werden, werden sie auf eine Temperatur von ca. 260ºC erhitzt. Ein Ultraviolett-Krypton-Fluorid-Laser, Lambda Physik-Modell 315, wird zum Bestrahlen des vorbeheizten polymeren Materials mit ultraviolettem Licht verwendet, das durch Kieselglasfenster in die Zone eingeführt wird. Die Bestrahlung wird fortgeführt, bis die Kunststoffabfälle verdampft sind. Die dabei entstehenden Gase oder Dämpfe werden durch die Auslaßleitungen abgezogen, die zu einem Luftkühlsystem führen. Ein Zyklonabscheider entfernt mitgeführte Feststoffe aus den Kohlenwasserstoffgasen, bevor letztere in den feingerippten Luftkühler eingeführt werden. Die Gase werden durch den Luftkühler gekühlt und jegliche kondensierten, flüssigen Kohlenwasserstoffe werden in einem Auslaßabscheider entfernt. An die Abführleitung ist eine Vakuumpumpe angeschlossen, um innerhalb des Reaktors einen Unterdruck aufrechtzuerhalten und die Kohlenwasserstoffgase, die im Versuchsverfahren verbrannt werden, wiederzugewinnen. Während der Photolyse führt ein Teil des Kohlenstoffs zur Bildung von Verkohlungsprodukten, die auf mechanischem Wege aus dem Reaktor entfernt werden.

BEISPIEL 3

Anlage im technischen Maßstab

Die Menge Energie, die durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung des Heizwerts von 8,6 MJkg&supmin;¹ (18.000 BTU pro Pfund) von Kunststoff, auf das Trockenprodukt bezogen, erzeugt wird, wird mit der Menge Energie verglichen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren verbraucht wird. Der für das Verfahren erforderliche Stromverbrauch wird ebenfalls bestimmt und mit der potentiellen elektrischen Leistung verglichen, die möglich ist, wenn die gebildeten Gase als Brennstoff zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden. Es werden folgende Parameter angegeben:
Der Heizwert des Gases in einer Stunde beträgt daher 180,4 GJ (171.000.000 BTU). Der Betrieb eines Systems im technischen Maßstab erforderte 6,9 GJh&supmin;¹ (6.600.000 BTU/h) für die Erhitzungsvorrichtungen und 450 kW zum Verarbeiten von 4540 kg (10.000 Pfund) zerhackten Kunststoffen. Werden die dadurch erzeugten 173,6 GJh&supmin;¹ (164.400.000 BTU/h) zur Erzeugung von Dampf für die Erzeugung von elektrischem Strom verwendet, so lassen sich damit 12.290 kW elektrischer Strom erzeugen.
Zur Bestimmung der Wärmeenergiewirtschaflichkeit der Erfindung wurde der Heizwert der verbrauchten Energie, in BTU gemessen, berechnet und mit der potentiellen Energie verglichen, die durch das Verfahren zur Verfügung gestellt wird. 173,6 GJh&supmin;¹ (164.400.000 BTU/h) in Form von Brennstoffgasen ist die Nettoenergie, die durch das erfindungsgemäße Verfahren verfügbar wird. Dies wird angesichts der Tatsache bedeutsam, daß eine "Solar-Centaur-Gasturbine" 44,1 GJh&supmin;¹ (41.760.000 BTU/h) benötigt, um 3.250 Kilowatt elektrischen Strom zu erzeugen. Die durch das Wiedergewinnen von Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffen oder anderen Materialquellen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene elektrische Nettoleistung beträgt ca. 12.290 kW.
Nach Lesen der obigen Offenbarung wird sich ein Fachmann vieler Variationen und Modifikationen der bevorzugten, wie oben beschriebenen Ausführungsformen bewußt sein. Diese Variationen und Modifikationen liegen innerhalb des Umfangs und Geistes der Erfindung, wie sie oben beschrieben und im folgenden beansprucht wird.

Claims

1. Verfahren für die Gewinnung einfacherer Kohlenwasserstoffe aus komplexen Kohlenwasserstoffen in Form fester polymerer Materialien, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

Eingeben der komplexen Kohlenwasserstoffe in einen Reaktor;

Erhitzen der komplexen Kohlenwasserstoffe auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungspunkts der komplexen Kohlenwasserstoffe in einer im wesentlichen von Sauerstoff freien Umgebung;

Bestrahlen der komplexen Kohlenwasserstoffe mit Strahlen einer Wellenlänge im Bereich von 1 bis 400 nm und mit einer Intensität von 50 bis 450 MJ/cm², um chemische Bindungen zwischen Atomen in den komplexen Kohlenwasserstoffen anzuregen und zu lösen, unter Bildung einfacherer Kohlenwasserstoffe, wobei das Bestrahlen über eine Zeitspanne durchgeführt wird, die ausreicht, um einen wesentlichen Anteil der komplexen Kohlenwasserstoffe zu verdampfen; und

Abtrennen der auf diese Weise hergestellten einfacheren Kohlenwasserstoffe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Erhitzen von 95º auf 260ºC stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Erhitzungs- und Bestrahlungsschritte in einem Reaktor unter einem Druck von 13,3 · 10³ bis 53,3 · 10³ Pascal (100 bis 400 mm Hg) durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bestrahlen mit Strahlen bei einer Wellenlänge von 310 nm bis 10 nm für 30 bis 5 Sekunden stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Bestrahlen mit einem UV-Laser stattfindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem es sich bei den komplexen Kohlenwasserstoffen um organische polymere Zusammensetzungen handelt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die komplexen Kohlenwasserstoffe mit Ölschiefer assoziiert sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die komplexen Kohlenwasserstoffe mit Teersand assoziiert sind.