EP1745115B1 - Vorrichtung und verfahren zum gewinnen von fraktionierten kohlenwasserstoffen aus kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen reststoffen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum gewinnen von fraktionierten kohlenwasserstoffen aus kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen reststoffen Download PDF

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EP1745115B1
EP1745115B1 EP05701145A EP05701145A EP1745115B1 EP 1745115 B1 EP1745115 B1 EP 1745115B1 EP 05701145 A EP05701145 A EP 05701145A EP 05701145 A EP05701145 A EP 05701145A EP 1745115 B1 EP1745115 B1 EP 1745115B1
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EP
European Patent Office
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oil
gas
condenser
heat
order
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EP05701145A
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English (en)
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EP1745115A1 (de
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Wolf-Eberhard Nill
Anton Schmillen
Gerold Weser
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Nick Wolfgang
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Nick Wolfgang
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/002—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal in combination with oil conversion- or refining processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/006—Combinations of processes provided in groups C10G1/02 - C10G1/08

Definitions

  • the invention relates to a method for obtaining fractionated hydrocarbons from plastic materials and / or from oil-containing residues, wherein the plastic materials and / or residues sorted by variety and compacted using a registration system and the compacted mass to a melting vessel, preferably below the liquid level, fed and is heated so that a separation into a first liquid phase, a first gas phase and a residue portion takes place, according to the preamble of claim 1;
  • the invention relates to an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 16 for obtaining fractionated hydrocarbons from plastic materials and / or from oil-containing residues.
  • Plastics such as polypropylene (PP), polyethylene (PE) or polystyrene, which consist of long-chain macromolecules, must be split into small molecules for their utilization. Through a conversion plant, such plastics can be converted in a low-temperature cracking process into an oil-like product with gaseous admixtures and a solid residue.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • polystyrene which consist of long-chain macromolecules
  • the resulting gas during the cracking process consists of a mixture of methane, ethane, ethene, propane, propylene, i-butene, i-butane, 1-butene, 1-butane, pentane, etc., and a small amount of water vapor.
  • the polystyrene-derived oil consists of more than 50% styrenes and also contains 2-methyl-styrenes, toluene, ethylbenzene and benzene.
  • the oil obtained from polyethylene and polypropylene consists mainly of paraffins and olefins and contains only small amounts of aromatics.
  • the low-volatile residues consist of cokes, heavy oil-like long-chain hydrocarbons. The oil-like residue can in a further process step be mixed with water. This produces an oil-water emulsion, which can be utilized energetically, for example as a lighting agent.
  • the device has a first heatable melting container to which the plastics are fed via a feed screw and in which the melting of the plastics results in a first liquid phase which can be fed to a further second container to which a cracking tower for oil extraction is connected. From the second container, the liquid phase is traceable back into the heatable first melt container in a circulation process for further heating.
  • plastic raw materials for melting and vaporization are brought within a container (melting and cracking reactor), which are supplied to the container via a feed screw.
  • the plastic raw materials are heated to 280 ° C to 380 ° C and cracked.
  • the disadvantage here is the single-stage entry of the necessary heat energy.
  • the high heat flow density leads to strong partial overheating. These then lead to the formation of encrustations, which worsen the further heat input. As a result, the heat consumption is high in relation to the yield.
  • the CN 2435146Y Furthermore, a similar method has become known.
  • the device has a heatable with a burner first reaction vessel, which is preceded by a receptacle from which by means of a screw conveyor, the plastic waste together with a Catalyst in the reaction vessel to be promoted to melting.
  • the gaseous, distilled product is conveyed to a second heated reaction vessel which has a catalyst bed of catalyst particles of size between 1 mm to 15 mm in diameter, namely calcined zeolite particles about 10 mm in diameter, whereby the gas is catalytically decomposed.
  • the catalyst material which has been added to the plastic waste is recovered from the first reaction vessel and heated above 500 ° C, after which the catalyst material can be reused.
  • the invention has for its object to further develop the aforementioned method and apparatus that the energy input is improved and that in particular by an optimal and targeted use of energy and heat recovery in different areas of the efficiency of the method and the device is improved.
  • liquid phase and the first gas phase are transported to an evaporation tank in which further heat input, a second liquid phase and a second gas phase is formed, wherein the second liquid phase is transferred to a reheater and further heated there with further heat input so that a third gas phase is formed, after which the second gas phase from the evaporation vessel and third gas phase from the reheater are fed to a cracking tower, where further cracking of the long-chain hydrocarbons into short-chain hydrocarbons takes place and the resulting oil gas is then fed to a condenser, in which the oil gas is condensed to liquid oil, where the oil is the target product, and the process is carried out using a multi-circuit heating system to generate the necessary process heat for the melting tank, the evaporation tank and the reheater, and used as a heat transfer oil or salt or gas.
  • this is carried out using a multi-circuit, indirect heating system which generates the process heat for the melting tank, the evaporation tank and the reheater, it being possible to use oil or salt or gas as the heat carrier.
  • oil or salt or gas as the heat carrier.
  • a non-condensable fraction of the oil gas for thermal utilization can be supplied to the heating system for firing the same in an advantageous manner.
  • the heating system thus comprises all components for the supply of the melting vessel and the evaporation vessel with energy.
  • the thermally recoverable by-products formed in the process such as a proportion of an oil-water emulsion from the residue components from the Aufriti knowledgeer and otherwise unusable gas fractions from the Crackturm and a gas component from a flame arrester, are used in an advantageous manner in the heating system for generating the primary process heat.
  • the capacitor may consist of a precondensator and a main capacitor, which may be connected to a multi-circuit cooling system.
  • the excess heat from the pre-condenser, the main condenser and the residual pre-cooling tank is thus fed to the heating system.
  • the oil-water emulsion for thermal utilization can be supplied to the heating system for firing.
  • the inventive method advantageously has a low energy consumption and optimum energy utilization by means of heat recovery, based on the yield.
  • the heating circuit in the different process areas advantageously heats indirectly and specifically.
  • plastic materials can be recycled in accordance with the waste incineration regulations.
  • a precondensator and a main capacitor are used as the capacitor, the excess heat from the precondensator, the main capacitor and a residual precooling vessel being supplied to the heating system, and the main capacitor being connected to a multi-circuit condensation system.
  • the plastic materials and / or oily residues are comminuted in a pretreatment process after sorting and optionally dried before the cracking process is carried out.
  • the plastic materials are sorted by PP, PE and PS into hard and soft plastic parts. Since the water content of the plastics should be below 1% for energy reasons, plastics with a higher water content are dried beforehand.
  • a plug screw or a Stopftechnik which compacts the residues for oxygen deprivation.
  • the plastic materials should be fed fine shredded the stuffing screw or Stopfwerk.
  • the residue is transported within the Aufschmelz organizationsers in an underlying sedimentation where concentration of the residue is carried out and then the concentrated residue fraction is transferred to a residue precooler, in which a cooling of the residue fraction by means of a cooling medium, preferably below 120
  • the cooled residue fraction can be fed to an emulsion unit in which an oil-water emulsion is prepared from the residue fraction.
  • a precondensator is arranged between the cracking tower and the main condenser, which pre-cools the oil gas and recovers heat at a high temperature level and reduces the temperature gradient between cracking tower and main condenser.
  • the main capacitor and optionally the precondensator can be connected to a multi-circuit cooling system.
  • the inventive method is preferably carried out between 300 to 450 degrees Celsius and normal pressure up to 2 bar overpressure.
  • a device for recovering fractionated hydrocarbons from plastic materials and / or from oil-containing residues, wherein the plastic materials and / or residues are sorted by variety, with a registration system for the compression of the plastic materials and / or oily residues under exclusion of air and with a downstream reflow tank for heating and melting the compacted mass to produce a first liquid phase, a first gas phase and a residue portion, is characterized in that after the melting vessel for generating further heat input of a second liquid phase and a second gas phase, an evaporation vessel is arranged, on which the introduction and Further heating of the second liquid phase, a reheater follows to the emergence of a third gas phase, and to the evaporation vessel and the reheater for breaking (cracking) of the long-chain Hydrocarbons in short-chain hydrocarbons, a cracking tower is connected to which a condenser is connected to the condensation of the oil gas to liquid oil as the target product, the apparatus having a multi-circuit heating system for generating
  • a stuffing screw or a Stopftechnik for compressing the plastic material and / or the oil-containing residues is arranged for entering the plastic materials and / or oily residues in the melting within the registration system, before which optionally a spherical transfer container for transfer into the Plug screw or the stuffing mechanism is located.
  • the output of the plug screw or the Stopftechniks opens below the liquid level of the molten mass in the Aufschmelz disposer.
  • the same has a multi-circuit heating system for generating the necessary process heat at this optimized temperature levels, serving as a heat carrier oil or salt or gas.
  • a sedimentation compartment for receiving the residue part is arranged below the melting tank.
  • a residue precooling container as well as an emulsion unit for producing an oil-water emulsion from the residue portion.
  • the capacitor is formed of a main capacitor and a precondensator, wherein between the cracking tower and the main capacitor for precooling of the oil gas, the precondensator is arranged. Furthermore, a multi-circuit cooling system can be connected to the main capacitor.
  • the device for generating the process heat for the melting tank, the evaporation tank and the reheater on a multi-circuit heating system In a further embodiment, the device for generating the process heat for the melting tank, the evaporation tank and the reheater on a multi-circuit heating system.
  • the melting tank and the evaporation tank and, if appropriate, the after-heating tank have an externally arranged heating jacket and / or internal heating coils which can be heated via the common heat carrier heating system.
  • the process plant shown in the figures for obtaining fractionated hydrocarbons, from plastic materials and / or oily residues consists of a silo 1, in which the processed plastic materials, preferably in shredded state, are stored. The storage can also be done in a bunker.
  • a transfer container 3 for example, a flanged ball housing for flexible adaptation to different local conditions.
  • a stuffing screw 4 or a Stopftechnik connects, which compresses the plastic materials and thus largely expels the air and thus the oxygen.
  • the lower end of the plug screw 4 or Stopfwerks opens into a melting tank 7 and that below or above its level.
  • a pneumatically operated throttle-check valve 5 is arranged, which is followed by an entry fitting 6 in the form of a ball valve 6.
  • the reflow vessel 7 has at its lower end a sedimentation tray 10 for receiving and concentrating a residue fraction precipitating from the liquid phase of the compacted mass.
  • the sedimentation compartment 10 is conductively connected via three successive residue discharge fittings 11, 12 and 13 to a residue precooling vessel 15, which has an outer cooling jacket 14.
  • a residue precooling vessel 15 which has an outer cooling jacket 14.
  • Within the residue Vorkühl there is an accumulation of the residue and a cooling of the residue by means of a cooling medium from a cooling system 34, preferably below 120 ° C.
  • the pre-cooling of the residue takes place under the possibility of heat recovery in the heating system, thereby reducing the temperature gradient between Melting tank 7 and a subsequent emulsion unit 16 is given.
  • the cooled residue is fed to the emulsion unit 16 in which an oil-water emulsion is produced by means of a motor-driven agitator from the residue fraction.
  • an oil-water emulsion is produced by means of a motor-driven agitator from the residue fraction.
  • the reflow vessel 7 has an agitator 9 for homogenizing the molten plastic mass and a Abrakel adopted 17 for stripping the inner wall of the reflow vessel 7 in the region of the mouth of the screw conveyor 4 or Stopfwerks. Furthermore, the melting tank 7 is closed at the top and has a lateral outlet A in the upper area. This provides great strength in the area of the upper tank bottom by reducing the number of openings. Furthermore, the melting tank 7 is surrounded by an outer heating jacket 8, which is constructed such that a homogeneous heat input is given and in particular heat peaks are avoided during operation. Likewise, the outer heating jacket 8 allows heat removal, condensation, before maintenance or even in case of an accident.
  • the melting tank 7 and the evaporation tank 20 may be equipped with hinged concentric coiled tubing, for example two. By using coiled tubing for heat transfer, a larger transfer area is achieved.
  • the reflow tank 7 there is a heating of the plastic mass, so that a separation into a first liquid phase, a first gas phase and a residue portion takes place, after which the liquid phase and the first gas phase are transported via the outlet A line in an evaporation vessel 20, in which among others Heat input into the mass creates a second liquid phase and a second gas phase.
  • the evaporation vessel 20 is used for evaporation of valuable parts with higher evaporation temperatures.
  • the outlet A of the melting tank 7 and the inlet A of the evaporation tank 20 may have an additional heater 18, such as electric immersion heater, to which a further reheater 19 can connect to increase the heat input in the inlet of the evaporation tank 20.
  • the heat input into the evaporation tank 20 is controlled by a heating jacket 21 and / or heating coils at a higher level than in the melting tank 7 in a reduced amount of plastic, whereby a reduction in the amount of energy is given at a high temperature level.
  • the evaporation vessel 20 has a motor-driven agitator 22 for homogenizing the molten recyclable material. Within the evaporation vessel 20, the formation of a second liquid phase and a second gas phase takes place.
  • a Nachflower constituer 23 is connected by line, which has its own heater 24, which may be an electric heater E.
  • the Nachflower capableer 23 is used for further reheating and vaporizing an even smaller amount of recyclables than in the evaporation vessel 20 with the highest evaporation temperatures of the recyclables, so that in him a third gas phase is formed.
  • the evaporation tank 20 is down by means of a residue discharge fitting 25, for example of the type ball valve, closed to discharge residues.
  • the Nachflower constituer 23 has in turn at its lower end an emptying valve 26 for emptying the Nachflower mattersers 23.
  • a cracking tower 27 which serves to break up the long-chain molecules into short-chain molecules; in Crackturm 27 there is a separation of the resulting oil gas from high-boiling components.
  • the Nachflower concerninger 23 is connected in line with the cracking tower 27, so that in the same both the second gas phase from the evaporation tank 20 and the third gas phase is introduced from the Nachloom electer 23.
  • a product gas line 28, namely a pipe 28 the discharge of the product gas formed in the cracking tower in a pre-condenser 29 can be carried out, which works as a heat exchanger to recover heat at a high temperature level, so that this pre-cooling of the product gas with the possibility of heat recovery in the Heating system is done.
  • the oil gas is then supplied to the main condenser 30, in which the oil gas is condensed to liquid oil.
  • the main condenser 30 has two cooling circuits, namely a sump cooling condenser 31 and a head cooling condenser 32.
  • the main condenser 30 has an incoming and outgoing line with a circulating pump 35 for circulating the oil. Also located in the line are two automatic valves with a throttle function for switching and dividing the recirculation flow to the main condenser 30 or into a transfer line 37 to a separator (not shown).
  • the conduit further has a metering point 40 as an injection site for delivery of additives, for example, to condition, stabilize and adjust product properties of the product oil.
  • Addition of an additive can also be made in the line between cracking tower and main condenser.
  • the main condenser 30 is conductively connected via a residual gas outlet 39 to a heating system 38 of the process plant, via the residual gas outlet 39, a derivation of the non-condensable portion of the product gas in the heating system 38 of the process plant for thermal utilization in the heating system.
  • the main condenser achieves a very rapid cooling and condensation of the hot product gas (shock cooling) to an average temperature level of 80-200 ° C by applying the process principle quenching.
  • the quench medium used is cooled condensate (product oil).
  • the quenching can be done in two different ways: The hot gas stream is sucked into the liquid recycle stream of cooled condensate, where due to the high turbulence intensive heat exchange and immediate condensation of the product gas occurs. Or alternatively, the quench can be carried out as a packed column, wherein a liquid recycle stream of cooled condensate is trickled over the packing and hot product gas flows in countercurrent from bottom to top and thereby condenses. Due to the large surface of the packing, an intensive heat exchange between cold condensate and hot product gas is achieved, so that the latter condenses immediately.
  • the one can be regenerated while the other is operating normally, with the regeneration of the recycle stream in the packed column to be regenerated being shut off and the hot gas stream coming from the cracking tower being passed through the packed column to be regenerated, thereby causing the bed to fill is heated and deposits are replaced.
  • the regeneration of the packed columns thus happens alternately.
  • the heat exchangers of the main capacitor do not necessarily have to be inside the condenser, for example be arranged as bottom and head cooling, but it is sufficient a heat exchanger in the line of the circulating flow.
  • the heating system is preferably multi-circuit for generating the necessary process heat at this optimized temperature levels.
  • a heat carrier oil or salt or gas can be used for heat transfer with adjustable maximum heating temperature.
  • the efficiency of the heating system is thereby maximized by providing heat recovery to the system using the residual gas to fire the heating system.
  • the method according to the invention does not require the separate gas combustion, gas flare, required in the prior art.
  • the maximum energy utilization is also given because flexible heating of the heating system is possible by means of several optimized temperature levels, namely by the product oil, by the product gas and by the oil-water emulsion, as well as electrically or by a combination of the various aforementioned energy sources. In order to record and monitor the amounts of energy, the resulting temperature differences, the different pressures as well as the different flow rates of the heat transfer medium circuits can be used.
  • FIG. 2 shows a modified registration system over that of FIG. 1 ,
  • the connecting tube of the melting container 7 for connecting the screw conveyor 4 or Stopftechniks is here formed at an acute angle to the melting vessel; otherwise the design is the same.
  • FIG. 3 shows a process plant, which of those of FIGS. 1a . 1B and 1c is very similar and in which the heat transfer and cooling circuits are fully illustrated.
  • the heating system 38 is divided into five heat carrier circuits WT 1 to WT 5.
  • WT 1 is connected via lines to the melting tank 7 and supplies it with heat energy;
  • WT2 is connected to the evaporation vessel 20.
  • WT 3 or WT 4 or WT 5 is connected to the heat removal with the precondensator 29 or with the cooling system 34 or with the residue precooling container 15.
  • FIGS. 4 and 5 show two more examples of different registration systems of a process plant according to the invention.
  • the reflow containers 39 shown here have an upper filler neck 40, through which a feed tube 41 is guided, whose opening is below the liquid level 42 of the liquid melt.
  • the feed tube 41 and the screw plug additionally surrounded by a cooling jacket 43, which is traversed by cooling water.
  • FIG. 6 shows another example of a main capacitor 44 of the process plant according to the invention.
  • the hot gas enters through the opening 45 in the main condenser 44 and flows through packed columns 46, in which there are Rail Energy concept, such as rings made of stainless steel.
  • Liquefied condensate is withdrawn from the sump 54 via a line 47 and fed via a pump 48 two series-connected heat exchangers 49, 50 and further cooled, which are connected to a cooling system 55 with two cooling circuits, cooling circuit I and cooling circuit II. Via a return line 51 to the second heat exchanger 50, cooled condensate is fed back into the main condenser 44 in countercurrent, as in FIG. 6 seen.
  • non-condensed residual gas is either used as combustion gas or it may follow another condenser to be condensed by means of the same existing portions of HCs within the residual gas via a branch line 52 to the second heat exchanger 50 and before the return line 51 is the liquid oil, the target product of the process plant, taken.
  • FIG. 7 is different from the FIG. 3 essentially only in that in the melting vessel 7 and in the evaporation vessel 20 in addition heating coils 56, 57 are installed in order to increase the introduction of heat into the masses.
  • These heating coils 56, 57 are for their supply according to the FIG. 7 connected to own heat transfer medium circuits WT circuit 1 and WT circuit 2 of the heat transfer heating system 58, which either gas-fired oil - for example, with the residual gas from the main capacitors 30 and 44 - or electrically heated.
  • the outer heating jacket can also be omitted.
  • the inventive method or cracking method and the device are industrially applicable in the industries of hygienic workup for the recovery of plastic materials and / or oily residues or plastic waste and / or oily waste.

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Description

    Technisches Gebiet:
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen Rückständen, wobei die Kunststoffwertstoffe und/oder Rückstände nach Sorten sortiert und unter Verwendung eines Eintragungssystems verdichtet werden und die verdichtete Masse einem Aufschmelzbehälter, bevorzugt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, zugeführt und darin aufgeheizt wird, so dass eine Auftrennung in eine erste Flüssigphase, eine erste Gasphase und einen Rückstandanteil stattfindet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16 zum Gewinnen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen Reststoffen.
    • Stand der Technik:
  • Kunststoffe werden heute in nahezu allen Lebensbereichen eingesetzt und müssen nach Gebrauch verwertet und/oder entsorgt werden. Dabei bereitet eine gesundheitsgerechte Entsorgung erhebliche Probleme. Kunststoffe wie .Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder Polystyrol, die aus langkettigen Makromolekülen bestehen, müssen zu ihrer Verwertung in kleine Moleküle aufgespalten werden. Durch eine Konvertierungsanlage können derartige Kunststoffwertstoffe in einem Niedertemperatur-Crackingprozess in ein ölähnliches Produkt mit gasförmigen Beimengungen und einem festen Rückstand umgewandelt werden.
  • Das beim Crackingprozess entstehende Gas besteht aus einem Gemisch von Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propylen, I-Buten, I-Butan, 1-Buten, 1-Butan, Pentan u.a., sowie einem geringem Rest an Wasserdampf. Das aus Polystyrol gewonnene Öl besteht zu über 50% aus Styrenen und enthält daneben 2-Methyl-Styrene, Toluene, Ethylbenzene und Benzene. Das aus Polyethylen und Polypropylen gewonnene Öl besteht in der Hauptsache aus Paraffinen und Olefinen und enthält nur geringe Mengen an Aromaten. Die schwerflüchtigen Rückstände bestehen aus Koksen, schwerölähhnlichen langkettigen Kohlenwasserstoffen. Der ölähnliche Rückstand kann in einem weiteren Verfahrensschritt mit Wasser vermischt werden. Hierbei entsteht eine Öl-Wasser-Emulsion, die energetisch, beispielsweise als Befeuerungsmittel, verwertet werden kann.
  • Durch die JP-A-08-034978 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von niedrig siedenden Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffen bekannt geworden. Die Vorrichtung weist hierzu einen ersten heizbaren Aufschmelzbehälter auf, dem über eine Zuführschnecke die Kunststoffe zugeführt werden und in welchem mit dem Aufschmelzen der Kunststoffe eine erste Flüssigphase erhalten wird, welche einem weiteren zweiten Behälter zuführbar ist, an welchen ein Crackturm zur Ölgewinnung angeschlossen ist. Aus dem zweiten Behälter ist die Flüssigphase in einem Kreislaufverfahren zur weiteren Erhitzung wieder in den heizbaren ersten Schmelzbehälter rückführbar.
  • Durch die CN-A-1284537 ist ein Verfahren zum Gewinnen von Kohlenwasserstoffen, wie Gase oder Öle, aus Kunststoffwertstoffe bekannt geworden, welches einen Aufschmelz- und Crackingprozess mit nachfolgender Ölgasseparation sowie Destillation des Ölgemisches aufweist. Dazu werden innerhalb eines Behälters (Schmelz- und Crackreaktor) Plastikrohmaterialien zum Aufschmelzen und Verdampfen gebracht, welche dem Behälter über eine Zuführschnecke zugeführt werden. Die Plastikrohmaterialien werden auf 280°C bis 380°C erhitzt und gecrackt. Nachteilig ist hier der einstufige Eintrag der notwendigen Wärmeenergie. Durch die hohe Wärmestromdichte kommt es zu starken partiellen Überhitzungen. Diese führen dann zur Bildung von Verkrustungen, die den weiteren Wärmeeintrag verschlechtern. Hierdurch liegt der Heizwärmeverbrauch im Verhältnis zur Ausbeute hoch. Durch die CN 2435146Y ist des Weiteren ein ähnliches Verfahren bekannt geworden.
  • Durch die US-A-4,584,421 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt geworden, mittels derselben Plastikabfälle thermisch zersetzt werden können, um daraus flüssiges Kohlenwasserstofföl als fertiges Verbrauchsmaterial oder als Rohöl zu gewinnen. Hierzu besitzt die Vorrichtung einen mit einem Brenner heizbaren ersten Reaktionskessel, dem ein Aufnahmebehälter vorgeschaltet ist, aus welchem mittels einer Förderschnecke die Plastikabfälle zusammen mit einem Katalysator in den Reaktionskessel zum Aufschmelzen gefördert werden. Das gasförmige, destillierte Produkt wird in einen zweiten erhitzten Reaktionskessel gefördert, welcher ein Katalysatorbett aus Katalysatorpartikeln der Größe zwischen 1mm bis 15mm Durchmesser, nämlich gebrannte Zeolitpartikel von ungefähr 10mm Durchmesser, aufweist, wodurch das Gas katalytisch zerlegt wird. Der Katalysatorstoff, welcher den Plastikabfällen zugefügt worden ist, wird aus dem ersten Reaktionskessel rückgewonnen und auf über 500°C erhitzt, wonach der Katalysatorstoff wieder verwendet werden kann.
    • Technische Aufgabe:
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die Vorrichtung dergestalt weiter zu entwickeln, dass der Energieeintrag verbessert wird und dass insbesondere durch eine optimale und gezielte Energieverwendung und durch Wärmerückgewinnung in unterschiedlichen Bereichen der Wirkungsgrad des Verfahrens und der Vorrichtung verbessert wird.
    • Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flüssigphase und die erste Gasphase in einen Verdampfungsbehälter transportiert werden, in welchem unter weiterem Wärmeeintrag eine zweite Flüssigphase und eine zweite Gasphase entsteht, wobei die zweite Flüssigphase in einen Nacherhitzer überführt und dort unter weiterem Wärmeeintrag weiter erhitzt wird, so dass eine dritte Gasphase entsteht, wonach die zweite Gasphase aus dem Verdampfungsbehälter und dritte Gasphase aus dem Nacherhitzer einem Crackturm zugeführt werden, wo ein weiteres Aufbrechen (Cracken) der langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe stattfindet und das entstandene Ölgas danach einem Kondensator zugeführt wird, in welchem das Ölgas zu flüssigem Öl kondensiert wird, wobei das Öl das Zielprodukt darstellt, und das Verfahren unter Verwendung eines mehrkreisiges Aufheizsystems durchgeführt wird zur Erzeugung der notwendigen Prozesswärme für den Aufschmelzbehälter, den Verdampfungsbehälter und den Nacherhitzer, und als Wärmeträger Öl oder Salz oder Gas verwendet wird.
  • In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses unter Verwendung eines mehrkreisigen, indirekten Aufheizsystems durchgeführt, welches die Prozesswärme für den Aufschmelzbehälter, den Verdampfungsbehälter und den Nacherhitzer erzeugt, wobei als Wärmeträger Öl oder Salz oder Gas verwendet werden kann. Dazu kann in vorteilhafter Weise ein nicht kondensierbarer Anteil des Ölgases zur thermischen Verwertung dem Aufheizsystem zur Befeuerung desselben zugeführt werden. Das Aufheizsystem umfasst somit alle Komponenten für die Versorgung des Aufschmelzbehälters und des Verdampfungsbehälters mit Energie. Die im Prozess entstehenden thermisch verwertbaren Nebenprodukte, wie ein Anteil einer Öl-Wasseremulsion aus den Rückstandanteilen aus dem Aufschmerzbehälter sowie ansonsten nicht verwertbare Gasanteile aus dem Crackturm sowie einem Gasanteil aus einer Flammdurchschlagssicherung, werden in vorteilhafter Weise im Aufheizsystem zur Erzeugung der primären Prozesswärme verwendet.
  • Zusätzlich wird vorteilhaft ein Maximum an Wärme aus dem Bereich der Ölgas- und Rückstandvorkühlung aus einem Kühlsystem dem Aufheizsystem zurückgeführt. Dazu kann der Kondensator aus einem Vorkondensator und einem Hauptkondensator bestehen, welcher an ein mehrkreisiges Kühlsystem angeschlossen sein kann. Die Überschusswärme aus dem Vorkondensator, dem Hauptkondensator und dem Rückstandvorkühlbehälter wird so dem Aufheizsystem zugeführt. Ebenso kann die Öl-Wasseremulsion zur thermischen Verwertung dem Aufheizsystem zur Befeuerung zugeführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist in vorteilhafter Weise einen geringen Energieaufwand auf sowie eine optimale Energieverwendung mittels Wärmerückgewinnung, bezogen auf die Ausbeute. Insbesondere wird durch den Wärmekreislauf in den unterschiedlichen Prozess-Bereichen vorteilhaft indirekt und gezielt erwärmt. Insbesondere können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Kunststoffwertstoffe nach den Abfallverwerkungsvorschriften vorschriftsmäßig verwertet werden.
  • In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird als Kondensator ein Vorkondensator und ein Hauptkondensator verwendet, wobei die Überschusswärme aus dem Vorkondensator, dem Hauptkondensator und einem Rückstandvorkühlbehälter dem Aufheizsystem zugeführt wird, und der Hauptkondensator an ein mehrkreisiges Kondensationssystem angeschlossen ist.
  • In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung werden die Kunststoffwertstoffe und/oder ölhaltigen Rückstände in einem Vorbehandlungsprozess nach der Sortierung zerkleinert und gegebenenfalls vor der Durchführung des Crackingprozesses getrocknet. Die Kunststoffwertstoffe werden nach PP, PE und PS in Hart- und Weichplastikanteile sortiert. Da der Wasseranteil der Kunststoffe aus energetischen Gründen unter 1 % liegen soll, werden Kunststoffe mit höherem Wasseranteil vorher getrocknet. Zum Eintragen der Kunststoffwertstoffe und/oder der ölhaltigen Rückstände in den Aufschmelzbehälter kann innerhalb des Eintragungssystems eine Stopfschnecke oder ein Stopfwerk verwendet werden, weiche die Rückstände zum Sauerstoffentzug verdichtet. Ebenso sollten die Kunststoffwertstoffe fein geschreddert der Stopfschnecke oder dem Stopfwerk zugeführt werden.
  • In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Rückstandanteil innerhalb des Aufschmelzbehälters in einen darunter befindlichen Sedimentationsabteil transportiert, wo eine Aufkonzentrierung des Rückstandanteils erfolgt und anschließend der aufkonzentrierte Rückstandanteil in einen Rückstandvorkühlbehälter überführt wird, in welchem eine Kühlung des Rückstandanteils mittels eines Kühlmediums erfolgt, vorzugsweise unter 120° C. Der gekühlte Rückstandanteil kann einer Emulsionseinheit zugeführt werden, in welcher aus dem Rückstandanteil eine Öl-Wasseremulsion hergestellt wird.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist zwischen dem Crackturm und dem Hauptkondensator ein Vorkondensator angeordnet, welcher das Ölgas vorkühlt und Wärme auf einem hohen Temperaturniveau zurückgewinnt sowie das Temperaturgefälle zwischen Crackturm und Hauptkondensator verringert. Des Weiteren kann der Hauptkondensator und gegebenenfalls der Vorkondensator an ein mehrkreisiges Kühlsystem angeschlossen sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zwischen 300 bis 450 Grad Celsius und von Normaldruck bis zu 2 bar Überdruck durchgeführt.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gewinnen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen Rückständen, wobei die Kunststoffwertstoffe und/oder die Rückstände nach Sorten sortiert sind, mit einem Eintragungssystem zur Verdichtung der Kunststoffwertstoffe und/oder der ölhaltigen Rückstände unter Luftabschluss sowie mit einem nachgeschalteten Aufschmelzbehälter zum Aufheizen und Aufschmelzen der verdichteten Masse zur Erzeugung einer ersten Flüssigphase, einer ersten Gasphase und eines Rückstandanteils, ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufschmelzbehälter zur Erzeugung unter weiterem Wärmeeintrag einer zweiten Flüssigphase und einer zweiten Gasphase ein Verdampfungsbehälter angeordnet ist, auf welchen zur Einleitung und weiteren Erhitzung der zweiten Flüssigphase ein Nacherhitzer folgt zum Entstehen einer dritten Gasphase, und an den Verdampfungsbehälter und den Nacherhitzer zum Aufbrechen (Cracken) der langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe ein Crackturm angeschlossen ist, an welchen ein Kondensator angeschlossen ist zur Kondensation des Ölgases zu flüssigem Öl als das Zielprodukt, wobei die Vorrichtung ein mehrkreisiges Aufheizsystem aufweist zur Erzeugung der notwendigen Prozesswärme für den Aufschmelzbehälter, den Verdampfungsbehälter und den Nacherhitzer auf hierfür optimierten Temperaturniveaus, mit Öl oder Salz oder Gas als Wärmeträger.
  • In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist zum Eintragen der Kunststoffwertstoffe und/oder der ölhaltigen Rückstände in den Aufschmelzbehälter innerhalb des Eintragungssystems eine Stopfschnecke oder ein Stopfwerk zum Verdichten des Kunststoffwertstoffes und/oder der ölhaltigen Rückstände angeordnet, vor der sich gegebenenfalls ein kugelförmiger Übergabebehälter zur Übergabe in die Stopfschnecke oder das Stopfwerk befindet. Der Ausgang der Stopfschnecke oder des Stopfwerks mündet unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der geschmolzenen Masse in den Aufschmelzbehälter.
  • In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung weist dieselbe ein mehrkreisiges Aufheizsystem auf zur Erzeugung der notwendigen Prozesswärme auf hierfür optimierten Temperaturniveaus, wobei als Wärmeträger Öl oder Salz oder Gas dient.
  • In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist unterhalb des Aufschmelzbehälters ein Sedimentationsabteil zur Aufnahme des Rückstandenteils angeordnet. An den Sedimentationsabteil kann ein Rückstandvorkühlbehälter sowie daran eine Emulsionseinheit angeordnet sein zur Herstellung einer Öl-Wasseremulsion aus dem Rückstandanteil.
  • In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Kondensator aus einem Hauptkondensator und einem Vorkondensator gebildet, wobei zwischen dem Crackturm und dem Hauptkondensator zur Vorkühlung des Ölgases der Vorkondensator angeordnet ist. An den Hauptkondensator kann des Weiteren ein mehrkreisiges Kühlsystem angeschlossen sein.
  • In weiterer Ausgestaltung weist die Vorrichtung zur Erzeugung der Prozesswärme für den Aufschmelzbehälter, den Verdampfungsbehälter und den Nacherhitzer ein mehrkreisiges Aufheizsystem auf.
  • Des Weiteren weisen der Aufschmelzbehälter und der Verdampfungsbehälter sowie gegebenenfalls der Nachheizbehälter einen außenliegend angeordneten Heizmantel und/oder innenliegende Heizwendeln auf, welche über das gemeinsame Wärmeträger-Aufheizsystem aufheizbar sind.
  • Kurzbezeichnung der Zeichnung, in der zeigen:
    • Figuren 1a, 1b und 1c
    eine Prozessanlage über drei Figuren verteilt, zum Gewin- nen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffrohmate- rial und/oder ölhaltigem Rückstände
    Figur 2
    ein modifiziertes Eintragungssystem gegenüber demjenigen der Figur 1
    Figur 3
    eine den Figuren 1a, 1B und 1c ähnliche Prozessanlage, in welcher die Wärmeträger- und Kühlkreisläufe genauer dargestellt sind
    Figur 4
    ein weiteres Eintragungssystem einer Prozessanlage
    Figur 5
    ein weiteres Eintragungssystem einer Prozessanlage mit einem Kühlmantel um das Zuleitungsrohr und Stopfschneckenmantel vor einem weiteren Aufschmelzbehälter
    Figur 6
    ein weiteres Beispiel eines Hauptkondensators und
    Figur 7
    eine weitere, der Figur 3 ähnliche Prozessanlage.
    Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung:
  • Die in den Figuren dargestellte Prozessanlage zum Gewinnen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen, aus Kunststoffwertstoffe und/oder ölhaltigem Rückstände besteht aus einer Siloanlage 1, in welcher die aufzubereitenden Kunststoffwertstoffe, vorzugsweise in geschreddertem Zustand, gelagert sind. Die Lagerung kann auch in einem Bunker erfolgen. Zur Entnahme der Kunststoffwertstoffe ist an die Siloanlage 1 eine mittels des Buchstabens "M" gekennzeichnete, motorgetriebene Trogförderschnecke 2 angeschlossen, welche in einen Übergabebehälter 3 fördert, zum Beispiel ein geflanschtes Kugelgehäuse zur flexiblen Anpassung an unterschiedliche örtliche Gegebenheiten. An den Übergabebehälter 3 schließt sich eine Stopfschnecke 4 oder ein Stopfwerk an, welche die Kunststoffwertstoffe verdichtet und dergestalt die Luft und damit den Sauerstoff weitgehend austreibt. Das untere Ende der Stopfschnecke 4 oder des Stopfwerks mündet in einen Aufschmelzbehälter 7 und zwar unterhalb oder oberhalb dessen Füllstandes. Zwischen dem Ende der Stopfschnecke 4 oder des Stopfwerks und der Einmündung in den Aufschmelzbehälter 7 ist eine pneumatisch betätigte Drossel-Rückschlag-Armatur 5 angeordnet, auf die eine Eintragarmatur 6 in Form eines Kugelhahns 6 folgt.
  • Der Aufschmelzbehälter 7 besitzt an seinem unteren Ende einen Sedimentationsabtell 10 zur Aufnahme und Aufkonzentrierung eines aus der Flüssigphase der verdichteten Masse ausfallenden Rückstandanteils. Das Sedimentationsabteil 10 ist über drei in Reihe aufeinander folgende Rückstandaustragarmaturen 11, 12 und 13 leitungsmäßig mit einem Rückstandvorkühlbehälter 15 verbunden, welcher einen außen liegenden Kühlmantel 14 aufweist. Innerhalb des Rückstand-Vorkühlbehälters 15 erfolgt eine Ansammlung des Rückstandes und eine Kühlung des Rückstandes mittels eines Kühlmediums aus einem Kühlsystem 34, vorzugsweise unter 120° C. Die Vorkühlung des Rückstands erfolgt unter der Möglichkeit der Wärmerückführung in das Aufheizsystem, wodurch eine Reduzierung des Temperaturgefälles zwischen Aufschmelzbehälter 7 und einer nachfolgenden Emulsionseinheit 16 gegeben ist.
  • Der gekühlte Rückstand wird leitungsmäßig der Emulsionseinheit 16 zugeführt, in welcher mittels eines motorgetriebenen Rührwerks aus dem Rückstandanteil eine Öl-Wasseremulsion hergestellt wird. Durch die Reduzierung des Temperaturgefälles verringert sich auch die notwendige Wasservorlage in der Emulsionseinheit 16, wodurch eine höhere Ölkonzentration in der Öl-Wasseremulsion möglich ist und damit der Brennwert derselben angehoben wird.
  • Der Aufschmelzbehälter 7 besitzt ein Rührwerk 9 zum Homogenisieren der aufgeschmolzenen Kunststoffmasse sowie eine Abrakeleinrichtung 17 zum Abstreifen der inneren Wandung des Aufschmelzbehälters 7 im Bereich der Einmündung der Stopfschnecke 4 oder des Stopfwerks. Des Weiteren ist der Aufschmelzbehälter 7 oben geschlossen und besitzt im oberen Bereich einen seitlichen Abgang A. Dadurch ist eine große Festigkeit im Bereich des oberen Behälterbodens durch Verringerung der Anzahl an Öffnungen gegeben. Des Weiteren ist der Aufschmelzbehälter 7 von einem außen liegenden Heizmantel 8 umgeben, welcher derart konstruiert ist, dass ein homogener Wärmeeintrag gegeben ist und insbesondere heat peaks beim Betrieb vermieden werden. Ebenso ermöglicht der außen liegenden Heizmantel 8 einen Wärmeaustrag, Kondensierung, vor Wartungsarbeiten oder auch in einem Havariefall.
  • Des Weiteren kann der Aufschmelzbehälter 7 und der Verdampfungsbehälter 20 mit eingehängten konzentrischen Rohrwendeln, zum Beispiel zwei, ausgestattet sein. Durch die Verwendung von Rohrwendeln zur Wärmeübertragung wird eine größere Übertragungsfläche erreicht.
  • Innerhalb des Aufschmelzbehälters 7 erfolgt eine Aufheizung der Kunststoffmasse, so dass eine Auftrennung in eine erste Flüssigphase, eine erste Gasphase und einen Rückstandanteil stattfindet, wonach die Flüssigphase und die erste Gasphase über den Abgang A leitungsmäßig in einen Verdampfungsbehälter 20 transportiert werden, in welchem unter weiterem Wärmeeintrag in die Masse eine zweite Flüssigphase und eine zweite Gasphase entsteht. Der Verdampfungsbehälter 20 dient zum Verdampfen von Wertstoffteilen mit höheren Verdampfungstemperaturen. Der Abgang A des Aufschmelzbehälters 7 bzw. der Eingang A des Verdampfungsbehälters 20 kann eine zusätzliche Heizung 18, wie Elektroeintauchheizung, aufweisen, an die sich ein weiterer Zwischenerhitzer 19 anschließen kann, um den Wärmeeintrag im Zulauf des Verdampfungsbehälters 20 zu erhöhen.
  • Der Wärmeeintrag in den Verdampfungsbehälter 20 erfolgt geregelt über einen Heizmantel 21 und/oder Heizwendeln auf einem höheren Niveau als im Aufschmelzbehälter 7 in eine reduzierte Menge an Kunststoff, wodurch eine Reduzierung der Energiemenge auf hohem Temperaturniveau gegeben ist. Auch der Verdampfungsbehälter 20 weist ein motorgetriebenes Rührwerk 22 zum Homogenisieren des aufgeschmolzenen Wertstoffs auf. Innerhalb des Verdampfungsbehälters 20 erfolgt die Bildung einer zweite Flüssigphase und einer zweiten Gasphase.
  • Parallel dem Verdampfungsbehälter 20 ist leitungsmäßig ein Nachheizbehälter 23 geschaltet, welcher eine eigene Heizung 24 aufweist, die eine Elektroheizung E sein kann. Der Nachheizbehälter 23 dient zum weiteren Nachheizen und Verdampfen einer noch kleineren Menge von Wertstoffteilen als im Verdampfungsbehälters 20 mit den höchsten Verdampfungstemperaturen der Wertstoffteile, so dass in ihm eine dritte Gasphase entsteht. Der Verdampfungsbehälters 20 ist nach unten mittels einer Rückstandaustragarmatur 25, zum Beispiel vom Typ Kugelhahn, verschlossen zum Austrag von Rückständen. Der Nachheizbehälter 23 weist seinerseits an seinem unteren Ende eine Entleerarmatur 26 zur Entleerung des Nachheizbehälters 23 auf.
  • Auf den Verdampfungsbehälters 20 ist ein Crackturm 27 aufgesetzt, welcher zum Aufbrechen der langkettigen Moleküle in kurzkettige Molekühle dient; im Crackturm 27 findet eine Trennung des entstehenden Ölgases von schwersiedenden Bestandteilen statt. Auch der Nachheizbehälter 23 ist leitungsmäßig an den Crackturm 27 angeschlossen, so dass in denselben sowohl die zweite Gasphase aus dem Verdampfungsbehälter 20 als auch die dritte Gasphase aus dem Nachheizbehälter 23 eingeleitet wird. Über eine Produktgasleitung 28, nämlich eine Rohrleitung 28, kann die Ableitung des im Crackturm entstehenden Produktgases in einen Vorkondensator 29 erfolgen, welcher als Wärmetauscher arbeitet, um Wärme auf einem hohen Temperaturniveau zurückzugewinnen, so dass diese Vorkühlung des Produktgases mit der Möglichkeit der Wärmerückgewinnung in das Aufheizsystem erfolgt. Das Ölgas wird danach dem Hauptkondensator 30 zugeführt, in welchem das Ölgas zu flüssigem Öl kondensiert wird.
  • Der Hauptkondensator 30 verfügt über zwei Kühlkreisläufe, nämlich einen Sumpfkühlungskondensator 31 und einen Kopfkühlungskondensator 32. Der Hauptkondensator 30 weist eine zuführende und abgehende Leitung mit einer Umwälzpumpe 35 zur Umwälzung des Öls auf. In der Leitung sind ebenfalls zwei Automatikarmaturen mit Drosselfunktion angeordnet zum Umschalten und Aufteilen des Umwälzstroms zum Hauptkondensator 30 oder in eine Übergabeleitung 37 zu einem (nicht gezeigten) Separator. Die Leitung besitzt des Weiteren einen Dosierpunkt 40 als Impfstelle zur Zuführung von Additiven, um zum Beispiel das Produktöl zu konditionieren, zu stabilisieren und die Produkteigenschaften einzustellen.
  • Eine Zugabe eines Additivs kann auch in der Leitung zwischen Crackturm und Hauptkondensator erfolgen.
  • Des Weiteren ist der Hauptkondensator 30 über einen Restgasabzug 39 leitungsmäßig mit einem Aufheizsystem 38 der Prozessanlage verbunden, wobei über den Restgasabzug 39 eine Ableitung des nicht kondensierbaren Anteils des Produktgases in das Aufheizsystem 38 der Prozessanlage zur thermischen Verwertung in dem Aufheizsystem erfolgt.
  • Der Hauptkondensator erreicht durch Anwendung des Verfahrensprinzips Quenchen eine sehr schnelle Abkühlung und Kondensation des heißen Produktgases (Schockkühlung) auf ein mittleres Temperaturniveau von 80-200°C.
  • Als Quenchmedium wird gekühltes Kondensat (Produktöl) verwendet. Das Quenchen kann apparativ auf zwei verschiedene Weisen erfolgen: Der heiße Gasstrom wird in den flüssigen Umwälzstrom aus gekühltem Kondensat eingesaugt, wo es aufgrund der hohen Turbulenz zu intensivem Wärmeaustausch und unverzüglicher Kondensation des Produktgases kommt. Oder alternativ kann die Quenche als Füllkörperkolonne ausgeführt werden, wobei ein flüssiger Umwälzstrom aus gekühltem Kondensat über den Füllkörpern verrieselt wird und heißes Produktgas im Gegenstrom von unten nach oben strömt und dabei kondensiert. Durch die große Oberfläche der Füllkörper wird ein intensiver Wärmeaustausch zwischen kaltem Kondensat und heißem Produktgas erzielt, so dass letzteres unverzüglich kondensiert.
  • Somit kann durch Anordnung von zwei Füllkörperkolonnen die eine regeneriert werden, während die andere im Regelbetrieb arbeitet, wobei zur Regeneration der Umwälzstrom in der zu regenerierenden Füllkörperkolonne abgeschaltet und der vom Crackturm kommende heiße Gasstrom durch die zu regenerierende Füllkörperkolonne geleitet wird, wodurch die Schüttung in derselben aufgeheizt wird und Ablagerungen abgelöst werden. Die Regenerierung der Füllkörperkolonnen geschieht somit wechselweise.
  • In weiterer Modifikation der Erfindung müssen die Wärmetauscher des Hauptkondensators nicht notwendigerweise innerhalb des Kondensators, zum Beispiel als Sumpf- und Kopfkühlung, angeordnet sein, sondern es genügt ein Wärmetauscher in der Leitung des Umwälzstromes.
  • Das Aufheizsystem ist vorzugsweise mehrkreisig zur Erzeugung der notwendigen Prozesswärme auf hierfür optimierten Temperaturniveaus. Als Wärmeträger kann Öl oder Salz oder Gas eingesetzt werden zum Wärmetransport mit regelbarer maximaler Aufheiztemperatur. Der Wirkungsgrad des Aufheizsystems wird dadurch maximiert, indem eine Wärmerückführung in das System unter Verwendung des Restgases zur Befeuerung des Aufheizsystems erfolgt. Damit kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne die beim Stand der Technik notwendige separate Gasverbrennung, Gasfackel, aus. Die maximale Energieausnutzung ist auch dadurch gegeben, weil durch mehrere optimierte Temperaturniveaus eine flexible Beheizung des Aufheizsystems möglich ist, nämlich durch das Produktöl, durch das Produktgas sowie durch die Öl-Wasseremulsion, wie auch elektrisch oder durch Kombination aus den verschiedenen vorgenannten Energieträgern. Um die Energiemengen zu erfassen und zu überwachen können des Weiteren die entstehenden Temperaturdifferenzen, die unterschiedlichen Drücke sowie die unterschiedlichen Durchflussmengen der Wärmeträgerkreisläufe herangezogen werden.
  • Die Figur 2 zeigt ein modifiziertes Eintragungssystem gegenüber demjenigen der Figur 1. Das Anschlussrohr des Aufschmelzbehälters 7 zum Anschluss der Stopfschnecke 4 oder des Stopfwerks ist hier unter einem spitzen Winkel an den Aufschmelzbehälter angeformt; ansonsten ist die Ausgestaltung gleich.
  • Die Figur 3 zeigt eine Prozessanlage, welche derjenigen der Figuren 1a, 1B und 1c sehr ähnlich ist und in welcher die Wärmeträger- und Kühlkreisläufe vollständig dargestellt sind. Das Aufheizsystem38 ist in fünf Wärmeträgerkreisläufe WT 1 bis WT 5 eingeteilt. WT 1 ist über Leitungen mit dem Aufschmelzbehälter 7 verbunden und versorgt diesen mit Wärmeenergie; gleichermaßen ist WT2 mit dem Verdampfungsbehälter 20 verbunden. WT 3 bzw. WT 4 bzw. WT 5 ist zur Wärmeabfuhr mit dem Vorkondensator 29 bzw. mit dem Kühlsystem 34 bzw. mit dem Rückstandvorkühlbehälter 15 verbunden.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Beispiele für unterschiedliche Eintragungssysteme einer erfindungsgemäßen Prozessanlage. Die hier gezeigten Aufschmelzbehälter 39 weisen einen oberen Einfüllstutzen 40 auf, durch welchen ein Zuführrohr 41 geführt ist, dessen Öffnung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 42 der flüssigen Schmelzmasse. In der Figur 5 sind das Zuführrohr 41 und die Stopfschnecke zusätzlich mit einem Kühlmantel 43 umgeben, welcher von Kühlwasser durchströmt ist.
  • Die Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Hauptkondensators 44 der erfindungsgemäßen Prozessanlage. Das heiße Gas tritt durch die Öffnung 45 in den Hauptkondensators 44 ein und durchströmt Füllkörperkolonnen 46, in denen sich Füllkörperschüttungen befinden, beispielsweise Ringe aus Edelstahl. Verflüssigtes Kondensat wird aus dem Sumpf 54 über eine Leitung 47 abgezogen und über eine Pumpe 48 zwei in Reihe geschalteten Wärmetauschern 49, 50 zugeführt und weiter abgekühlt, welche an einem Kühlsystem 55 mit zwei Kühlkreisläufen, Kühlkreislauf I und Kühlkreislauf II, angeschlossen sind. Über eine Rückleitung 51 nach dem zweiten Wärmetauscher 50 wird gekühltes Kondensat im Gegenstrom dem Hauptkondensator 44 wieder zugeführt, wie in Figur 6 ersichtlich. Dadurch wird das die Füllkörperkolonnen 46 durchströmende Gas schockartig abgekühlt. Über den oben liegenden Abgang 53, welcher dem Abgang 39 in Figur 1c entspricht, wird nichtkondensiertes Restgas entweder als Verbrennungsgas genutzt oder es kann hier ein weiterer Kondensator folgen, mittels desselben noch vorhandene Anteile von KWs innerhalb des Restgases kondensiert werden, Über eine Abzweigungsleitung 52 nach dem zweiten Wärmetauscher 50 und vor der Rückleitung 51 wird das flüssige Öl, das Zielprodukt der Prozessanlage, entnommen.
  • Die Figur 7 unterscheidet sich von der Figur 3 im Wesentlichen nur dadurch, dass in den Aufschmelzbehälter 7 sowie in den Verdampfungsbehälter 20 zusätzlich Heizwendeln 56, 57 eingebaut sind, um die Einleitung von Wärme in die Massen zu erhöhen. Diese Heizwendeln 56, 57 sind zu ihrer Versorgung gemäß der Figur 7 an eigene Wärmeträgerkreisläufe WT-Kreislauf 1 und WT-Kreislauf 2 des Wärmeträgeraufheizsystems 58 angeschlossen, welches entweder Gas-Öl-befeuert - zum Beispiel mit dem Restgas aus den Hauptkondensatoren 30 bzw. 44 - oder aber elektrisch beheizt ist. Bei der Verwendung von Heizwendeln kann der außenliegende Heizmantel auch weggelassen werden.
  • Aus 100 kg trockenen, sauberen und reinen Kunststoffwertstoffen entstehen ca. 75-90 kg Produktöl, 2-12 kg Rückstände und 2-15 kg nicht kondensierbare Gase zur thermischen Verwertung im Aufheizsystem. Die Ausbeute an Produktöl ist unter anderem abhängig von den eingetragenen Kunststoffsorten.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit:
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Cracking-Verfahren und die Vorrichtung sind in den Industriezweigen der hygienischen Aufarbeitung zur Verwertung von Kunststoffwertstoffen und/oder ölhaltigen Reststoffen oder Kunststoffabfällen und/oder ölhaltigen Abfällen gewerblich anwendbar.
    • Liste der Bezugszeichen:
    • 1
    Siloanlage
    2
    Trogförderschnecke
    3
    Übergabebehälter
    4
    Stopfschnecke oder Stopfwerk
    5
    Drossel-Rückschlagarmatur
    6
    Eintragarmatur
    7,39
    Aufschmelzbehälter
    8,21
    Heizmäntel
    9,22
    Rührwerke
    10
    Sedimentationsabteil
    11, 12, 13, 25, 26
    Rückstandaustragarmaturen
    14,43
    Kühlmantel
    15
    Rückstandvorkühlbehälter
    16
    Emulsionseinheit
    17
    Abrakelvorrichtung
    18
    Heizung des Zwischenerhitzers 19
    19
    Zwischenerhitzer
    20
    Verdampfungsbehälter
    23
    Nacherhitzer
    27
    Crackturm
    28
    Rohrleitung 28
    29
    Vorkondensator
    30, 44
    Hauptkondensator
    34
    Kühlsystem
    38
    Aufheizsystem
    39,53
    Abgänge
    40
    oberer Einfüllstutzen
    41
    Zuführrohr
    42
    Flüssigkeitsspiegel
    45
    Öffnung des Hauptkondensators
    46
    Füllkörperkolonnen
    47
    Leitung
    48
    Pumpe
    49, 50
    Wärmetauscher
    51
    Rückleitung
    52
    Abzweigungsleitung
    56, 57
    Heizwendel
    A
    Abgang

Claims (23)

  1. Verfahren zum Gewinnen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen Rückständen, wobei die Kunststoffwertstoffe und/oder Rückstände nach Sorten sortiert und unter Verwendung eines Eintragungssystems (1,2,3,4) unter Luftabschluss verdichtet werden und die verdichtete Masse einem Aufschmelzbehälter (7), bevorzugt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, zugeführt und darin aufgeheizt wird, so dass eine Auftrennung in eine erste Flüssigphase, eine erste Gasphase und einen Rückstandanteil stattfindet, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flüssigphase und die erste Gasphase in einen Verdampfungsbehälter (20) transportiert werden, in welchem unter weiterem Wärmeeintrag eine zweite Flüssigphase und eine zweite Gasphase entsteht, wobei die zweite Flüssigphase in einen Nacherhitzer (23) überführt und dort unter weiterem Wärmeeintrag weiter erhitzt wird, so dass eine dritte Gasphase entsteht, wonach die zweite Gasphase aus dem Verdampfungsbehälter (20) und dritte Gasphase aus dem Nacherhitzer (23) einem Crackturm (27) zugeführt werden, wo ein weiteres Aufbrechen (Cracken) der langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe stattfindet und das entstandene Ölgas danach einem Kondensator (30) zugeführt wird, in welchem das Ölgas zu flüssigem Öl kondensiert wird, wobei das Öl das Zielprodukt darstellt, und das Verfahren unter Verwendung eines mehrkreisiges Aufheizsystems (38) durchgeführt wird zur Erzeugung der notwendigen Prozesswärme für den Aufschmelzbehälter (7), den Verdampfungsbehälter (20) und den Nacherhitzer (23), und als Wärmeträger Öl oder Salz oder Gas verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Eintragen der Kunststoffwertstoffe und/oder der ölhaltigen Rückstände in den Aufschmelzbehälter (7) innerhalb des Eintragungssystems eine Stopfschnecke (4) oder ein Stopfwerk verwendet wird, welche die Rückstände zum Sauerstoffentzug verdichtet und in den Aufschmelzbehälter unterhalb dessen Flüssigkeitsspiegel einträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass die mittlere und schwere Fraktion des heißen Öl- bzw. Crackgases durch Quenchen mit kaltem Kondensat schlagartig bis auf ein mittleres Temperaturniveau abgekühlt und dabei kondensiert wird, so dass gleichzeitig Kohlenwasserstoffe mittlerer bis großer Kettenlänge kondensieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Durchführung des Quenchenprinzips der Gastrom entweder in den kalten, flüssigen Umwälzstrom eingesaugt wird oder über zwei Füllkörperschüttungen innerhalb von Füllkörperkolonnen, die im Gegenstrom betrieben werden, geführt wird, wobei kaltes Kondensat über den Füllkörpern verrieselt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass durch Anordnung von zwei Füllkörperkolonnen die eine regeneriert werden kann während die andere im Regelbetrieb arbeitet, wobei zur Regeneration der Umwälzstrom in der zu regenerierenden Füllkörperkolonne abgeschaltet und der vom Crackturm kommende heiße Gasstrom durch die zu regenerierende Füllkörperkolonne geleitet wird, wodurch die Schüttung in derselben aufgeheizt wird und Ablagerungen abgelöst werden.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Erzeugung der primären Prozesswärme ein nicht kondensierbarer Anteil des Ölgases zur thermischen Verwertung dem Aufheizsystem zur Befeuerung desselben zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Öl-Wasseremulsion zur thermischen Verwertung dem Aufheizsystem (38) zur Befeuerung desselben zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass als Kondensator ein Vorkondensator (29) und ein Hauptkondensator (30) verwendet wird und die Überschusswärme aus dem Vorkondensator (29), dem Hauptkondensator (30) und einem Rückstandvorkühlbehälter (15) dem Aufheizsystem (38) zugeführt wird, wobei der Hauptkondensator an ein mehrkreisiges Kondensationssystem angeschlossen ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffwertstoffe und/oder ölhaltigem Rückstände nach der Sortierung zerkleinert und gegebenenfalls vor der Durchführung des Crackingprozesses getrocknet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rückstandanteil innerhalb des Aufschmelzbehälters (7) in einen darunter befindlichen Sedimentationsabteil (10) transportiert wird, wo eine Aufkonzentrierung des Rückstandanteils erfolgt und anschließend der aufkonzentrierte Rückstandanteil in einen Rückstandvorkühlbehälter (15) überführt wird, in welchem eine Kühlung des Rückstandanteils mittels eines Kühlmediums aus einem Kühlsystem (34) erfolgt, vorzugsweise unter 120° C.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der gekühlte Rückstandanteil einer Emulsionseinheit (16) zugeführt wird, in welcher aus dem Rückstandanteil eine Öl-Wasseremulsion hergestellt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen dem Crackturm (27) und dem Hauptkondensator (30) ein Vorkondensator (29) angeordnet ist, welcher zur Rückgewinnung von Energie auf hohem Temperaturniveau das Ölgas vorkühlt und dadurch das Temperaturgefälle zwischen Crackturm (27) und Hauptkondensator (30) verringert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Hauptkondensator (30) und gegebenenfalls der Vorkondensator (29) an ein mehrkreisiges Kühlsystem (34) angeschlossen ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wirkungsgrad des Aufheizsystems dadurch maximiert wird, indem eine Wärmerückführung in das System unter Verwendung des Restgases zur Befeuerung des Aufheizsystems erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass durch mehrere optimierte Temperaturniveaus eine flexible Beheizung des Aufheizsystems möglich ist, nämlich durch Produktöl, durch Produktgas sowie durch Öl-Wasseremulsion, wie auch elektrisch oder durch Kombination aus den verschiedenen vorgenannten Energieträgem, so dass dadurch die maximale Energieausnutzung gegeben ist.
  16. Vorrichtung zum Gewinnen von fraktionierten Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffwertstoffen und/oder aus ölhaltigen Rückständen, wobei die Kunststoffwertstoffe und/oder die Rückstände nach Sorten sortiert sind, mit einem Eintragungssystem (1,2,3,4) zur Verdichtung der Kunststoffwertstoffe und/oder der ölhaltigen Rückstände unter Luftabschluss sowie mit einem nachgeschalteten Aufschmelzbehälter (7) zum Aufheizen und Aufschmelzen der verdichteten Masse zur Erzeugung einer ersten Flüssigphase, einer ersten Gasphase und eines Rückstandanteils, dadurch gekennzeichnet,
    dass nach dem Aufschmelzbehälter (7) zur Erzeugung unter weiterem Wärmeeintrag einer zweiten Flüssigphase und einer zweiten Gasphase ein Verdampfungsbehälter (20) angeordnet ist, auf welchen zur Einleitung und weiteren Erhitzung der zweiten Flüssigphase ein Nacherhitzer (23) folgt zum Entstehen einer dritten Gasphase, und an den Verdampfungsbehälter (20) und den Nacherhitzer (23) zum Aufbrechen (Cracken) der langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe ein Crackturm (27) angeschlossen ist, an welchen ein Kondensator (30) angeschlossen ist zur Kondensation des Ölgases zu flüssigem Öl als das Zielprodukt, wobei die Vorrichtung ein mehrkreisiges Aufheizsystem (38) aufweist zur Erzeugung der notwendigen Prozesswärme für den Aufschmelzbehälter (7), den Verdampfungsbehälter (20) und den Nacherhitzer (23) auf hierfür optimierten Temperaturniveaus, mit Öl oder Salz oder Gas als Wärmeträger.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Eintragen der Kunststoffwertstoffe und/oder ölhaltigen Rückstände in den Aufschmelzbehälter (7) innerhalb des Eintragungssystems eine Stopfschnecke (4) oder ein Stopfwerk zum Verdichten des Kunststoffwertstoffes und/oder der ölhaltigen Rückstände angeordnet ist, vor der sich gegebenenfalls ein kugelförmiger Übergabebehälter (3) zur Übergabe in die Stopfschnecke (4) oder das Stopfwerk befindet.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgang der Stopfschnecke (4) oder des Stopfwerks unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der geschmolzenen Masse innerhalb des Aufschmelzbehälters (7) in denselben einmündet.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
    dass unterhalb des Aufschmelzbehälters (7) ein Sedimentationsabteil (10) zur Aufnahme des Rückstandanteils angeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
    dass an den Sedimentationsabteil (10) ein Rückstandvorkühlbehälter (15) sowie daran eine Emulsionseinheit (16) angeordnet ist zur Herstellung einer Öl-Wasseremulsion aus dem Rückstandanteil.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kondensator aus einem Hauptkondensator (30) und einem Vorkondensator (29) gebildet ist und zwischen dem Crackturm (27) und dem Hauptkondensator (30) zur Vorkühlung des Ölgases der Vorkondensator (29) angeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an den Hauptkondensator (30) ein mehrkreisiges Kühlsystem (34) angeschlossen ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aufschmelzbehälter (7) und der Verdampfungsbehälter (20) sowie gegebenenfalls der Nachheizbehälter (23) einen außenliegend angeordneten Heizmantel (8,21) und/oder Rohrwendeln (56, 57) aufweisen, welche Heizmäntel (8,21) über das gemeinsame Wärmeträger-Aufheizsystem (38) aufheizbar sind.
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