EP1910499A2

EP1910499A2 - Verfahren und vorrichtung zur thermochemischen umwandlung von organischen substanzen in hochwertige organische produkte

Info

Publication number: EP1910499A2
Application number: EP06754555A
Authority: EP
Inventors: Yaver Demir
Original assignee: Demir Yaver
Current assignee: Demir Yaver
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2006-06-24
Publication date: 2008-04-16
Also published as: WO2007012368A3; DE102005040490A1; WO2007012368A2

Abstract

Es wird vorgeschlagen, zur direkten thermochemischen Umsetzung von Edukten, die höhermolekulare organischen Komponenten umfassen, in niedermolekulare Produkte, die organische bei Raumtemperatur flüssige, brennbare Produkte umfassen, die Edukte durch Aufheizen und Hydrieren einer thermischen Umwandlungsreaktion in einer Sumpfphase zu unterziehen, wobei ein Reaktionsgemisch mit drei Phasen entsteht. Eine aus der Sumpfphase abgetrennte erste Phase enthält eine die Umwandlungsreaktion katalysierende Komponente und wird zumindest partiell in die Sumpfphase zurückgeführt; eine Zweite enthält einen Anteil an niedermolekularen organischen und bei Raumtemperatur flüssigen Produkten, die frei oder arm sind an Heteroatomen. Weiter wird vorgeschlagen, das Verfahren in einer Vorrichtung mit zwei beheizbaren, unter Druck setzbaren Reaktoren (RI, RII), umfassend eine Phasentrenneinrichtung zur Trennung der Reaktionsphasen. Die Reaktoren (RI, RII) stehen miteinander in fluidischer Verbindung, so dass die katalysierende Komponente enthaltende abgetrennte Phase mittels einer Vorrichtung zur Kreislaufführung in den Reaktor (RI) rückgeführt wird. Die leichtflüchtige Komponenten enthaltende Phase ist vom ersten Reaktor (RI) in den zweiten Reaktor (RII) überführbar.

Description

VERFAHREN L ND VORRICHTUNG ZUR THERMOCHEMISCHEN UMWANDLUN G VON ORGANISCH EN SUBSTANZEN IN HOCHWERTIGE ORGAN ISCHE PRODUKTE

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermo- chcmischen Umsetzung von Edukten, die hohermolekulare organischen Komponenten enthalten, in niedermolekulare Produkte, die organische, bei Raumtemperatur flussige, brennbare Produkte umfassen.

In Zeiten hohen Energieverbrauchs bei gleichzeitig stetig wachsenden Energiekosten steigt das Erfordernis, Abfallstoffe, besonders so genannte werthaltige Abfallstoffe oder „Wertstoffe" wieder in den Encrgickrcislauf ruckzufuhren, indem sie in einen leicht einsetzbaren Energieträger umgewandelt werden.

Es sind bereits folgende Verfahren bekannt, die inzwischen Eingang in die gangige Lehrliteratur gefunden haben:

Pyrυlysev erfahren Bekannt sind Pyrolyseverfahren, die im großtechnischen Maßstab zur Umwandlung von oiganischen Abfallstoffen eingesetzt werden; die hierbei notigen Temperaturen liegen üblicherweise hoher als 800 ⁰C Die Pyrolyseprodukte sind sehr kleine Moleküle, die gasformig sind und daher direkt weiterverwertet werden, beispielsweise als Synthesegase. Nachteilig sind die hohen Temperaturen zum einen im Hinblick auf den energetischen Aufwand und zum anderen wegen der Gefahr der Dioxinbildung, falls die umgesetzten Abfallstoffe chlorhaltig sind Überdies erfordern die erzeugten Gase aufwandige Gasremigungsprozessc, und die gasfoimigen Pyiolyseproduktc sind nicht direkt sondern nur nach zusätzlichen und damit die Kosten steigernden Umwandlungsprozessen als petrochemische Wertstoffe oder als konventionelle Motorenktaftstoffc einsetzbar In der Entwicklung befindliche Niedertemperatur-Flashpyrolyseverfahren im Temperaturbereich etwa zwischen 400 ⁰C und 500 ⁰C, die beispielsweise zur direkten Verflüssigung von Holz in Wirbelschichtreaktoren durchgeführt werden, führen zu minderwertigen Ölprodukten, die den Quali- tätsansprüchen konventioneller Motorenkraftstoffen nicht genügen. Diese Produkte haben in der Regel hohe Sauerstoff- und Wasseranteile und dadurch geringe Heizwerte, sind korrosiv und in der Regel thermodynamisch instabil.

(Direkte) thermochemische Verfahren: Alternativ zu den pyrolytischen

Verfahren gibt es (direkte) thermochemische Verfahren zur Verflüssigung holzartiger Biomasse, die mit Wasser als Reaktionsmedium unter sehr hohem Drücken bis über 200 bar und bei Temperaturen bis etwa 400 °C arbeiten und aufwändige Apparaturen erfordern. Die Produkte dieser Ver- fahren genügen bis dato ebenfalls nicht den Qualitätsansprüchen konventioneller Motorenkraftstoffe, da es sich eher um einen zähflüssigen Teer als ein Öl mit hohen Sauerstoffgehalten und entsprechend niedrigem Heizwert handelt.

Hydrierende Druckumwandlung: Bekannt ist weiterhin die Hydrierung unter Druck in Rührkesseln oder Strömungsreaktoren zur Verbesserung der Produktqualität bei der Verflüssigung von organischen Stoffen mit Wasserstoffmangel wie z. B. Kohlen, oder von organischen Stoffen mit erhöhtem Sauerstoffanteil wie z. B. Holz. Als nachteilig erweisen sich bei diesen Verfahren die hohen Kosten, die wegen sehr hoher Betriebsdrücke von über 100 bar, hohen Verbrauches an teurem Wasserstoff, hoher Verweilzeiten der umzusetzenden Stoffe im Reaktor, erheblichen Katalysatoreinsatzes und unbefriedigender Produktausbeute entstehen.

Einstufige hydrierende Druckumwandlung: Dieses Verfahren dient der Erzeugung flüssiger Brenn- und Kraftstoffe aus Biomasse. Auch bei der Direktverflüssigung organischer Substanzen durch einstufige hydrierende Druckumwandlung sind Drücke bis 100 bar bzw. 20-80 bar Wasserstoffdruck und Temperaturen von 450 °C notwendig. Es kommt wegen der hohen Temperaturen zu starken Verkoksungen, da die Kokskristallbildungstemperatur bei 420 °C liegt. Bei diesem Verfahren kommt es ver- stärkt zu Ablagerungen in den Leitungen, so dass längere Standzeiten sowie hohe Wartungskosten die Folge sind. Das Verfahren arbeitet nach Schockerwärmung der Rohstoffe in Kombination mit Schwerölkreislaufführung mit einem integrierten Sumpfphasenreaktor, was erschwerte technische Anforderungen an den Reaktor stellt: Er muss sowohl Destillati- onsfunktionen als auch Strippfunktionen erfüllen um Gasströme selektiv aufzunehmen. Die Massen- und Energiebilanz liegt bei diesem Verfahren bei 100% Holz als Edukt bei einer Ölausbeute von etwa 31% Öl, die E- nergieausbeute liegt jedoch bei 73%. Sowohl der hohe Sauerstoff- als auch der hohe Schwefelanteil im Produkt sind bei diesen Verfahren nicht zu- friedenstellend.

Darüber hinaus gibt es die katalytische drucklose Verölung (katalytisches Cracken). Katalytische Verflüssigung von Biomasse bei 350 °C bis 400 ⁰C unter Atmosphärendruck dient der Herstellung von kohlenwasserstoffrei- chen flüssigen Brenn- und Kraftstoffen. Dieses Verfahren wurde ursprünglich entwickelt um aus Altölen und aus Ölschiefer Kraftstoffe zu gewinnen. Das Verfahren arbeitet immer unter Zugabe von Katalysatoren. Die Temperaturen können auch zwischen 280 °C bis 350 °C liegen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass ein vergleichsweise hoher Kata- lysatoranteil von ca. 1 % der Rohstoffmenge erforderlich ist und dass ein hoher Anteil an Abscheideprodukten entsteht. Die Verweilzeit im Reaktor liegt bei ca. 3 Minuten, so dass keine sehr großen Durchsätze möglich sind. Außerdem ist die Ausbeute bei organischen Stoffen unbefriedigender. Massen- und Energiebilanz: Bei diesem Verfahren kann von 100 % Holz eine Ölausbeute von 50 % Öl erreicht werden jedoch liegt die Energieausbeute bei 70 %. Sowohl der hohe Sauerstoff- als auch der hohe Schwefelanteil sind bei beiden Verfahren nicht zufrieden stellend. Spezielle Verfahren und Vorrichtungen sind außerdem bekannt aus nachfolgenden Patentanmeldungen oder Patenten:

In der DE 103 16 969 Al ist ein Verfahren zur katalytischen Behandlung von Reststoffen im Rohrbündelreaktor zur Umwandlung kohlenwasser- stoffhaltiger Rückstände, wobei unter Verwendung spezieller ionentauschenden Katalysatoren im Öl-Katalysator-Suspensionskreislauf ein Ol zur Verwendung in Dieselmotoren erzeugt wird.

Die DE 100 49 377 C2 legt ein Verfahren dar, bei dem die Reststoffe in einem in Umlaufverdampfer und Reaktor im Kreislauf geführten Trägeröl unter Verwendung von Natriumaluminiumsilikat als Katalysator unter anderem in Dieselöl zerlegt werden.

Auch die DE 199 41 497 Al beschreibt ein Verfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Reststoffen, welches durch die Vermischung der Reststoffe mit Katalysatoren aus Aluminiumsilikat in einem Destillationsbehälter und durch die Verwendung eines Verbren- nungsbehälters mit Wabenkatalysator gekennzeichnet ist, wobei die verschmutzen Katalysatoren nach Ausschleusung zusammen mit Reststoffen in einen Schwelbehälter gegeben werden.

In der EP 1 538 191 Al wird die Erzeugung von Dieselöl aus kohlenwas- serstoffhaltigen Reststoffen unter Verwendung von dotierten Aluminiumsilikaten als Katalysatoren beschrieben, bei der in einem Ölkreislauf mit Feststoffabscheidung und Produktdestillation der Energieeintrag durch Pumpen und gegenläufige Rührwerke erfolgt und die Oberflächen durch die Rührwerke kontinuierlich gereinigt werden. Schließlich legt die EP 1 101 812 Bl ein Verfahren 2ur Konvertierung chlorhaltiger Plastikabfälle in Öl dar, welches jedoch unter Verwendung überkritischen Wassers erfolgt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur direkten thermochemischen Umwandlung (oder: Umsetzung) von höhermolekularen organischen Edukten in niedermolekulare organische, bei Raumtemperatur flüssige Produkte, die vorzugsweise frei oder arm an Heteroatomen sind, zu schaffen, bei denen eine gute Energiebilanz oder ein hoher Wirkungsgrad der Umwandlung erreicht wird und Abfälle möglichst gering gehalten oder ganz vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merk- malen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einschließlich der Figuren.

Das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zur thermochemischen Umsetzung von Edukten (oder: Ausgangssubstanzen, Rohstoffen), die höhermolekulare organischen Komponenten enthalten, in niedermolekulare Pro- dukte, die organische, brennbare Produkte umfassen, umfast wenigstens zwei Stufen. In einer ersten Stufe werden zumindest die die folgenden Schritte durchgeführt:

Aufheizen wenigstens eines Eduktes zur Durchführung einer thermischen Umwandlungsreaktion in einem Sumpf, wobei ein Reakti- onsgemisch mit wenigstens zwei Phasen entsteht,

Abtrennen wenigstens einer ersten Phase und einer zweiten Phase aus dem Reaktionsgemisch, wobei die zweite Phase wenigstens ein niedermolekulares organisches und bei Raumtemperatur flüssiges, brennbares Produkt enthält,

In einer zweiten Stufe werden wenigstens die folgenden Schritte durchgeführt: - Aufheizen wenigstens eines Teils der ersten Phase des Reaktions- gemischs aus der ersten Stufe zur Durchführung einer thermischen

Umwandlungsreaktion, wobei wiederum ein Reaktionsgemisch mit wenigstens zwei Phasen entsteht und

Abtrennen einer Phase aus dem in der zweiten Stufe entstandenen Reaktionsgemisch, welche Phase wenigstens ein niedermolekulares organisches, brennbares Produkt enthält.

Die zweite Stufe umfasst in einer vorteilhaften Variante ebenfalls eine Sumpfreaktion und kann darüber hinaus abhängig vom Edukt eine ther- modynamisch unter hohem Druck stattfindende Reaktion oder eine kata- lytische, insbesondere unter niedrigen Drücken, beispielsweise etwa Atmosphärendruck, stattfindende Reaktion umfassen.

In einer bevorzugten Aus führungs form ist die erste Phase des in der ers- ten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs und/oder eine zweite Phase des in der zweiten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs eine im Wesentlichen feste Phase und wird vorzugsweise einer Pyrolysereaktion in der zweiten Stufe zugeführt.

Die Phase(n), die wenigstens ein niedermolekulares organisches, brennbares Produkt enthält, werden vorzugsweise in der Gasphase oder Dampfphase aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt und anschließend wird vorzugsweise eine Stofftrennung, insbesondere durch Destillation, durchgeführt.

In einer besonders vorteilhaften Aus führungs form wird die erste Phase zumindest partiell in den Sumpf der ersten Stufe zurückgeführt und/oder wird die erste Phase des in der ersten Stufe entstandenen Reaktionsge- mischs und/oder eine zweite Phase eines in der zweiten Stufe, vorzugsweise in einem Sumpf, entstandenen Reaktionsgemischs eine im Wesentlichen flüssige Phase ist und in eine dünnflüssigere Teilphase und eine dickflüssigere Teilphase getrennt wird und bei dem die dünnflüssigere Teilphase der Reaktion der jeweiligen Stufe zurückgeführt wird.

Wenn in der zweiten Stufe eine katalytische Reaktion durchgeführt wird, wird nun vorzugsweise die dickflüssige Teilphase der zweiten Phase des in der zweiten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs mit Katalysator(en) geimpft und dann der katalytischen Reaktion der zweiten Stufe zurückgeführt. Die dickflüssigere Teilphase der ersten Phase des in der ersten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs der Reaktion wird vorzugsweise der zweiten Stufe zugeführt zum weiteren Zersetzen oder Cracken.

Die erste Stufe und/oder die zweite Stufe umfasst vorzugsweise eine Hydrierungsreaktion des Reaktionsgemischs.

Insbesondere umfasst ein Verfahren zur (direkten) thermochemischen Umwandlung von Edukten, die höhermolekulare organischen Komponenten umfassen, in niedermolekulare organische bei Raumtemperatur flüssige Produkte, in einer ersten Schrittfolge ein Aufheizen der Edukte auf Reaktionstemperatur zur Durchführung einer zumindest partiellen Crack- reaktion in einer Sumpfphase unter hydrierenden Bedingungen. Nach Ab- lauf der Reaktion findet eine Auftrennung der einzelnen Phasen des dreiphasigen Reaktionsgemisches statt, wobei diese Phasentrennung derart gestaltet ist, dass die Durchführung einer ersten Stufe eine produktorientierten Verweilzeitsteuerung der einzelnen Phasen, respektive Komponenten bewirkt. Besonders vorteilhaft ist dabei die zumindest partielle Rück- führung der schwerflüchtigen Produktfraktion in die Sumpfphase, da ihre katalytischen Eigenschaften zur Erlangung der gewünschten Produktausbeute und Reinheit wesentlich beitragen. Überführung der leichtflüchtigen Produktfraktionen nach einer ersten Phasentrennung in eine nächste Reaktionsstufe, die in einem zweiten Reaktor durchgeführt werden kann, und die erneutes Unterziehen einer Crack- und Hydrolysereaktionen in Gegenwart eines katalysierenden Sumpfes umfasst, bewirkt eine weitere vorteilhafte Steigerung der Ausbeute an gewünschtem Produkt und verbessert überdies dessen Reinheit, da sein Heteroatomgehalt gesenkt werden kann.

Je nach Eduktzusammensetzung und Einsatzbereich kann das Verfahren in den zwei Schrittfolgen angepasst und optimiert werden, beispielsweise hinsichtlich der Druckbeaufschlagung der Reaktionsgefäße.

Dabei ist vorteilhaft, dass die Anlage die Umschaltung bzw. flexible Handhabung der Schrittfolgen erlaubt, was zu einer ökonomischen Reak- tionsführung beiträgt; sowohl hinsichtlich der einzusetzenden Energie als auch der Reaktanden, als auch in zeitlicher Hinsicht. So kann beispielsweise zuerst ein katalytisches druckloses Cracken oder Reinigen durchgeführt werden, dem eine hydrierende Druckumwandlung nachgeschaltet werden kann, wenn die Edukte dies sinnvoll erscheinen lassen. Alternativ kann unter Druck gecrackt und drucklos hydriert werden. Schließlich ist es auch möglich, dem Cracken unter Druck, bei dem gegebenenfalls Kokskomponenten entstehen, einen Pyrolyseschritt folgen zu lassen: So werden auch diese harten Kokse in Produktöl umgewandelt. Je nach Eduktzusammensetzung und gewünschter Produktverteilung ist es auch denkbar, dass sowohl Cracken als auch Hydrierung entweder beide drucklos oder beide unter Druck durchgeführt werden.

Der im Prozess entstehende Sumpf, der katalytische Komponenten enthält, wird stets wieder in die erste katalysierte Stufe zurückgeführt und unterstützt den Prozess damit vorteilhaft. Der Fachmann, der die Eigenschaften der Ausgangsprodukte kennt, kann somit durch die Wahl der genannten Alternativen, verbunden mit der selektiven Handhabung der Pa- rameter Druck und Temperatur, vorteilhaft die Qualität des Produktes bestimmen und die Energiebilanz verbessern.

In einem Ausführungsbeispiel wird in der ersten Schrittfolge nach Scho- ckerwärmung der Edukte unter autokatalytischem Kreislauf der schwer- flüchtigen Produktfraktion in dem Sumpfphasenreaktor unter Druck Cra- cken mit selektiver produktorientierter Verweilzeitsteuerung durchgeführt und in der zweiten Schrittfolge wird der Rohstoff in einem drucklosen Rotationsreaktor weiter verarbeitet. Die Gründe zur Wahl dieser Verfah- rensdurchführung können sich durch die Eduktzusammensetzung ergeben.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass im Prozess selbst Nebenprodukte entstehen, welche wieder in den Prozess einfließen: So kann eine schwerflüchtige Produktfraktion mit katalytischen Eigenschaften erhalten werden, die, einmal entstanden, stets in den Prozess rückgeführt wird und somit den Zukauf von Katalysator verringert oder erspart. Die genannte Kreislaufführung führt vorteilhaft zu sehr guter Qualität und Ausbeute der Produkte bei gleichzeitiger Verringerung der Reaktionstemperaturen und Drücke. Schließlich ist eine erhebliche Anzahl von Stoffen mittels des erfindungs- gemäßen Verfahrens in dünnflüssige, brennbare Öle, also Energieträger, umwandelbar: Selbst Reststoffe, sortierter Müll, biologische Rückstände und Problemstoffe kommen in Frage für die erfindungsgemäße Umsetzung, womit eine ökologische und ökonomische Aufgabenstellung gelöst werden könnte.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Patentanspruch 29 ist geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie umfasst im Wesentlichen zwei beheizbare Reaktoren mit zumindest je einem Einlassund einer Auslassvorrichtung zum Beschicken mit Edukt und zur Ent- nähme von Produkt und Zwischenprodukt. Vorteilhaft ist es, wenn zumindest einer der Reaktoren ein Druckreaktor ist, so dass beispielsweise die Hydrierung unter Druckbeaufschlagung erfolgen kann. Zur Beschi- ckung des ersten Reaktors mit Produkt steht dieser mit einem Fördersystem in Verbindung. Sodann ist an oder in dem ersten Reaktor eine erste Phasetrenneinrichtung angeordnet, damit das Reaktionsgemisch in seine leicht- und schwerflüchtigen Bestandteile aufgetrennt werden kann. Die leichtflüchtigen Bestandteile, die letztlich das Zielprodukt, nämlich dünnflüssiges, brennbares Öl enthalten, werden zur weiteren Veredelung vom ersten Reaktor in den zweite Reaktor überführt; vorteilhaft stehen beide Reaktoren miteinander in direkter fluidischer Verbindung. Damit eine zweite abgetrennte Reaktionsphase, die im Wesentlichen schwer flüchtige Komponenten enthält, ebenfalls weiterverarbeitet werden kann, wird sie weiteren Phasentrennungsschritten in Phasentrenneinrichtungen unterworfen, die ebenfalls mit dem ersten Reaktor verbunden sind. So kann vorteilhaft eine Schwerölfraktion, gegebenenfalls mit feinkörnigen Feststoffanteilen, über mehrere Schritte abgetrennt und wieder in den ersten Reaktor zurückgeführt werden, wo sie ihre vorteilhafte katalysierende Wirkung entfaltet.

Verschiedene Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mit unterschiedlichen Phasentrenn-, Gastrenn-, Kondensations- oder Destilla- tions- oder Heizvorrichtungen ausgestattet, die dem Fachmann bekannt sind und die auf die produktabhängigen Erfordernisse abgestimmt werden.

Die nachfolgenden Erläuterungen definieren zunächst die in der Be- Schreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe.

Rohstoffe bzw. Edukte: Grundsätzlich werden dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur direkten thermochemischen Umwandlung in niedrigviskose und bei Raumtemperatur brennbare Flüssigkeiten folgende or- ganischen Substanzen oder organische Substanzen enthaltende Stoffgemische bzw. „Edukte" unterworfen: Kohlenstoffhaltige Stoffe oder Stoffgemische, bestehend aus langkettigen oder vernetzten Molekülen wie nachwachsende Rohstoffe, beispielsweise Biomasse, Energiepflanzen oder Pflanzenöl und Tierfett, oder auch Abfallstoffe beginnend bei Kohlenwasserstoffen wie Plastikabfälle, Alt- und Schwerölen, über Cellulosen pflanzlichen Ursprungs einschließlich ihrer Verarbeitungsprodukte wie bei- spielsweise kontaminierte Holzabfälle und entsprechende Hausmüllfraktionen. In Frage kommen auch organische eiweißhaltige Abfallstoffe, die auch Tierabfälle umfassen. Des Weiteren kommen als umzuwandelnde Substanzen Sedimente mit erhöhten organischen Anteilen wie feinkörnige Siebfraktionen des Baggergutes aus Hafengewässern und Klärschlamm als Edukte in Frage.

Thermochemischen Umwandlung: Hiermit sind im Wesentlichen zwei Begriffe gemeint, nämlich das klassische Cracken, also die Umsetzung langkettiger in kürzerkettige Moleküle, und das Reinigen. Reinigen kommt insbesondere dann in Frage, wenn verschmutztes Öl in ein höherwertiges Produkt umgesetzt werden soll. Das Öl wird dann im Wesentlichen abdestilliert und der Rückstand bzw. Sumpf weiter aufgearbeitet.

Hochwertige organischen Produkte: Nachfolgend werden als „hochwerti- gen organischen Produkte" folgende niedrigviskose Substanzen, respektive Flüssigkeiten, mit hohem Kohlenwasserstoffanteil und hoher Wertschöpfung wie z. B. petrochemische heteroatomarme oder -freie Wertstoffe und Motorenkraftstoffe bezeichnet, nur um einige nicht abschließend beispielhaft zu nennen.

Zielprodukte: Die Zielprodukte sind besonders reine hochwertige organische Produkte, nämlich im Wesentlichen reine Kohlenwasserstoffe, die somit lediglich aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und keine Heteroatome enthalten.

Heteroatome: Kohlenwasserstoffe, die nicht rein sind, können Heteroatome enthalten. Hierunter sind Atome im Kohlenwasserstoff zu verste- hen, die nicht Kohlenstoff oder Wasserstoff sind. Mindestens ein Kohlenstoff oder ein Wasserstoff wird im Kohlenwasserstoff durch ein Hetero- atom wie Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, Phosphor oder Metall ersetzt. Rohstoffe mit geringem Heteroatomanteil sind zum Beispiel Alt- und Schweröle aber auch Polyethylen und ähnliche Kunststoffe. Zu Rohstoffen mit hohem Heteroatomanteil gehören beispielsweise biologische Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs. Demnach lassen sich Rohstoffe auch an Hand ihres Heteroatomanteils charakterisieren.

Anorganischen Bestandteile der Edukte: Neben den vorgenannten organischen Substanzen sind anorganischen Bestandteile zu berücksichtigen, die u. a. Mineralstoffe oder Ascheanteile aber auch reine Metalle umfassen, die z. B. in Elektrokabel- und Autoreifenabfälle enthalten sind. Die anorganischen Anteile der genannten Abfallstoffe oder Edukte variieren in Gehalt und Zusammensetzung. Alt- und Schweröle sowie reine Plastikfraktionen, aber auch reine Biomassefraktionen enthalten in der Regel sehr geringe Ascheanteile. Bei Knochenmehl und Hafenschlick dagegen können die anorganischen Anteile mehr als 50 Gew. % betragen.

Produktöl: Als Hauptreaktionsprodukte entsteht bei Umsetzung der E- dukte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren so genanntes Produktöl, welches die Zielfraktion niedrigmolekularer flüssiger Brennstoffe darstellt.

Drucklos: Meint hierin Arbeiten im Druckbereich bis 10^"1 bar. Überkri- tisch: Wenn flüssige Phase und Gasphase auf Grund der Druck- und

Temperaturverhältnisse nicht mehr unterscheidbar sind, liegt ein überkritisches Fluid bzw. ein überkritischer Zustand vor, bei vorliegenden Verfahren im Bereich von 20 bis 80 bar.

Selektive produktorientierte Verweilzeitsteuerung: Vorliegend bedeutet eine selektive produktorientierte Verweilzeitsteuerung die Verwendung einer integrierten Phasentrennung in einem der verwendeten Reaktoren, wobei die Phasentrennung eine Destillations- oder Strippfunktion oder eine Kombination aus beiden umfasst, so dass die Verweildauer der schwer- und der leichtflüchtigen Komponenten im Reaktor spezifisch gesteuert werden kann. Damit werden die Crackprodukte sofort und gezielt aus der Reaktionszone entfernt, wenn deren Moleküle gerade die gewünschte Kettenlänge erreicht haben. Somit kommt dem im Kreislauf geführten schwerflüchtigen Produktstrom eine andere Verweilzeit im Reaktor zu als den Rohstoffen, weil diese Rohstoffe in der Regel bereits selber aus verschiedenen chemischen Komponenten bestehen, die zur Überfüh- rung in Produkt komponentenspezifische verschiedene Verweilzeiten erfordern.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren nach drei Alternativen ausgeführt werden:

Alternative 1 : Hier wird in einer ersten Phase nach Erwärmung der Rohstoffe im autokatalytischen Kreislauf schwerflüchtiger Produktes in einem Sumpfphasenreaktor unter Druck Cracken mit selektiver produktorientierter Verweilzeitsteuerung durchgeführt. In der zweiten Phase wird der Rohstoff in einen zweiten Reaktor überführt, der hier ein druckloser Rotationsreaktor ist. Die Verfahrensschritte Hydrieren bzw. Verölen werden hier ohne Druckbeaufschlagung durchgeführt; es liegt also eine drucklose Verölung vor. Die Notwendigkeit der Verwendung zweier Reaktoren mit einem ersten, druckbeaufschlagten und einem zweiten, der drucklos be- trieben ist, können in den Eigenschaften des umzusetzenden Rohstoffes liegen.

Alternative 2: Durchführung wie in Alternative 1 , jedoch mit umgekehrter Handhabung der Drücke in den Reaktoren. Diese vorteilhafte Alternative 2 kann den Sauerstoffgehalt und der Schwefelgehalt im Produktöl weiter senken, wobei die Ölausbeute und die Energieausbeute erheblich gesteigert werden. Alternative 3: Sie wird bezüglich der ersten Phase vorteilhaft so ausgeführt wie die erste Alternative, das heißt, dass nach starker Erwärmung der Rohstoffe im autokatalytischen Kreislauf des schwerflüchtigen Pro- duktes in einem Sumpfphasenreaktor unter Druck gecrackt wird; die Verweilzeit im Reaktor ist selektiv und Produkt orientiert. In der zweiten Phase werden nun die hierbei entstandenen so genannten „harten" Kokse einem pyrolytischen Schritt unterzogen, so dass bei Temperaturen von bis zu 1400 ⁰C eine Überführung zum Produktöl stattfindet.

Dieses völlig neuartige Bündel an verfahrenstechnischen Maßnahmen führt zu vorteilhaften Resultaten. Es werden dadurch gleichzeitig überraschend gute Qualität und Ausbeute der Produkte erzielt, notwendige Reaktionstemperaturen und Drücke gesenkt und der Aufwand an zusätzlich einzusetzenden Katalysatoren stark verringert. Zum Teil kann auf zusätzliche Katalysatoren sogar ganz verzichtet werden. Durch diese extrem positiven und nicht vorhersehbaren Ergebnisse rückt die direkte thermo- chemische Verflüssigung von organischen Rohstoffen in den wirtschaftlich sehr attraktiven Bereich. Überdies wird die Anzahl der in dünnflüssi- ge Öle umwandelbaren Stoffe in einem bisher nicht denkbaren Maße erweitert. Dies betrifft vor allem die Reststoffe, den sortierten Müll und die biologischen Rückstände und Problemstoffe.

Die Schockerwärmung mit anschließender druckloser Verölung wird er- reicht, indem die Rohstoffe in wenigen Sekunden oder Bruchteilen von Sekunden auf Reaktionstemperatur aufgeheizt werden. Diese erfindungsgemäße Schnellerwärmung lässt sich beispielsweise durch direktes Einbringen ausreichend zerkleinerten Rohstoffes in die intensiv vermischte Sumpfphase des Reaktors realisieren. Vorzugsweise werden die Rohstoffe unmittelbar vor dieser Schnellerwärmung zunächst auf eine Temperatur knapp unterhalb der jeweils niedrigsten Cracktemperatur ihrer Komponenten vorgewärmt. Zu besten Ergebnissen führt eine Schockerwärmungsbehandlung mit anschließender druckloser VerÖlung dann, wenn sie in Kombination mit der Kreislaufführung der schwerflüchtigen Produktphase angewandt wird, die im Reaktor entsteht. Auch umgekehrt ist die Rückführung schwerflüchtigen Produktes in den Reaktor bzw. in die Reaktoren nur in Verbindung mit der Schockerwärmung, kombiniert mit anschließender druckloser Verölung oder zuerst mit druckloser VerÖlung und mit anschließender Schockerwärmung am erfolgreichsten, denn dann können die katalytische Effekte dieser Produktphase sich auswirken. Diese katalytischen — oder autokatalytischen, da der Katalysator während der Reaktion entsteht - Effekte können nun Absenkungen der benötigten Cracktemperaturen und des Verbrauchs an zusätzlichen Crackkatalysatoren bewirken.

Der Versuch mit Holz und anderen lignocellulosehaltigen Roh- und Abfallstoffen sowie mit Hafenschlick hat gezeigt, dass zusätzliche Crackkatalysatoren vollkommen verzichtbar sind. Liegen Rohstoffe mit einem Mangel an Wasserstoff und/oder einem erhöhten Heteroatomanteil vor, wird ein reduzierender Gasstrom fein verteilt durch das flüssige Reaktionsge- misch geleitet. Als reduzierender Gasanteil wird vorzugsweise Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid verwendet. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Kombination aus Schockerwärmung und anschließender druckloser Verölung unter Rückführung schwerflüchtiger Komponenten in den Produktkreislauf können auch die Hydrierreaktionen optimiert werden: So können benötigten Überdrücke erheblich reduziert werden, in der Regel auf Werte weit unter 80 bar. Auch der Bedarf an Hydrierkatalysatoren ü- berraschend verringert sich. Und auch im Hinblick auf die Hydrierung wurden sogar erstaunlich gute Resultate vollkommen ohne Hydrierkatalysatoren gefunden, oftmals gerade bei den Stoffen, bei denen auch auf zu- sätzliche Crackkatalysatoren verzichtet werden kann. Zusätzlich zu den Verbesserungen, die allein durch die Kombination der Schockerwärmung mit druckloser Verölung und Kreislaufführung schwer- flüchtigen Produktes gegenüber bekannten Verfahren bereits erreicht werden, wird eine weitere, wirtschaftlich sehr wichtige Verbesserung ü- berraschenderweise dadurch erreicht, dass man Schockerwärmung mit druckloser Verölung und Schwerölkreislaufführung erfindungsgemäß verbindet mit Sumpfphasenreaktion und selektiv produktorientierter Verweilzeitsteuerung. Es wurde gefunden, dass sich hierdurch die Produktausbeute entscheidend steigern lässt, der Sauerstoff- und Schwefelanteil deutlich sinken und die Energiebilanz entsprechend steigt.

Diese Anwendung der Sumpfphasenreaktion in Kombination mit selektiv produktorientierter Verweilzeitsteuerung ist gerade in der erfindungsgemäßen Verbindung mit der notwendigen Schockerwärmung der Rohstoffe im autokatalytischen Kreislauf keinesfalls nahe liegend, da unter üblichen technischen Kriterien davon ausgegangen werden muss, dass eine solche Verbindung gar nicht möglich ist. Selektiv Produktorientierte Verweilzeitsteuerung bedeutet nämlich, dass Crackprodukte sofort und gezielt aus der Reaktionszone entfernt werden, wenn deren Moleküle gerade die ge- wünschte Kettenlänge erreicht haben. Zu lange Molekülketten entstehen bei zu früher Entnahme aus dem Reaktor, also bei zu kurzer Verweilzeit, wobei ein zähflüssiges Schweröl erzeugt wird. Zu späte Entnahme aus dem Reaktor, also bei zu langer Verweilzeit führen zur Entstehung zu kurzer bzw. kleiner Moleküle, vornehmlich im Gasbereich, und außerdem könnten unerwünschten Neben- bzw. Vernetzungsreaktionen mit der Folge erhöhter Teer- und Koksproduktion ablaufen.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung der dargelegten unerwünschten Produktbildung ist die Einstellung der mittleren Strömungs- verweilzeit des flüssigen Reaktionsmediums über Reaktorvolumen und

Volumenstrom und die Anpassung der Strömungsverweilzeit an den jeweiligen Rohstoff. Diese nahe liegende und technisch übliche Maßnahme zur Verweilzeitsteuerung genügt den Anforderungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht, weil der im Kreislauf geführte schwerflüchtige Produktstrom andere Verweilzeiten benötigt als die Rohstoffe, die in der Regel bereits vielen unterschiedlichen chemischen Komponenten bestehen, de- ren Umsetzung verschiedene Verweilzeiten erfordert, und weil überdies sowohl die Schockerwärmung als auch die Entfaltung der autokatalyti- schen Wirkung des Kreislaufstromes eine intensive Vermischung der Stoffe im Reaktionsraum erfordern. In den konventionellen Verfahren steht jedoch eine intensive Vermischung im Widerspruch zu einer gezielten Verweilzeitsteuerung, weil dadurch extrem breite Verweilzeitverteilungen im Gemisch erzeugt werden, welche es nicht erlaubt, einer bestimmten Komponente eine individuelle Verweilzeit zukommen zu lassen.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung wird der As- pekt der selektiven produktorientierten Verweilzeitsteuerung dadurch gelöst, dass entweder zumindest der erste oder der zweite Reaktor mit einer integrierten Phasentrennung bzw. Phasentrenneinrichtung ausgestattet ist und über neuartigen Destillations- oder Strippeigenschaften bzw. Kombinationen daraus verfügt. Wenn die Phasentrenneinrichtung mit dem ersten Reaktor verbunden ist oder durch einfache Handhabung des Reaktors darin abläuft, so arbeitet der zweite Reaktor nach der ersten Phasentrennung bzw. der ersten Phasentrennungsstufe mit anschließender Nachverölung.

Der erste Reaktor erhält die erfindungsgemäße Destillationsfunktion, wenn er gleichzeitig als Verdampfer bei Siedetemperatur des Reaktionsgemisches betrieben wird. Hierbei werden flüchtige bzw. verdampfbare Komponenten aus dem flüssigen Reaktionsgemisch entfernt, indem sie in die Dampfphase übergehen. Eine erfindungsgemäße Strippfunktion wird erreicht, wenn ein Trägergasstrom durch das flüssige Reaktionsgemisch geleitet wird, der flüchtige Komponenten aus dem Reaktionsgemisch selektiv aufnimmt. Beide Maßnahmen lassen sich kombinieren, wenn der Reaktor bei Siedetemperatur arbeitet, während gleichzeitig ein Trägergasstrom durch das flüssige Reaktionsgemisch geleitet wird.

Solche Zusatzfunktionen sind für Reaktoren gerade bei Prozessen, die im Überdruckbereich arbeiten, technisch nicht nahe liegend, weil die Trennwirkungen solcher Funktionen üblicherweise mit steigendem Druck abnehmen. Erschwerend kommt hinzu, dass eine zusätzliche Destillationsfunktion nur dann funktionieren kann, wenn die gewünschte Reaktionstemperatur mit der Gemischsiedetemperatur übereinstimmt. Die Siede- temperatur ihrerseits wird aber bekanntermaßen durch den Betriebsdruck bestimmt, der hier durch die ggf. nötige hydrierende Wirkung der Gasatmosphäre im Reaktor in engen Grenzen vorgegeben wird. Die Siedepunktserhöhung bei Kohlenwasserstoffen beispielsweise liegt im Bereich der Heizöl- oder Dieselfraktion bei etwa 200 ⁰C, wenn man den Druck von 1 bar auf 20 bar erhöht, bzw. bei etwa 300 ⁰C bei Druckerhöhung von 1 bar auf 50 bar. In beiden Fällen würde der günstige Temperaturbereich von maximal etwa 500 ⁰C mit hoher Wahrscheinlichkeit überschritten werden. Bei vielen bekannten Kohlenwasserstoffen sind sogar schon bei Drücken oberhalb von etwa 20 bar Siedezustände nicht mehr möglich wenn der jeweilige Kohlenwasserstoff bzw. das Kohlenwasserstoffgemisch thermodynamisch bereits überkritisch geworden ist.

Obwohl diese physikalisch-chemischen Gegebenheiten bestehen, lassen sich die Destillier- und die Strippfunktion im erfindungsgemäßen Verfah- rensführung verfahrensverbessernd einsetzen. Sie hängen in besonderem Maße von dem zum Teil ungewöhnlichen thermodynamischen Phasengleichgewichtsverhalten der Stoffsysteme bei erhöhten Drücken und Temperaturen ab.

Gegenstand des Patentanspruchs 35 ist eine Vorrichtung (oder: ein Reaktor) zur thermochemischen Umwandlung von Edukten (oder: Ausgangsstoffen, Rohstoffen), die höhermolekulare organischen Komponenten um- fassen, in niedermolekulare Produkte, die organische bei Raumtemperatur flüssige, brennbare Produkte, insbesondere organische Kraftstoffe, umfassen. Diese Vorrichtung ist besonders als ein Reaktor für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet und insbesondere zur Verölung oder zur Verflüssigung von Biomasse wie Holz oder zur Herstellung von Biodiesel geeignet und/oder wird bevorzugt unter Druck betrieben, kann jedoch auch drucklos betrieben werden. Diese Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst wenigstens einen Reaktionsraum (Reaktionskammer, Reaktorinnenraum) zum Durchführen einer zumindest partiellen Zersetzungs- oder Crackreaktion wenigstens eines Edukts, wenigstens einen Einlass zum Einbringen oder Einleiten des oder der Edukte(s) in den Reaktionsraum und wenigstens einen Auslass zum Ausbringen oder Ausleiten der niedermolekularen Produkte aus dem Reaktionsraum.

Es ist nun in einer ersten Variante wenigstens eine innerhalb des Reaktionsraumes angeordnete Zerkleinerungsvorrichtung (oder: Trennvorrichtung, Zerschneid- oder Zerspanvorrichtung ) zum mechanischen Zerkleinern (oder: Trennen oder Zerschneiden oder Zerspanen) des oder der Edukte(s) oder Rohstoffe(s) vorgesehen. Dadurch kann auch ein infolge hoher Förderdrücke, die gegen einen entsprechend hohen Prozessdruck im Reaktionsraum notwendig sind, schon vor dem Eintritt in den Reaktor zusammengepresster oder zusammengebackener Rohstoff effizient für die Reaktion aufbereitet werden.

In einer alternativ zu oder in Kombination mit der ersten Variante vorsehbaren zweiten Variante ist innerhalb des Reaktionsraumes wenigstens eine Misch- und/oder Schereinrichtung, die vorzugsweise einen oder mehrere Misch- und/oder Scherflügel aufweist, zum Mischen und/oder Homogenisieren des oder der Edukte(s) und/oder eines Reaktions- und/oder Phasengemischs im Reaktionsraum vorgesehen. In einer alternativ zu oder in Kombination mit der ersten und/oder zweiten Variante vorsehbaren dritten Variante ist wenigstens eine, vorzugsweise rotierbare oder rotierende Schabelemente aufweisende, Schabeinrichtung zum Abschaben oder Reinigen von Oberflächen einer Wandung des Reaktionsraumes vorgesehen.

Die Zerkleinerungseinrichtung, Misch- und/oder Schereinrichtung und/oder Schabeinrichtung können als rotierende Elemente auf einer gemeinsamen oder auch verschiedenen, wenigstens teilweise durch den Re- aktionsraum verlaufenden Drehwellen angeordnet sein. Die Misch- und/oder Schereinrichtung können zumindest teilweise gemeinsame Elemente aufweisen oder als Baueinheit ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen wei- ter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung:

FIG 1 ein Blockflussdiagramm eines Aufführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der Erfindung,

FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines horizontalen Reaktors in einer ver- einfachten Darstellung ohne die mechanischen Komponenten innerhalb des Reaktorraumes,

FIG 3 ein Ausführungsbeispiel eines horizontalen Reaktors mit dargestellten mechanischen Förder- und Zerkleinerungseinrichtungen im Reaktorraum, FIG 4 einen teilweisen Schnitt durch den Reaktor gemäß FIG 3 mit sichtbarere Zerkleinerungseinrichtung,, FIG 5 einen teilweisen Schnitt durch den Reaktor gemäß FIG 3 mit sichtbarere Mischeinrichtung,

FIG 6 ein Ausführungsbeispiel eines vertikalen Reaktors und FIG 7 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den FIG 1 bis 7 mit denselben Bezugszeichen versehen.

Das Blockfließbild in FIG 1 , das den erfindungsgemäßen Verfahrensab- lauf für ein Ausführungsbeispiel zeigt, stellt zunächst dar, dass für feste Rohstoffe, die organische Anteile O, anorganische Anteile A sowie Metallanteile M enthalten, ein Schritt der Zerkleinerung erfolgt.

Störende Metalle werden in einem nächsten Schritt der Metallabtrennung abgetrennt; sie werden als Metallanteile des Rohstoffes M gesammelt.

Sollten andere störende Fremdstoffen vorliegen, müssten auch diese entfernt werden. Vorliegend sind die Rohstoffe feuchtigkeitshaltig, daher erfolgt ein Schritt der Vorentwässerung, wobei das abgeführte Wasser W ebenfalls gesammelt wird. Lediglich unter geringem Energieaufwand me- chanisch entfernbare Wasseranteile und reine Metallfraktionen, wie sie beispielsweise bei Elektrokabel- und Autoreifenabfällen anfallen, sind vorher abzutrennen.

Diese vorbeschriebenen Schritte der Zerkleinerung, Trocknung und Fremdstoffabtrennung unterfallen dem Überbegriff der Rohstoffaufbereitung, der hier einen vorteilhaft geringen Aufwand erfordert, da der Hauptanteil der Edukte in seinem ursprüngliche Zustand verwendet werden kann. Die Zerkleinerung ist nur so weit durchzuführen, dass der Rohstoff in einen ersten Reaktor I, der eine Überdruckapparatur sein kann, gefördert werden kann und dass für die organischen Anteile ausreichend schnelle Aufheizzeiten bei der Schockerwärmung möglich sind. Mineralstoffe, wie sie z. B. in Knochenmehl enthalten sind, können am Umwand- lungsprozess teilnehmen und sind zum Teil sogar als Crackkatalysatoren erwünscht. Feste Rohstoffe können beispielsweise über Schneckenma- schinen in den Reaktor I gefördert werden. Soll dabei im Falle hoher freier Wassergehalte ein Großteil des Wassers W vor der Erwärmung mechanisch entfernt werden, so können solche Schneckenmaschinen dann eine Doppelfunktion erfüllen, wenn sie als Seiherschneckenpressen ausgerüstet sind. In einem solchen Falle dienen sie sowohl der Förderung des Rohstoffes als auch der Auspressung des Wassers W.

Die Zufuhr von eventuell benötigten festen Katalysatoren und Chemikalien ist im Schema der FIG 1 nicht dargestellt, diese werden vorzugsweise pulverförmig beispielsweise über Schneckenförderer oder Schleusensysteme direkt in den ersten Reaktor RI, zugegeben. Als Crackkatalysatoren sind beispielsweise Feststoffkatalysatoren auf Zeolithbasis geeignet, wo- hingegen beim nachfolgend dargelegten Schritt der Hydrierung, z. B. bei schwefelfreien Rohstoffen metallische Katalysatoren wie Nickel und Platin als Unterstützung in Frage kommen. Im Falle des Einsatzes halogen- haltiger Rohstoffe wie z. B. chlorhaltiger Altöle oder PVC-Abfälle, können alkalische Feststoffchemikalien wie beispielsweise Calciumhydroxid zugegeben werden, die das Chlor noch vor Einsetzen der Crackreaktionen als Salz binden und somit aus der Reaktionszone entfernen. Hierin liegt ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Crackverfahrens in der Sumpfphase gegenüber konventionellen Crackprozessen in der Dampfphase, bei denen diese Möglichkeit nicht besteht.

Zur Voraufarbeitung können Feststoffe beispielsweise zerkleinert und über Dosierer auf ein Trocknungsband einem Trocknungstunnel zugeführt und dort durch kontinuierliche Warmluftzufuhr getrocknet werden. Die Feuchtemessung erfolgt automatisch und regelt den Trocknungsvorgang. Das voraufbereitete Material wird in Silos vorgelagert. Von dort kann das voraufbereitete Material über Zellradschleusen zu einer Doppelextruderschneckenpresse transportiert werden, um fein vermählen und verdichtet zu werden. Es entstehen Druck und Wärme, dem Material wird bei Bedarf Katalysatormaterial zugemischt, und es kann dass in den Reaktor RI eingebracht. Die Doppelextruderschneckenpresse wirkt dem Reaktordruck entgegen und schließt somit einen Rückschlag aus. Die Beaufschlagung von Reaktor RI mit flüssigen Rohstoffen wie Schwerölen und deren Suspensionen, wenn mineralische Katalysatoren zugesetzt werden sollen, kann hingegen beispielsweise über Pumpensysteme geschehen.

Ehe der Reaktor RI nun mit den vorgenannte festen Rohstoffen und/oder flüssigen Rohstoffen, respektive Edukten, sowie mit weiteren Chemikalien oder Reaktanden beaufschlagt wird, erfolgt ein Schritt der Vorwärmung der Edukte und Chemikalien, um dadurch die Aufheizzeit vor der Crack- reaktion zu minimieren. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, das Verfahren in anderen Ausführungsbeispielen ohne die Vorwärmung durchzuführen.

Im Wesentlichen kann die Vorwärmung der Verbesserung der Energiebi- lanz durch Wärmerückgewinnung aus den Prozessströmen dienen. Die Wärmeenergiebereitstellung kann aber auch durch die Abgase des Gasbrenners geleistet werden. Vorgewärmt werden der Rohstoffstrom und gegebenenfalls zuzuführende Feststoffkatalysatoren und Chemikalien. Die Endtemperatur der Vorwärmung sollte vorzugsweise knapp unterhalb der- jenigen Temperatur liegen, bei dem die Crackreaktionen beginnen. Je nach Rohstoff kann dieser Bereich in der Größenordnung zwischen 200 °C und 330 °C liegen: So sind Hemicellulosen, die beispielsweise in Holz vorkommen, sehr temperaturempfindlich und liegen im unteren Bereich bezüglich der benötigten Cracktemperatur, während Cellulose und in noch stärkerem Maße stabile Kohlenwasserstoffe dem oberen Bereich zuzuordnen sind.

Die zur Vorwärmung erforderliche Wärme sowie der Wärmeenergiebedarf nachfolgender Prozessschritte, dazu gehören insbesondere die Beheizung des Reaktors RI, des Verdampfers der Destillationskolonne, des Trockner für ausgeschleuste Mineralstoffanteile sowie der Wasserdampfvergasung ausgeschleuste organischen Rückstandes, kann beispielsweise über die Abgase eines Gasbrenners gedeckt werden. Der Gasbrenner wird vorzugsweise energieautark vollständig über das im Prozess als Nebenprodukt entstehendes Reaktionsgas G versorgt. Dadurch wird lediglich zum Anfahren der Anlage Fremdenergie benötigt.

Nun wird der vorgewärmte Stoffstrom der beheizten Sumpfphase im Crackreaktor RI zugeführt. Dort findet eine intensive Vermischung statt, und dort kann auch die Schockerhitzung auf Crackreaktionstemperatur erfindungsgemäß durchgeführt werden. Schnelle Erwärmung und Reaktion finden vorzugsweise in einem Reaktionsgefäß bzw. Reaktor RI, RII statt. Die vorgenannte Schockerhitzung ist vorteilhaft für die Durchführung des Verfahrens im Vergleich zum Einsatz konventioneller Erwärmungsmethoden, wie sie z. B. eine Vorschaltung separater Wärmetauscherstrecken o- der das Einbringen der Reaktanden in eine auf Reaktionstemperatur vor- geheizte Gas-Dampf-Phase darstellt.

Zur optimalen Umsetzung der Edukte in die Produkte bzw. Zwischenprodukte ist eine gute Durchmischung im Reaktor RI₃RII erforderlich. Diese kann sowohl durch Rührsysteme als auch durch turbulente Strömungszu- stände der eingebrachten Stoffströme erreicht werden. Die Scherkräfte an den beheizten Reaktorwänden müssen dabei so groß sein, dass sich dort keine Ablagerungen aufgrund von Verteerung oder Verkokung bilden.

In dem Reaktor RI laufen die Verfahrensschritte Cracken und Hydrieren ab, nachdem die erforderlichen Temperaturen und Drücke eingestellt sind. Die Temperaturen werden vorzugsweise zwischen 290 ⁰C und 410 ⁰C eingestellt, die Drücke richten sich nach dem thermodynamischen Phasengleichgewichtsverhalten, das dem Fachmann bekannt ist, und den ebenfalls bekannten ggf. notwendigen Partialdrücken an reduzierenden bzw. hydrierenden Gaskomponenten im Reaktionsgemisch. Dem Reaktor RI ist eine Expansionsanlage nachgeschaltet, mit der einerseits der hohe Druck des Reaktors RI abgebaut und andrerseits die Energie über eine Turbine in Strom umgewandelt wird.

Nachdem die Reaktion, umfassend die Schritte Cracken und Hydrieren abgelaufen ist, wird im nächsten Verfahrensschritt eine erste Phasentrennungsstufe PI, des im Reaktor RI vorliegenden Dreiphasengemischs durchgeführt.

Die Flüssigphase wird im Wesentlichen durch schwerflüchtige Ölfraktio- nen SO gebildet. Hierbei fallen die schwerflüchtigen flüssigen Produktanteile an. Es handelt sich um die so genannten Schwerölfraktionen SO, die an dieser Stelle des Verfahrens zunächst in den Reaktor RI zurückgeführt werde, die also vorteilhaft im Kreislauf geführt werden, weil sie so im Re- aktor RI weiteren Crackreaktionen unterzogen werden können und sich somit die Ausbeute an Produkt erhöht. Sie entfalten gleichzeitig vorteilhaft eine katalytische Wirkung, welche den Einsatz zusätzlicher Katalysatoren erübrigt. Die benötigten Reaktionszeiten für die Crack- und/oder Hydrierreaktionen der Rohstoffe werden durch die Katalyse verkürzt, günstige Reaktionspfade werden unterstützt und die erforderlichen Temperaturen und Drücke zur Reaktionsdurchführung werden somit in dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den Verfahren aus dem Stand der Technik reduziert.

Diese Schwerölfraktionen SO fallen an bei der mehrstufigen Phasentrennung, umfassend die Phasentrennungsstufen PI, PII und Pill. Nach der Phasentrennungsstufe PI erfolgt eine zweite Phasentrennungsstufe PII und eine Phasentrennungsstufe Pill des Gemischs aus flüssiger Schwerölfraktion SO, einem festen und teerartigen Reaktionsrückstand R, anorga- nischem Anteil des Rohstoffes A, respektive Eduktes, und festem Katalysatoren K. Bei den Phasentrennungsstufen PII und Pill fällt die Schwerölfraktion SO als Flüssigphase an. Weiterhin fällt die Schwerölfraktionen SÖ bei der Trocknung als Dampfphase und schließlich bei der Destillation des organischen Hauptproduktstromes als Sumpffraktion an. Da die Schwerölfraktionen zu den Reaktionsprodukten gehören, wird der obige katalytische vorteilhafte Effekt hierin als autokatalytisch bezeichnen.

Die Festphase des Dreiphasengemischs ist zusammensetzt aus Aschebzw. Mineralstoffanteilen A des Rohstoffes, ggf. zugesetzten Feststoffkatalysatoren K und Chemikalien sowie festen Reaktionsrückständen R. Solche festen Reaktionsrückstände R können z. B. Verkohlungsrückstände sein, die sich zum Teil als Nebenprodukte bilden.

Bei der Phasentrennungsstufe PI im Anschluss an Reaktor RI wird die Flüssigphase zusammen mit der suspendierten Festphase von der Gas- Dampf-Phase getrennt. Dies kann beispielsweise in Fliehkraftabscheidern wie Zyklonen geschehen. Diese Phasentrennungsstufe PI wird vorzugsweise unter dem gleichen Druck durchgeführt, wie er im ersten Reaktor RI herrscht. Die in Phasentrennungsstufe PI abgetrennte Suspension wird über eine Gasexpansionsanlage entspannt, wenn der Reaktor RI, wie in FIG 1 dargestellt, unter Überdruck betrieben wird, und durchläuft einen dreistufigen Trennprozess über die Phasentrennungsstufe PII, Phasentrennungsstufe Pill und Trocknung zur Separierung und Rückgewinnung der schwerflüchtigen Ölphase, die wie beschrieben, in die Reaktoren RI und RII rückgeführt wird.

Die Phasentrennungsstufe PII trennt den grobkörnigen Feststoffanteil zusammen mit daran haftenden feinkörnigen Partikeln beispielsweise nach dem Sedimentationsprinzip oder ebenfalls nach dem Fliehkraftprinzip ab. Die verbleibende schwerflüchtige Ölphase SÖ wird zusammen mit dem verbliebenen Feinanteil zurück zum Reaktor RI geleitet.

In der Phasentrennungsstufe Pill wird die mit Grobgut angereicherte Suspension mechanisch, z. B. über Schneckenpressen, von weiterer anhaf- tender schwerflüchtiger Ölphase SÖ, die in die zu den Reaktoren RI und RII zurückgeführt wird, befreit.

Der Schritt der Trocknung schließlich befreit den feststoffhaltigen Strom von verdampfbaren Olanteilen. Auch diese können nach einer erneuten Kondensation KII dem internen Rücklauf in die Reaktoren RI, RII rückgeführt werden.

Die jetzt noch im Feststoffstrom verbleibende organische Substanz be- steht im Wesentlichen aus festem Verkohlungsrückstand und teerartigen Restanteilen R, gegebenenfalls aus anorganischen Rohstoffanteilen A oder festem Katalysator K und Chemikalien. Die organischen Anteile R können in der nachfolgenden Wasserdampfvergasung WDV in Synthesegas, bestehend aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H₂, umgewandelt werden. Die somit von organischen Anteilen befreiten mineralischen Feststoffe A, K werden ausgeschleust und gegebenenfalls einer Aufarbeitung oder Regeneration zugeführt.

Das Synthesegas CO + H₂ kann entweder direkt als reduzierendes Gas den Reaktoren RI, RII zugeführt oder in einer nachgeschalteten Koh- lenmonoxidkonvertierung CO-Konvertierung vollständig in Wasserstoff H₂ und Kohlendioxid CO₂ umgewandelt werden. In letzterem Falle wird der Wasserstoff H₂ in der Gastrennung GII unter Einsatz beispielsweise eines Membrantrennprozesses vom Kohlendioxid CO₂ befreit und ggf. den Reaktoren RI, RII als hydrierende Gaskomponente zugeführt. Wenn mehr Wasserstoff H₂ produziert als vom Prozess benötigt wird, so kann der Ü- berschuss gewinnbringend vermarktet oder beispielsweise über einen Brennstoffzellenprozess in elektrischen Strom für den Anlagenbetrieb umgewandelt werden.

Bei der Wasserdampfvergasung und der Kohlenmonoxid-Konvertierung wird das bei den Crackreaktionen sauerstoffhaltiger Rohstoffe als Neben- produkt entstehende Reaktionswasser verwertet, so dass im Wesentlichen ein abwasserfreier Prozess realisiert wird. Eventuell entstehendes Überschusswasser wird durch die Wasserdampfvergasung WDV gleichzeitig gereinigt, so dass eine gegebenenfalls entstehende überschüssige kleine Abwassermenge W gleich rein, das heißt, frei von organischen Anteilen, anfällt. Sollte nicht genügend Reaktionswasser zur Verfügung stehen, ist noch etwas Frischwasser zuzusetzen. Die jeweiligen Mengenverhältnisse sind rohstoffbedingt unterschiedlich und hängen vom Verhältnis des gebildeten Reaktionswassers zum festen bzw. schwerflüchtigen Reaktions- rückstand ab.

Zurück zum Schritt der ersten Phasentrennungsstufe PI des Reaktionsge- mischs aus dem Reaktor RI: Als weitere Reaktionsprodukte entsteht in Reaktor RI die Zielfraktion, welche das Produkt des Verfahrens enthält: ein Öl als Öldampf Ö1D, welches ein niedermolekularer flüssiger Brennstoff ist. Des Weiteren entstehen Reaktionswasser als Wasserdampf WD und Reaktionsgas G sowie Wasserstoff H₂. Diese Komponenten sind in der dritten Phase, der Gas-Dampf-Phase des Dreiphasengemischs vereinigt. Zur Produktraffinierung wird diese Phase oder Fraktion, respektive, nun in einen zweiten Reaktor RII, überführt, und erneut den Verfahrensschritten Cracken und Hydrieren unterzogen.

Die Gas-Dampf-Phase des Dreiphasengemischs wird im Falle erhöhter Gasanteile nach dem Reaktor RII der Kondensation im ersten Kondensa- tionsschritt KI zugeführt. Dieser durch Kühlung realisierte Kondensationsschritt KI dient der Abtrennung der Gasanteile Reaktionsgas G und Wasserstoff H₂ von den kondensierbaren Öl- und Wasseranteilen Ö1D + W, bevor letztere der destillativen Auftrennung zugeführt werden. Der Kondensationsschritt KI wird vorzugsweise bei dem gleichen Druck be- trieben wie der Reaktor RII. Das hat bei Überdruckbetrieb die Vorteile, dass für die ggf. nachfolgende Gastrennung GI der erforderliche Vordruck zur Verfügung steht, dass für die ggf. nachfolgende Wasserstoff- rückführung in den Reaktor RII weniger Kompressionsenergie verbraucht wird und dass in nachfolgenden Entspannungsventilen das unerwünschte Auftreten von Mehrphasenströmungen, die dort zu erheblichen Betriebsstörungen führen könnten, vermieden wird.

Die Gastrennung GI kann wie die Gastrennung GII beispielsweise als Membrantrennprozess realisiert werden. Der vom Reaktionsgas G ggf. abgetrennte Wasserstoffanteil H₂ wird zurück zum Reaktor RI, RII geführt. Das abgetrennte Reaktionsgas G wird im Falle eines Überdruckpro- zesses durch eine zweite Gasexpansionsanlage, die nicht in FIG 1 illustriert ist, entspannt und anschließend dem Brenner zur oben beschriebenen thermischen Energieversorgung des gesamten Verfahrens zugeführt werden.

Die oben beschriebenen Phasentrennungen bzw. Phasentrenneinrichtun- gen können den Verfahrensschritt des Strippens mit Gas umfassen. Daher kann noch vor der Entspannung in der genannten Expansionsvorrichtung ein Teil des Reaktionsgases G, wenn es die oben beschriebene Strippfunktion des Reaktors RI, RII erfordert, zum Reaktor RI, RII zurückgeführt werden.

Die Expansionsanlage könnte in anderen Ausführungsbeispielen überdies mit einer Turbine zur Gewinnung elektrischer Energie verbunden sein,

Wird daher erfindungsgemäß in Reaktor RI und Reaktor RII ein Gasstrom G + H₂ zum Strippen benötigt, so wird dieser zunächst in Reaktor RI, sodann auch in Reaktor RII, wenn beide Reaktoren simultan betrieben werden, fein verteilt durch die flüssige Reaktionsmischung geleitet. Der Gasstrom G + H₂ kann generell die besagte Strippfunktion zur Phasen- trennung, wie sie oben dargelegt wurde, und/oder Hydrierfunktion übernehmen. Für die Strippfunktion wird vorzugsweise ein Anteil des Reaktionsgases in der Rückführung verwendet, während das Hydrieren Vorzugs- weise durch Wasserstoff H₂ erfolgt. Es können dafür aber beispielsweise auch Kohlenmonoxid oder Gemische aus Wasserstoff H₂ und Kohlenmo- noxid CO eingesetzt werden. Ggf. benötigter Wasserstoff kann vollkommen autark aus den Nebenprodukten des Prozesses erzeugt werden. Das heißt, dass vorteilhaft kein Wasserstoff H₂ von außen zugekauft werden muss. Diese Tatsache ist für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens von besonderer Bedeutung.

Die Produktion von Wasserstoff H₂ kann zweistufig über eine Wasser- dampfvergasung WDV der festen koksartige und schwerflüchtige teerartigen Reaktionsrückstände R in der ersten Stufe und einer nachgeschalteten Kohlenmonoxid-Konvertierung in der zweiten Stufe erfolgen. Der Wasserstoff H₂ dient einerseits der Stabilisierung der Crackprodukte durch Radikalabsättigung und andererseits der Erhöhung des Wasserstoffanteils im Produktöl. Dadurch werden Heizwert, Brenneigenschaften und Lagerstabilität des Produktöles verbessert.

Damit der Wasserstoff H₂ seine hydrierende Wirkung entfaltet, ist ein erhöhter Betriebsdruck notwendig. Der nötige Überdruck ist unter anderem eine Funktion der Elementarzusammensetzung des Rohstoffes. Ist der Rohstoff, dem Zielprodukt chemisch bereits sehr ähnlich, d. h. arm an Heteroatomen, wie es z. B. bei Alt- und Schwerölen sowie Kohlenwasserstoffbasierten Plastikabfällen der Fall ist, so kann bei erfindungsgemäßer Prozessführung vollkommen auf Überdruck und Wasserstoffatmosphäre verzichtet werden. Zum Teil ist hier sogar Unterdruckbetrieb vorteilhaft. Bei erhöhten Sauerstoffanteilen, wie z. B. bei Holz mit etwa 43 Gew. % Sauerstoff in der Trockensubstanz, wurde bei erfindungsgemäßer Verfahrensführung überraschend gefunden, dass auch ohne zusätzliche Hydrierkatalysatoren schon Wasserstoffpartialdrücke von weniger als 80 bar in der Regel ausreichend sind. Das Reaktionsgemisch besteht üblicherweise aus den drei Phasen Gas- Dampf-Phase, Flüssigphase und Festphase. Die Gas-Dampf-Phase enthält zum einen das Reaktionsgas G, welches als Nebenprodukt durch die Crackreaktionen in den Reaktoren I und II gebildet wird, und zum ande- ren die aufgenommenen Dämpfe, die erfindungsgemäß im Wesentlichen verdampfte Produktöl-Kohlenwasserstoffe sind. Rohstoffbedingt können auch Wasserdampfanteile WD dabei sein. Dazu können ggf. weitere Gaskomponenten wie z. B. Wasserstoff H₂ als Hydriergas kommen.

Wie FIG 1 ebenfalls zeigt, kann die im Kondensationsschritt KI kondensierte Öl- und Wasserphase Öl + W + G ebenso über ein Expansionsturbine oder einen Motor entspannt werden, falls die Reaktion in Reaktor RII unter Überdruck läuft, gefolgt von anschließender Destillation. Bei dieser ggf. durchgeführten Entspannung werden gewisse im Öl unter Ü- berdruck gelöste Gasanteile freigesetzt, die nach der Destillation in einem zweiten Kondensationsschritt KII abgetrennt und ebenfalls dem Brenner zugeführt werden können. Die Destillation wird vorzugsweise als Mehrstufenrektifikation ausgeführt, bei der die Ölanteile in Siedefraktionen zerlegt werden. Die hochsiedende Sumpffraktion der Destillation wird als schwerflüchtiger Ölanteil SO, wie oben beschrieben, erfindungsgemäß zurück in Reaktor RI, RII geführt.

Nach Kühlungskondensation im Kondensationsschritt KII wird die Flüssigphase in Phasentrennungsstufe PIV mechanisch durch Absetzen in eine Ölphase, das gewünschte Produktöl, und eine Wasserphase aufgetrennt, so dass die schwerere Wasserphase zuerst ablaufen gelassen werden kann, ehe das Produktöl wird im Produkttank gesammelt wird. Die Wasserphase W kann der oben beschriebenen Wasserdampfvergasung WDV und/oder Kohlenmonoxid-Konvertierung zugeführt werden kann.

Treten rohstoffbedingt keine Wasseranteile auf, entfällt die Phasentrennungsstufe PIV. Dies betrifft aber vor allem Rohstoffe ohne Sauerstoffan- teil, bei denen in der Regel auch kein Hydriergas benötigt wird, so dass dann üblicherweise auch kein Wasserbedarf durch Wasserdampfvergasung und/oder Kohlenmonoxid-Konvertierung entsteht.

Es gilt zu beachten, dass grundsätzlich im vorliegend offenbarte Verfahren einer der beiden oder beide Reaktoren I, II drucklos oder sogar unter Unterdruck gefahren werden können, auch die Druckbeaufschlagung beider Reaktoren kann sich, abhängig vom Edukt, das der Fachmann hinsichtlich seiner Crack- und Hydriereigenschaften kennt, als sinnvoll erwei- sen. Entsprechend ist dann die Zwischenschaltung einer Expansionsanlage abdingbar.

Weiterhin ist zu bedenken, dass das erfindungsgemäße Verfahren generell auch in mehr als zwei Reaktoren durchgeführt werden kann, die in FIG 1 beispielhaft aufgezeigten Stoffströme, besonders die Kreislaufführung der Schwerölfraktion, müssen dann vom Fachmann entsprechend den aufgezeigten Verfahrensschritten zugeführt werden.

Schließlich sind bei der Durchführung des Verfahrens spezielle rohstoff- spezifische Aspekte zu beachten, die an Hand von Beispielen erläutert werden:

Beim Einsatz eiweißhaltiger Rohstoffe wie Tier- und Knochenmehl ist es von besonderer Bedeutung, dass möglicherweise vorhandene Giftstoffe wie Prionen durch den beschriebenen Umwandlungsprozess vollständig zerstört werden. Dies sollte durch die Reaktionstemperaturen von 350 ⁰C gewährleistet werden. Eine elektrolytische Zersetzung als Vorbehandlung des Knochenmehls kann sich als vorteilhaft erweisen, um Mineralkomponenten als Katalysatormaterial freizusetzen. Eine Wahrscheinlichkeit der Kontamination der Umgebung mit freigesetzten Prionen, die beispielsweise in Verbrennungsprozessen auftreten kann, wird hier wegen der luftfreien Kapselung des Prozesses deutlich verringert. Der Stickstoffanteil der Eiweißmoleküle wird in der reduzierenden Atmosphäre des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen in Ammoniak umgewandelt und über die wässrige Phase ausgeschieden. Aus der Wasserphase kann der Ammoniakanteil durch eine einfache zusätzliche Rektifikation isoliert und ver- marktet werden.

Bei chlorhaltigen Rohstoffen darf davon ausgegangen werden, dass keine Dioxine entstehen, da das erfindungsgemäßen Verfahrens bei Reaktionstemperaturen von unter 400 °C arbeitet, wodurch nicht mehr von Dioxin- Produktion ausgegangen zu werden braucht.

Beim Einsatz von Schweröl als Edukt tritt an Stelle des Crackens in der ersten Phase ein destillativer Reinigungsschritt, da der Hauptbestandteil des Altöls in der Dieselfraktion besteht. Verkokungsrückstände werden in der zweiten Phase z. B. durch einen Pyrolyseschritt aufgearbeitet.

Beispiele für schwermetallbelastete Sedimente mit erhöhtem organischem Anteil sind Klärschlämme und vom unbelasteten Sand befreite Feinkornfraktionen von Baggerschlämmen aus Flussläufen. Hierbei soll der Um- wandlungsprozess im Reaktor gleichzeitig dafür sorgen, dass die Schwermetalle aus dem organischen Produkt entfernt und in der anorganischen Matrix derart fest eingebunden werden, dass die Eluate praktisch schwer- metallfrei sind. Bei Einsatz von Hafenschlick aus dem Hamburger Hafen mit 367 - 410 ppm Pb, 17 - 19 ppm Cd, 2100 - 2233 ppm Zn und 370 - 377 ppm Cu sowie mit 25 - 26 % organischem Anteil in der Trockensubstanz wurden bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit diesem Edukt ohne zusätzliche Katalysatoren mit 100 bar Wasserstoffdruck bei 450 ⁰C folgende Resultate gefunden: Ein Anteil von 25 — 30 % der organischen Substanz wurde in ein hochwertiges dünnflüssiges Öl umgewandelt, während 99,99 % des Pb, 99,99 % des Cd, 99,8 % des Zn und 99,98 % des Cu im anorganischen Rückstand verblieben. Sowohl die produzierte Ölphase als auch die Wasserphase waren praktisch schwerme- tallfrei. Überraschenderweise veränderten sich die Bindungsformen der Schwermetalle in der anorganischen Matrix unter den angewandten erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen vollkommen ohne die bekannte Verglasung, die wesentlich höhere Temperaturen erfordert, derart, dass alle genannten Schwermetalle in festere Bindungs formen wechselten, so dass einerseits praktisch gar kein Pb und Cu und andererseits weniger als 1 % des Cd und weniger als 5 % des Zn noch in einer austauschbaren, also eluierbaren, Kationenform vorlagen. Zum Vergleich lagen im eingesetzten Rohstoff vor dem erfindungsgemäßen Umwandlungsprozess noch etwa 1 % des Pb und Cu, etwa 14 % des Cd und knapp 30 % des Zn in der eluierbaren Form vor.

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Rohstoff Holz als Modellrohstoff für lignocellulosehaltige Roh- und Abfallstoffe ergaben folgende Werte: Im Modellversuch wurde der Rohstoff Holz ohne zusätzliche Katalysatoren bei 80 bar Wasserstoffdruck mit anschließender druckloser Verölung bei einer Temperatur von 350 ⁰C der Umwandlung unterzogen, wobei hochwertiges dünnflüssiges Produktöl in einer Ausbeute von etwa 37 Gew. %, bezogen auf eingesetzte Holztrockensubstanz, gewonnen wurde. Dieses Öl hatte einen Sauerstoffgehalt von etwa 4 — 5 Gew. %, einen Heizwert von etwa 42 MJ/kg und einen Siedebereich von 180 ⁰C bis 370 ⁰C. Dazu wurden im Reaktor etwa 4 Gew. % Wasserstoff, bezogen auf eingesetzte Holztrockensubstanz, eingesetzt, wobei die Ausbeute sowohl an Reaktionsgas als auch an Reaktionswasser jeweils etwa 30 Gew. % betrug. Das erzeugte Reaktionsgas mit einem Heizwert von etwa 8,5 MJ pro kg Gas reicht zur Deckung des gesamten Prozesswärmebedarfs von etwa 2,5 MJ pro kg Holz aus. Gemessen an dem Heizwert des eingesetzten Holzes von etwa 18 MJ/kg, ergibt sich damit für diesen erfindungsgemäßen Verflüssigungsprozess ein energetischer Gesamtwirkungs- grad von etwa 86 %. Damit wird mittels des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die thermodynamisch und chemisch sehr anspruchsvolle Aufgabe der thermochemischen Umwandlung von höhermolekularen organischen E- dukten unter Optimierung der Energiebilanz in niedermolekulare organische, bei Raumtemperatur flüssige Produkte, die frei von oder arm an He- teroatomen sind unter Berücksichtigung der anorganischen als auch der organischen Anforderungen bewältigt.

Als Anforderungen an die anorganische Chemie wird beispielsweise auf die Umsetzung von Hafenschlick verwiesen, einer gemäß obiger Definition organischen Substanz, die jedoch anorganische Komponenten enthält. Diese anorganische Komponenten liegen im Wesentlichen in einer verbesserten und von organischen Bestandteilen befreiten Form vorliegt, nach- dem sie dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen worden sind. Bei Hafenschlick, der mit Schwermetallen belastet ist, können die Schwermetalle quantitativ in der anorganischen Fraktion gebunden werden, damit die organischen Produkte schwermetallfrei sind. Gleichzeitig aber erfolgt die Einbindung der Schwermetalle in die anorganische Matrix derart, dass sie anschließend nicht mehr eluierbar sind, so dass die mineralische Produktfraktion vorteilhaft entweder deponiert oder beispielsweise im Baugewerbe eingesetzt werden kann und somit eine ökologische Entlastung der Umwelt erfolgt, nachdem das hochtoxische, ein Gefahrenpotential darstellende Hafenschlickmaterial dem erfindungsgemäßen Verfahren un- terzogen wurde.

Mittels dem vorliegenden Verfahren ist es überdies möglich, bei der Umwandlung der organischer Edukte wie z. B. Tier- und Knochenmehl gleichzeitig einerseits hochmolekulare, d. h. langkettige, organische Ver- bindungen selektiv zu cracken, also derart zu verkürzen, dass exakt der gewünschte Molekülkettenlängenbereich herauskommt, der beispielsweise bei Dieselöl mit einem Siedebereich vorzugsweise von 200 ⁰C bis 380 ⁰C etwa zwischen 11 und 21 C Atomen liegt, andererseits können die Hetero- atome unter möglichst geringen Verlusten an Kohlenstoff und Wasserstoff selektiv entfernt werden. Hierbei können Mineralstoffanteile gewünschte katalytische Wirkung entfalten. Vorteilhaft ist es möglich, mit- tels des dargelegten erfindungsgemäßen Verfahrens neben den anorganische Giftstoffen wie Schwermetallen auch organische Giftstoffe wie z. B. Prionen aus Tier- und Knochenmehl partiell oder vollständig aus den organischen Edukten zu eliminieren oder unschädlich zu machen und gleichzeitig bei umsichtiger Reaktionsführung die Entstehung neuer Gift- Stoffe wie z. B. Dioxine zu verhindern.

Somit liegt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein ökologisch und ökonomisch bedeutsames Verfahren zum Rohstoffrecycling vor.

Die FIG 2 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele eines horizontalen Reaktors 2 und FIG 6 ein Ausführungsbeispiel eines vertikalen Reaktors 2, der einen druckdicht von einer Wandung 32 umschlossenen Reaktionsraum 3 umfasst, der wiederum in eine Phasentrennzone 31 und eine Förderzone 30 unterteilt ist. Der Reaktor 2 wird üblicherweise auf Drücke von — 1 bar bis + 80 bar jeweils bezogen auf Atmosphärendruck ausgelegt.

Die Wandung 32 des Reaktionsraumes 3 ist in der Phasentrennzone 31 gemäß FIG 2 bis 5 überwiegend kugelförmig und gemäß FIG 6 annähernd zylindrisch und im Bereich der Förderzone 30 im Wesentlichen zylind- risch oder rohrförmig ausgebildet. Die Gestaltung des Reaktionsraumes 3 und seiner Wandung 32 ist aber nicht auf diese speziellen Formen beschränkt. Die Förderzone 30 mündet in die Phasentrennzone 31. In die Förderzone 30 münden wiederum seitlich zwei Einlasse 4 und 5 zum Einleiten von Rohstoff (oder: Edukt(en)) RS in die Förderzone 30. Die bei- den Einlasse 4 und 5 liegen einander gegenüber etwas außermittig zu einer Mittelachse A der Förderzone 30. Der Rohstoff RS wird unter einem Förderdruck, der größer ist als der im Reaktorraum 3 herrschende Prozessdruck, von einer nicht dargestellten Fördereinrichtung, insbesondere einer Extruderschneckenpresse, durch die Einlasse 4 und 5 in die Förderzone 30 gefördert. Die gesamte Förder- zone 30 sowie ein Teil der Phasentrennzone 31 ist mit einem Sumpf (o- der: einem Sumpfphasengemisch) S gefüllt, der aus verschienen Phasen und Substanzen besteht und insbesondere den Rohstoff RS und die daraus durch thermische und/oder katalytische Zersetzung oder Cracken entstandenen Reaktionsprodukte in fester, flüssiger und gasförmiger Phase als Phasengemisch umfasst.

Eine in der Förderzone 30 angeordnete und in FIG 3 auch bis in die Phasentrennzone 31 reichende Fördereinrichtung 12 umfasst eine Förderschnecke, die an einer von einem Drehantrieb 41 angetriebenen Drehwelle 21 befestigt ist und den Sumpf S oder das Phasengemisch mit dem Rohstoff RS in der Förderrichtung FR zur Phasentrennzone 31 befördert.

In einem oberen sumpffreien Bereich oberhalb des Spiegels des Sumpfes S der Phasentrennzone 31 nicht mit Sumpf S gefüllt und kann dadurch eine Dampfphase oder gasförmige Substanzen aus dem Sumpf S nach o- ben austreten und durch einen oberhalb oder am oberen Bereich der Trennzone 31 in der Wandung 32 vorgesehenen Auslass 6 nach oben über eine Auslassventileinrichtung 10 zur Druckreduzierung (Druckreduzierventil) abgeführt werden und als Nutzsubstanz für die niedermolekularen, insbesondere als Brennstoff verwendbaren Bestandteile weiter verarbeitet werden.

Im oberen Bereich der Trennzone 31 ist zusätzlich noch eine Überdruckschutzeinrichtung 1 1 vorgesehen, die üblicherweise ein Überdruckventil umfasst. Im unteren Bereich der Trennzone 11 sind in der Wandung 32 wenigstens ein und vorzugsweise mehrere Auslässe 7 vorgesehen, durch die ein Teil S' der Sumpfphase S über eine Rückführleitung 9, vorzugsweise unterstützt durch eine Fördereinrichtung 8, in die Förderzone 30 zurückgeführt wird, vorzugsweise in einem zur Förderrichtung FR des Rohstoffs RS stromaufwärts zu den Einlassen 4 und 5 gelegenen Einlassbereich 14. Die Fördereinrichtungen 8 in den Rückführleitungen 9 sind bevorzugt öl- oder gasbetriebene Pumpen, beispielsweise Schneckenpumpen, die beispielsweise mit einem Förderdruck von 1 bar (Differenzdruck) arbeiten können. In den Rückführleitungen 9 sind auch Heizungen 18 angeordnet, die insbesondere über Wärmerückgewinnung aus Prozesswärme oder gasbefeuert durch während des Prozesses entstehendes Brenngas oder ölbefeuert aus während dem Prozess entstehendem Öl betrieben werden kann oder auch mit Wärme aus anderen Prozessen, beispielsweise eines Blockheizkraft- werkes etc.

Die Richtung der Schwerkraft (Erdanziehungskraft, Gravitationskraft) G ist mit einem Pfeil gekennzeichnet und zeigt in den FIG 2 bis 6 nach unten. Bei dem horizontalen Reaktor 2 gemäß FIG 2 bis 5 sind die Förder- zone 30 und die Phasentrennzone 31 horizontal oder senkrecht zur

Schwerkraft G nebeneinander angeordnet und bei dem vertikalen Reaktor 2 gemäß FIG 6 vertikal oder parallel zur Schwerkraft G übereinander, wobei die Phasentrennzone 31 oberhalb der Förderzone 30 liegt. Die Förderrichtung FR verläuft beim horizontalen Reaktor 2 gemäß FIG 2 bis 5 horizontal oder orthogonal zur Schwerkraft G und beim vertikalen Reaktor 2 gemäß FIG 2 bis 5 vertikal und entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft G nach oben. Ansonsten sind die beiden Reaktortypen horizontaler Reaktor und vertikaler Reaktor ähnlich aufgebaut.

Wenn ein Rohstoff zumindest überwiegend in fester Form vorliegt, ist es vorteilhaft, den Rohstoff vor dem Einbringen in den Reaktor möglichst in zerkleinerter Form in Form von Partikeln z.B. als Pulver oder Granulat aufzubereiten, um eine möglichst große Wirkoberfläche für die Zersetzungsreaktion oder das Cracken zu erhalten. Beispielsweise wird bei Verwendung von Holz oder holzähnlichem Rohstoff vorzugsweise ein Holzmehl oder Holzpulver mit Partikelgrößen von typischerweise 0,5 mm zur Verfügung gestellt, wie beispielsweise aus der Holzpelletherstellung bekannt.

Bei Zersetzungsreaktionen oder VerÖlung unter Druck in dem Reaktor 2 können die Drücke bis zu 80 bar betragen. Hier werden nun jedoch auf- grund des dadurch erforderlichen entsprechend hohen Förderdrucks die Holzpartikel schon vor dem Eintritt in die Förderzone zusammengepresst und zusammengebacken, so dass der Holzrohstoff RS nicht in der gewünschten Form einzelner Partikel, sondern als zusammengebackene Masse mit einer unerwünscht hohen Dichte und Kompaktheit aus den Einläs- sen 4 und 5 in die Förderzone 30 eintritt.

Gemäß der Erfindung ist nun im Bereich der Einlasse 4 und 5 eine Zerkleinerungseinrichtung 20 angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel (FIG 3 und 4 und 5) aus mehreren parallel zueinander angeordne- ten und jeweils um die Achse A drehbaren Sägeblättern oder Sägeelementen 40 besteht, die mit beim Drehen wechselnden Teilbereichen ihres Außenumfang den Einlassen 4 und 5 zugewandt sind. Die zusammengepress- te Masse des Rohstoffes RS wird nun schon beim Eintritt in die Förderzone 30 aufgrund der Vielzahl von kleinen Sägezähnen der Sägeelementen 40 (vgl. FIG 4) wieder in kleine Partikel zerkleinert, wobei vorzugsweise wieder eine Partikelgröße in der Größenordndung von 0,5 mm angestrebt wird.

Die Sägeelemente 40 der Zerkleinerungseinrichtung 20 werden vorzugs- weise axial in Richtung der Drehachse A gesehen mit Öffnungen versehen oder in Form von offenen Stützstrukturen, beispielsweise wie bei einem Rad mit Nabe und Speichen, ausgebildet, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand gegen das in Förderrichtung FR strömende Medium des Sumpfes S zu bieten. Am Umfang werden eine Vielzahl von Schneidzähnen verteilt, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, zueinander angeordnet. Außer einer Sägeeinrichtung mit Sägezähnen kann auch eine Fräseinrich- tung mit Fräszähnen oder eine andere Schneideinrichtung zum mechanischen Zerkleinern des eintretenden Rohstoffs RS vorgesehen sein.

Die Sägeelemente 40 der Zerkleinerungseinrichtung 20 sind vorzugsweise an der Drehwelle 21 befestigt, die auch die Förderschnecke der Förderein- richtung 12 um die Drehachse A dreht, und drehen sich somit mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Förderschnecke mit. Es kann aber auch ein gesonderter Antrieb für die Zerkleinerungseinrichtung 20 vorgesehen sein.

Ferner weist der Reaktor 2 an der Unterseite der Phasentrennzone 31 einen weiteren Auslass 17 vor, der insbesondere als Rohrstutzen ausgebildet ist, zur Ausleitung von sich dort aufgrund der Schwerkraft G absetzenden schweren Bestandteilen des Reaktionsgemischs oder Sumpfes S. Die sich über den Auslass 17 ansammelnden schweren Bestandteile oder Auslass- produkte werden einer in FIG 3 nicht gezeigten Weiterbehandlung unterzogen. Insbesondere können diese schwereren Bestandteile des Sumpfes S über den Auslass 17 einer Phasentrennung zugeführt werden, wobei die Auslassprodukte am Auslass 17, beispielsweise von einem Separator, in feste und flüssige Bestandteile getrennt werden und dann vorzugsweise auch die flüssigen Bestandteile nochmals in niedrigviskosere Komponenten einerseits und dickflüssigere oder höherviskosere Anteile andererseits getrennt werden. Die festen Bestandteile können dann in einer in FIG 1 bis 5 nicht dargestellten Pyrolyseanlage weiter zersetzt und in niedermolekularere Nutzprodukte umgesetzt werden. Die dünnflüssigeren Bestand- teile können, da sie die niedermolekularen Produkte enthalten, dem Reaktionsraum 3 zurückgeführt werden. Die höherviskosen oder dickflüssigeren Bestandteile der Auslassprodukte am Auslass 17 werden dagegen in einer zweiten Stufe in einem zweiten Reaktor einer weiteren Zersetzungsreaktion unterzogen, insbesondere durch drucklose katalytische Zersetzung oder Crackreaktion.

Ein solcher Auslass 17 ist in der Regel auch bei den anderen Ausführungsformen gemäß FIG 2 und 4 bis 5 vorgesehen, dort jedoch nicht dargestellt.

Ferner ist eine Misch- und/oder Schereinrichtung 23 auf einer Drehwelle 22 drehbar angeordnet und gemäß FIG 3 am Übergangsbereich zur Förderzone 30 in der Phasentrennzone 31 angeordnet und umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß FIG 5 vier um 90 ° zueinander versetzt angeordnete Misch- und/oder Scherflügel 29, die nach Art von Rotorblättern ausgebildet sind und relativ scharfe Scherkanten aufweisen, um eine Scher- oder ggf. sogar Schnittwirkung für das durchtretende Medium mit dem Rohstoff RS und den Reaktionsprodukten und weiteren Komponenten des Sumpfes S zu erzielen.

In FIG 3 sind die Misch- und/oder Scherflügel 29 gekrümmt dem Verlauf der Wandung 32 des Reaktors 2 folgend ausgebildet und relativ nahe an der Wandung 32 angeordnet, um zusätzlich eine Reinigungswirkung für die Wandung 32 zu erzielen. Auch in FIG 6 folgen die radial zur Achse A nach außen weisenden Teile der Misch- und/oder Scherflügel 29 der Wandung 32 des Reaktors 2 und weitere axial zur Achse A verlaufende Teile der Misch- und/oder Scherflügel 29 verlaufen bis zum Wellenlager 24, wo sie befestigt sind. Die Misch- und/oder Scherflügel in FIG 6 haben somit eine Z-förmige Grundform in einem Axialschnitt. Auch dei Flügel 29 in FIG 3 können so ausgebildet sein wie in FIG 6.

Schließlich sind in der Phasentrennzone 31 des Reaktionsraumes 3 noch wenigstens eine Schabeinrichtung mit in FIG 3 drei an der Welle 22 drehbar befestigten Schabelementen 25 26 und 27 vorgesehen zum Abschaben von Rückständen an der inneren Oberfläche der Wandung 32 in der Pha- sentrennzone 31, insbesondere an den und um die Auslässe 6, 7 und 17.

Diese Schab- oder Reinigungswirkung kann auch durch Kombination oder bauliche Integration mit der Misch- und/oder Schereinrichtung 23 erreicht werden, beispielsweise indem die Flügel 29 um die Wandung 32 weiter herumgezogen werden, z.B. in FIG 6 auch entlang der seitlichen und vertikalen Wandungsbereiche der Wandung 32 in der Phasentrennzo- ne 31 verlaufen, und dann vorzugsweise an einem zweiten Ende ebenfalls innen wieder mit der Welle 22 verbunden werden und damit eine Bügelform aufweisen. Ebenso kann auch in der Förderzone 30 eine Schabeinrichtung für die Wandung vorgesehen sein.

Bevorzugt drehen sich die Misch- und/oder Schereinrichtung 23 und de- ren Mischflügel 29 (und die Schabelemente 25, 26 und 27) in entgegengesetzter Drehrichtung zu der Förderschnecke der Fördereinrichtung 12. Damit erreicht man eine stärkere Misch- und Scherwirkung. Die beiden Drehwellen 21 und 22 sind dazu miteinander in einem Wellenlager 24 gegeneinander frei um dieselbe Drehachse A drehbar verbunden und ge- trennt voneinander durch die zugehörigen Anriebe 41 und 42 angetrieben. Alternativ zu zwei getrennten Drehwellen kann in allen Aus führungs formen auch eine einzige durchgehende Drehwelle vorgesehen sein, so dass alle drehenden Komponenten im Reaktor 2 von demselben Antrieb und mit derselben Drehgeschwindigkeit angetrieben werden. Bei einer gemein- samen Drehwelle drehen sich Mischeinrichtung 23 und Fördereinrichtung 12 in der derselben Drehrichtung und in der Regel mit derselben Drehgeschwindigkeit. Die Ausbildung mit zwei getrennten Wellen 21 und 22 hat auch den Vorteil, dass nicht nur unterschiedliche Drehrichtungen, sondern auch unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten für die mechanischen Komponenten 23, 25, 26 und 27 in der Phasentrennzone 31 einerseits und die Fördereinrichtung 12 sowie die Zerkleinerungseinrichtung 20 in der Förderzone 30 andererseits eingestellt werden können. Insbesondere wenn ein Teil der Fördereinrichtung auch noch in der Phasentrennzone 31 angeordnet ist, ist dieselbe Drehrichtung bevorzugt.

Die Antriebe 41 und 42 können als Direktantriebe für die zugehörigen Wellen 21 bis 22 vorgesehen sein oder auch Getriebe oder andere Übersetzungseinrichtungen zwischen Motoren und Wellen umfassen. Als Motoren können Elektromotoren oder auch Hydromotoren oder öl- oder gasbetriebene Verbrennungsmotoren vorgesehen werden.

Der ganze Reaktor 2 ist vorzugsweise explosionsgeschützt ausgebildet.

Die FIG 7 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem erste Reaktor 50, einem zweiten Reaktor 60 und einem Pyrolysereaktor 70. Der Rohstoff RS wird an einem Eingang 51 dem ersten Reaktor 50 zugeführt und dort thermisch zersetzt. Das nutzbare Zersetzungsprodukt tritt als Dampfphase Dl an einem oben angeordneten Auslass 52 des ersten Reaktors 50 aus und kann beispielsweise durch Destillation weiter getrennt werden, um den Kraftstoff, z.B. Diesel oder Kerosin, und ggf. weitere Nutzprodukte zu erhalten. An einem Auslass 53 des ersten Reak- tors 50 tritt ein Auslassprodukt Al aus und wird kontinuierlich oder in einzelnen Chargen abgenommen und einem Separator 80 zugeführt, der das Auslassprodukt Al in einen im Wesentlichen festen Auslassproduktanteil Al S und einen im Wesentlichen flüssigen Auslassproduktanteil AlL trennt.

Der flüssige Auslassproduktanteil AlL wird in einem nachfolgenden Pha- sentrenner 81 in einen dünnflüssigen oder niedrigviskosen Auslassproduktanteil AlLl und einen dickflüssigeren oder hochviskosen Auslassproduktanteil A1L2 getrennt. Der dünnflüssigere Auslassproduktanteil AlLl enthält niedrigmolekulare Reaktionsprodukte und wird deshalb unmittelbar einem Eingang 54 des ersten Reaktors 50 zurückgeführt. Der höherviskose dickflüssigere Auslassproduktanteil A1L2 enthält dagegen höher- molekulare Komponenten und wird deshalb einem Eingang 61 des zweiten Reaktors zur weiteren und effizienteren Zersetzung in dem zweiten Reaktor 60 zugeführt. Dabei kann die Zersetzungsreaktion in dem zweiten Reaktor 60 spezifisch an die bei dem Zersetzungsprozess im ersten Reak- tor 50 entstehenden dickflüssigen Auslassproduktanteile A1L2 angepasst werden. Beispielsweise kann bei Holz als schwer zersetzbarem Rohstoff RS in dem ersten Reaktor 50 eine thermochemische Zersetzung unter hohem Druck erfolgen, während in dem zweiten Reaktor 60 eine im Wesentlichen drucklose oder nur unter einem niedrigeren Druck stattfindend ka- talytische Zersetzung oder Crackreaktion zum Cracken der höhermolekularen Anteile in dem Auslassproduktanteil A1L2 durchgeführt werden kann.

Auch am zweiten Reaktor 60 werden die Nutzprodukte an einem oben angeordneten Auslass 62 als Dampfphase D2 abgeführt und in der Regel durch Destillation weiter voneinander getrennt. Auch der zweite Reaktor 60 weist, vorzugsweise unten, einen Auslass 63 auf, an dem Auslassprodukte A2 kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen entnommen werden und einem Separator 82 zugeführt werden, der die Auslassproduk- te A2 wieder in feste Auslassproduktanteile A2S und flüssige Auslassproduktanteile A2L trennt. Die flüssigen Auslassproduktanteile A2L werden wieder von einem Phasentrenner 83 in dünnflüssige Auslassproduktanteile A2L1 und dickflüssige Auslassproduktanteile A2L2 getrennt.

Die dünnflüssigen Auslassproduktanteile A2L1 werden unmittelbar dem Eingang 61 des zweiten Reaktors 60 wieder zurückgeführt. Die dickflüssigen Auslassproduktanteile A2L2, die höhermolekulare, noch nicht gec- rackte Anteile enthalten, werden zur Erhöhung der Effizienz des Prozesses einer Impfeinrichtung 84 zugeführt, in der insbesondere in einem Misch- und/oder Rühr- oder Schleuderprozess wenigstens ein Katalysator K zugesetzt wird. Der geimpfte dickflüssige Auslassproduktanteil A2L2 + K wird nun dem Eingang 61 des zweiten Reaktors 60 zurückgeführt. Die Feststoffanteile Al S und A2S der Auslassprodukte Al und A2 werden von den Separatoren 80 und 82 jeweils unmittelbar einem Eingang 71 des Pyrolysereaktors 70 zugeführt und dort pyrolytisch zersetzt. Die entste- henden gasförmigen Zersetzungsprodukte werden über einen Ausgang 72 des Pyrolysereaktors 70 als Dampfphase D3 angeführt und weiter getrennt oder verwertet. An einem Auslass 73 des Pyrolysereaktors 70 anstehende Auslassprodukte A3 wie beispielsweise Teer können ebenfalls als Nutzprodukte weiter verwendet werden.

Es entsteht also gemäß FIG 7 und der vorstehenden Beschreibung gemäß der Erfindung ein Prozess und System, bei dem die Entstehung nicht verwertbarer Abfälle vermieden wird und der eingesetzte Rohstoff RS praktisch komplett zur Erzeugung von Nutzstoffen umgesetzt werden kann.

Bezugszeichenliste

O = organischer Anteil des Rohstoffes

A = anorganischer Anteil des Rohstoffes M = Metallanteile des Rohstoffes

W = Wasseranteile des Rohstoffes, Reaktionswasser und Frischwasser

K = feste Katalysatoren und Chemikalien

SO = flüssige Schwerölfraktion

F = feinkörnige Feststoffanteile G = Reaktionsgas

H₂ = Wasserstoff

R = fester und teerartiger Reaktionsrückstand

Ö1D = Öldampf

WD = Wasserdampf Öl = flüssige Ölfraktion

CO = Kohlenmonoxid

CO₂ = Kohlendioxid

RI, RII = Reaktor I, II

PI = Phasentrennungsstufe I von Gas-/Dampfphase und feststoffhaltiger Flüssigphase

PII = Phasentrennungsstufe II von grobkörnigem Feststoff mit Flüssig- phasenanteilen und Flüssigphase mit feinkörnigem Feststoffanteil

Pill = Phasentrennungsstufe III von Flüssigphase und Feststoffphase mit anhaftender Restflüssigphase PIV = Phasentrennungsstufe IV von Wasserphase und Ölphase

KI, KII = Kondensationsschritte I, II: Trennung von Gasphase und kondensierbarer Flüssigphase

GI = Gastrennung I von Reaktionsgas und Wasserstoff

GII = Gastrennung II von Kohlendioxid und Wasserstoff WDV = Wasserdampfvergasung

CO-Konvertierung = Kohlenmonoxid-Konvertierung 2 Reaktor

3 Reaktionsraum

4, 5 Einlass

6 Auslass

7 Auslass

8 Fördereinrichtung

9 Rückführleitung

10 Auslassventileinrichtung

11 Überdruck-Schutzeinrichtung

12 Fördereinrichtung

17 Auslass

18 Heizung

20 Zerkleinerungseinrichtung

21 , 22 Drehwelle

23 Misch- und/oder Schereinrichtung

24 Wellenlager

25, 26, 27 Schabelemente

29 Flügel

30 Förderzone

31 Phasentrennzone

32 Wandung

40 Sägeblätter

41 , 42 Antrieb

50 Reaktor

51 Einlass

52, 53 Auslass

54 Einlass

60 Reaktor

61 Einlass

62, 63 Auslass

70 Pyrolysereaktor

71 Einlass

80 Separator

81 , 83 Phasentrenner 84 Impfeinrichtung

RS Rohstoff

Rl Rohstoff aus Holz

D Dampfphase

Dl , D2, D3 Dampfphase

Al, A2 Auslassprodukt

AlS, A2S fester Auslassproduktanteil

AlL, A2L flüssiger Auslassproduktanteil AlLl dünnflüssiger Auslassproduktanteil

A1L2, A2L2 höherviskose dickflüssiger Auslassproduktanteil

A2L2 + K geimpfter dickflüssiger Auslassproduktanteil

AS Sumpfphase

S' rückgeführte Sumpfphase FR Förderrichtung

K Katalysator

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur thermochemischen Umsetzung von Edukten, die höhermolekulare organischen Komponenten enthalten, in niedermole- kulare Produkte, die organische, brennbare Produkte umfassen, a) in wenigstens zwei Stufen, wobei b) eine erste Stufe die folgenden Schritte umfasst: bl) Aufheizen wenigstens eines Eduktes zur Durchführung einer thermi- sehen Umwandlungsreaktion in einem Sumpf, wobei ein Reaktionsgemisch mit wenigstens zwei Phasen entsteht, b2) Abtrennen wenigstens einer ersten Phase und einer zweiten Phase aus dem Reaktionsgemisch, wobei die zweite Phase wenigstens ein niedermolekulares organisches und bei Raumtemperatur flüssiges, brennbares Produkt enthält, c) eine zweite Stufe die folgenden Schritte umfasst: cl) Aufheizen wenigstens eines Teils der ersten Phase des Reaktionsge- mischs aus der ersten Stufe zur Durchführung einer thermischen Umwandlungsreaktion, wobei wiederum ein Reaktionsgemisch mit wenigstens zwei Phasen entsteht und c2) Abtrennen einer Phase aus dem in der zweiten Stufe entstandenen Reaktionsgemisch, welche Phase wenigstens ein niedermolekulares organisches, brennbares Produkt enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Phase des in der ersten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs und/oder eine zweite Phase des in der zweiten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs eine im Wesentlichen feste Phase ist und vorzugsweise einer Pyrolysereaktion in der zweiten Stufe zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Phase(n), die wenigstens ein niedermolekulares organisches, brennbares Pro- dukt enthält, in der Gasphase oder Dampfphase aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird bzw. werden und anschließend vorzugsweise eine Stofftrennung, insbesondere durch Destillation, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Phase zumindest partiell in den Sumpf der ersten Stufe zurückgeführt wird und/oder bei dem die erste Phase des in der ersten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs und/oder eine zweite Phase ei- nes in der zweiten Stufe, vorzugsweise in einem Sumpf, entstandenen Reaktionsgemischs eine im Wesentlichen flüssige Phase ist und in eine dünnflüssigere Teilphase und eine dickflüssigere Teilphase getrennt wird und bei dem die dünnflüssigere Teilphase der Reaktion der jeweiligen Stufe zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in der zweiten Stufe eine kata- lytische Reaktion durchgeführt wird und die dickflüssige Teilphase der zweiten Phase des in der zweiten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs mit Katalysator(en) geimpft wird und dann der katalyti- sehen Reaktion der zweiten Stufe zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem die dickflüssigere Teilphase der ersten Phase des in der ersten Stufe entstandenen Reaktionsgemischs der Reaktion in der zweiten Stufe zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Stufe und/oder die zweite Stufe eine Hydrierungsreaktion des Reaktionsgemischs umfasst.

8. Verfahren zur thermochemischen Umsetzung von Edukten, die höhermolekulare organischen Komponenten enthalten, in niedermolekulare Produkte, die organische, vorzugsweise bei Raumtemperatur flüssige, brennbare Produkte umfassen, insbesondere Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung der Edukte zumindest eine erste Stufe umfasst mit den Schritten: - ein erstes Aufheizen zur Durchführungen einer thermischen Umwandlungsreaktion in einer ersten Sumpfphase, wobei ein Reaktionsgemisch mit drei Phasen entsteht,

- Durchführung einer ersten Hydrierungsreaktion des Reaktionsgemisches, - Durchführung einer ersten zumindest einstufigen Phasentrennung der drei Phasen, wobei eine erste Phase aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird, die zumindest eine die Umwandlungsreaktion katalysierende Komponente enthält, bei dem die erste Phase zumindest partiell in die erste Sumpfphase zurückgeführt wird, und eine zweite Phase aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird, welche zumindest einen Anteil an niedermolekularen organischen und bei Raumtemperatur flüssigen Produkten enthält, die frei oder arm sind an Heteroatomen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Umsetzung der Edukte zumindest eine zweite Stufe umfasst mit den die Schritten: - ein zweites Aufheizen zur Durchführungen einer thermischen Umwandlungsreaktion in einer zweiten Sumpfphase, wobei ein Reak- tionsgemisch mit drei Phasen entsteht,

- Durchführung einer Hydrierungsreaktion des Reaktionsgemisches,

- Durchführung einer zweiten zumindest einstufigen Phasentrennung der drei Phasen, wobei eine zweite erste Phase aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird, die zumindest eine die Umwandlungsreak- tion katalysierende Komponente enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite erste Phase zumindest partiell in die zweite und/oder erste Sumpfphase zurückgeführt wird, und eine zweite zweite Phase aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird, welche zumindest einen Anteil an niedermolekularen organischen und bei Raumtemperatur flüssigen Produkten enthält, die frei oder arm sind an Heteroatomen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die thermische Umwandlungsreaktion bei

- einer Temperatur aus einem Temperaturbereich von 200 °C bis 450 ⁰C, vorzugsweise von 290 °C bis 410 °C, und bei - einem Druck aus dem Bereich von 10^"1 bar bis 80 bar, vorzugsweise von 10^"1 bar — 16 bar, besonders bevorzugt von 1 bar — 16 bar erfolgt, wobei: entweder die erste Stufe bei einer Beaufschlagung mit Druck aus dem Bereich von 10^"1 bis 3 bar, und die zweite Stufe bei einer Beaufschlagung mit Druck aus dem

Bereich von über 1 bar bis zu 80 bar, vorzugsweise von über 1 bar bis zu 16 bar, durchgeführt wird, oder umgekehrt.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die thermische Umwandlungsreaktion ein Cracken oder ein destillatives Reinigen ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Stufe einen Pyrolyseschritt bei einer Temperatur bis zu

1400 ⁰C umfasst.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden, bei dem eine Beaufschlagung mit Druck unter Zuführung einer reduzierenden Komponente durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten Stufe in einem ersten Reaktor (RI) und die zweite Stufe in einem zweiten Reaktor (RII) durchgeführt wird, wobei vorzugsweise die Reaktoren (RI, RII) nacheinander geschaltet sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die erste abgetrennte Phase aus der ersten Stufe zumindest partiell in den zweiten Reaktor (RII) überführt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei einer Beaufschlagung mit Druck aus dem Bereich von 10^"1 bis 1 bar eine Verweildauer zur Umsetzung der Reaktionsmischung 5 bis 30 Sekunden im Reaktor (I, II) beträgt und/oder bei einer Beaufschlagung mit Druck aus dem Bereich von über 1 bar bis zu 80 bar, vor- zugsweise von über 1 bar bis zu 16 bar, eine Verweildauer zur Umsetzung der Reaktionsmischung im Reaktor (I, II) bis zu 3 Minuten beträgt.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verweildauer produktorientiert gesteuert wird und/oder bei dem während der Dauer des Verweilens zumindest einer der Schritte Strippen von leichtflüchtigen Komponenten oder Destillieren erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem zumindest ein Gas durch das Reaktionsgemisch in dem Reaktor (RI, RII) hindurchgeleitet wird, so dass das Strippen bewirkt wird, und/oder bei dem der Reaktor (RI₅RII) als Verdampfer bei einer Siedetemperatur des Reaktionsgemischesbetrieben wird, so dass das Destillieren erfolgt.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reaktionsgemische, insbesondere in den Reaktoren (RI, RII) und/oder während der Reaktion, einer mechanischen und/oder durch turbulente Strömungszustände herbeigeführten Durchmischung unterzogen werden.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oder die Edukt(e) vor der Durchführung der ersten Stufe einer Vorbehandlung unterzogen werden, wobei die Vorbehandlung der Eduk- te zumindest einen der Schritte:

- Zerkleinern, - Abtrennen von Metall (M),

- Abtrennen von Wasser (W), Trocknen,

- und Vorwärmen umfasst.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Stufe von einer Kondensation mit zumindest einem Kondensationsschritt (KI, KII) gefolgt wird, wobei kondensierbare Produkte kondensiert werden und wobei ein Reaktionsgas (G) und Wasserstoff (H₂) frei werden.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druck im Bereich von über 1 bar bis zu 80 bar, vorzugsweise von über 1 bar bis zu 16 bar, erzeugt wird mittels oder in einem Gas, umfassend Wasserstoff (H₂), wobei der Wasserstoff vorzugsweise zumindest partiell aus dem Prozess stammt, und/oder Kohlenmono- xid (CO), das in die Reaktoren (RI₅RII) eingebracht wird.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die in einem ersten Phasentrennungsschritt (PI) der ersten Phasentren- nung abgetrennte Phase, welche zumindest einen Anteil an niedermolekularen organischen und bei Raumtemperatur flüssigen Produkte enthält, die frei oder arm sind an Heteroatomen, einer Schrittab- folge mit einer Kondensation (KI), der Destillation, einer Kondensation (KII) und einer Phasentrennung einer vierten Phasentrennungsstufe (PIV) unterzogen wird.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die abgetrennte Phase, welche die schwerflüchtige Produktfraktion um- fasst, einer Schrittabfolge mit einer Phasentrennung einer zweiten Phasentrennungsstufe (PII) und einer dritten Phasentrennungsstufe (Pill) in dieser Abfolge unterzogen wird, wobei eine angereicherte Feststofffraktion entsteht, die einer Trocknung unterzogen wird, und wobei ein entstehender Schwerölanteil (SO) in zumindest eine Stufe oder einen Reaktor (RI, RII) zurückgegeben wird.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Durchführung zumindest eines der Schritte des Aufheizens, des

Vorwärmens und des Trocknens Energie benötigt wird, wobei diese Energie durch eine Verbrennung des Reaktionsgases (G) bereitgestellt wird und/oder bei dem zu seiner Durchführung elektrische Energie benötigt wird, wobei diese elektrische Energie durch den mit Druck beaufschlagten Reaktor (RI₅RII), der mit einer Expansionsanlage in Verbindung steht, über die eine Turbine zur Stromerzeugung betrieben wird, dem Verfahren zugeführt wird.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt der Zuführung zumindest einer der Substanzen

- Crackkatalysatoren,

- Hydrierkatalysatoren

- alkalische Chemikalien, vorzugsweise Calciumhydroxid, in zumindest einen der Reaktoren (RI, RII) umfasst.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oder die Edukt(e) wenigstens einen der nachfolgenden Rohstoffe - kontaminiertes oder nicht kontaminiertes Holz,

- Holzabfall,

- Biomasse und/oder Energiepflanzen,

- Pflanzenöle und/oder Tierfette, - Altöl, Schweröl, Bitumen und/oder Teer,

- halogenhaltiger oder nichthalogenhaltiger Kunststoffabfall,

- Elektrokabelabfall,

- Autoreifenabfall,

- Hausmüll, - Schlamm, insbesondere Klärschlamm und Baggerschlamm, Schlick, insbesondere Hafenschlick,

- Tier- und/oder Knochenmehl umfassen.

28. Verwendung eines niedermolekularen, organischen, bei Raumtemperatur flüssigen, brennbare Produktes, das Produktgas (G) und/oder Wasserstoff (H₂) als Brennstoff zur Verbrennung in einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass das niedermolekulare, organische, bei Raumtemperatur flüssige, brennbare Produkt nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 27 erzeugt worden ist.

29. Vorrichtung, insbesondere für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüchen 1 bis 27, zur thermochemischen Um- Wandlung von Edukten, die höhermolekulare organischen Komponenten umfassen, in niedermolekulare Produkte, die organische, vorzugsweise bei Raumtemperatur flüssige, brennbare Produkte umfassen, wobei die Vorrichtung umfasst:

- zumindest zwei beheizbare Reaktoren (RI, RII) mit zumindest je einem Einlass und einen Auslass zum Beschicken und Entleeren, wobei zumindest einer der Reaktoren (RI, RII) unter Druck setzbar ist, - zumindest ein Fördersystem zur Förderung von Edukt in den Reaktor (RI),

- zumindest eine Phasentrenneinrichtung zur Trennung von Reaktionsphasen, bei dem eine erste Phasentrenneinrichtung an dem ersten Reaktor (I) angeordnet ist, und die Reaktoren (RI, RII) miteinander in fluidischer Verbindung stehen, so dass eine erste abgetrennte Reaktionsphase, die schwer- flüchtige Komponenten enthält, von dem ersten Reaktor (RI) in eine zweite Phasentrenneinrichtung zur Abtrennung von katalysierende

Komponenten enthaltende Schwerölanteilen überführbar ist, wobei die zweite Phasentrenneinrichtung mit einer Vorrichtung zur Kreislaufführung der Schwerölanteile in den Reaktor (RI) ausgestattet ist, und wobei eine zweite abgetrennte Reaktionsphase, die leichtflüchti- ge Komponenten enthält, von dem ersten Reaktor (RI) in den zweiten Reaktor (RII) überführbar ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei dem dem zweiten Reaktor (RII) zumindest eine Kondensationseinrichtung (KI, KII) nachgeschaltet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, bei dem die erste Phasen- trenneinrichtungen in fluidischer Verbindung steht mit einer zweiten, dritten und vierten Phasentrenneinrichtung, wobei die erste Phasentrenneinrichtung vorzugsweise eine Destille, ein Stripper oder eine Rektifikationskolonne umfasst, die zweite Phasentrenneinrichtung und/oder die dritte Phasentrenneinrichtung eine Feststofftrenneinrichtung, vorzugsweise ein Fliehkraftabscheider wie ein Zyklon, oder eine Sedimentationsvorrichtung ist, und wobei die vierte Phasentrenneinrichtung eine Flüssig-Flüssig- Trenneinrichtung ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , bei dem zumindest einer der unter Druck setzbaren Reaktoren (RI, RII) mit zumindest einer Druckregulierung, vorzugsweise einem Kompressor oder einer Expansionsanlage, ausgestattet ist, wobei vorzugsweise die

Druckregulierung, insbesondere Expansionsanlage, mit einer Turbine zur Gewinnung von elektrischem Strom in Verbindung steht.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, bei dem der Reak- tor (RI_JRII) ein Rührkessel oder Rotationsreaktor ist mit zumindest einer Einrichtung zur Temperatureinstellung und zur Druckregelung ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 33, bei dem der Reak- tor (RI₅RII) in direkter oder indirekter Verbindung zu einer Gasbrennvorrichtung steht, so dass bei der zumindest einen Phasentrennung abgetrenntes brennbares Gas der Gasbrennvorrichtung zur Gewinnung von Brennenergie zugeführt werden kann.

35. Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Edukten, die höhermolekulare organischen Komponenten umfassen, in niedermolekulare Produkte, die organische bei Raumtemperatur flüssige, brennbare Produkte, insbesondere organische Kraftstoffe, umfassen, insbesondere Vorrichtung oder als Reaktor für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 34 und/oder zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 27, aufweisend: a) wenigstens einen Reaktionsraum zum Durchführen einer zumindest partiellen thermischen Zersetzungsreaktion oder Crackreaktion wenigstens eines Edukts, b) wenigstens einen Einlass zum Einbringen des oder der Edukte(s) in den Reaktionsraum, c) wenigstens einen Auslass zum Ausbringen der niedermolekularen Produkte aus dem Reaktionsraum d) wenigstens eine innerhalb des Reaktionsraumes angeordnete Zerkleinerungsvorrichtung zum mechanischen Zerkleinern des oder der Edukte(s)

wenigstens eine innerhalb des Reaktionsraumes angeordnete Misch- und/oder Schereinrichtung, die vorzugsweise wenigstens einen Misch- und/oder Scherflügel aufweist, zum Mischen und/oder Ho- mogenisieren des oder der Edukte(s) und/oder eines Reaktions- und/oder Phasengemischs im Reaktionsraum und/oder wenigstens eine, vorzugsweise rotierbare oder rotierende Schabelemente aufweisende, Schabeinrichtung zum Abschaben oder Reinigen von Oberflächen einer Wandung des Reaktionsraumes.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der wenigstens eine Zerkleinerungseinrichtung im Bereich des Einlasses für die Edukte angeordnet ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder Anspruch 36, bei der die Zerkleinerungseinrichtung wenigstens eine Schneideinrichtung oder Fräseinrichtung oder Sägeeinrichtung umfasst.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, bei der die Schneideinrichtung oder Fräseinrichtung oder Sägeeinrichtung wenigstens ein und vorzugsweise mehrere nebeneinander angeordnete jeweils um einen gemeinsame Drehachse rotierbare oder rotierende Schneid-, Säge- oder Fräselement(e) umfasst, dessen oder deren Umfangsseiten mit Schneid-, Säge- oder Fräszähnen versehen ist bzw. sind und vorzugsweise bei der Rotation abschnittsweise dem wenigstens einen Einlass zugewandt sind.

39. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einer in dem Reaktionsraum, vorzugsweise in einer Förderzone des Reaktionsraumes, angeordneten Fördereinrichtung, insbesondere einer Förderschnecke, zum Fördern des oder der Edukte(s) und/oder des oder der daraus entstehenden Reaktionsprodukte(s) und ggf. weiterer Substanzen in dem Reaktionsraum von dem wenigstens einen Einlass in eine Phasentrennzone des Reaktionsraumes, wobei vorzugsweise der wenigstens eine Auslass zum Ausbrin- gen der niedermolekularen Produkte aus dem Reaktionsraum an der

Phasentrennzone vorgesehen ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der eine gemeinsame Drehachse und vorzugsweise auch eine gemeinsame und/oder von einem ge- meinsamen Antrieb angetriebene oder antreibbare Drehwelle für die

Fördereinrichtung, insbesondere Förderschnecke, und die Zerkleinerungseinrichtung vorgesehen ist bzw. sind.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder Anspruch 40, bei der wenigs- tens eine Misch- und/oder Schereinrichtung in Förderrichtung der

Fördereinrichtung nach dem oder stromabwärts zu dem wenigstens einen Einlass für die Edukte und/oder in der Phasentrennzone oder an einem Übergangsbereich zwischen Förderzone und Phasentrennzone angeordnet ist.

42. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem weiteren, vorzugsweise in der Phasentrennzone vorgesehenen, Auslass des Reaktionsraumes, wobei vorzugsweise der Auslass für ein in dem Reaktionsraum vorhandenen Sumpf- oder Reakti- ons- und/oder Phasengemisch oder zum Ausleiten schwerer und/oder fester Komponenten und/oder Rückstände vorgesehen ist und/oder unten angeordnet ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42 mit wenigstens einer mit dem Auslass verbundenen Rückführleitung zum Rückführen des Sumpf- und oder Reaktions- und/oder Phasengemisches in die Förderzone, vorzugs- weise zu wenigstens einem Einlass stromaufwärts zu dem oder den

Einlass bzw. Einlassen für das oder die Edukt(e), wobei vorzugsweise in der Rückführleitung wenigstens eine Heizeinrichtung und/oder wenigstens eine Fördereinrichtung zum Heizen bzw. Fördern des Sumpf- und oder Reaktions- und/oder Phasengemisches vorgesehen ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der wenigstens ein Auslass mit einer Phasentrenneinrichtung verbunden ist, die wiederum vorzugsweise mit einem Einlass eines weiteren Reaktionsraumes oder Reak- tors verbunden ist..

45. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schabeinrichtung zum Abschaben oder Reinigen von Oberflächen der Wandung des Reaktionsraumes in der Phasentrennzone und vor- zugsweise im Bereich um den wenigstens einen oder jeden Auslass in dem Reaktionsraum oder der Phasentrennzone ausgebildet ist.

46. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine gemeinsame Drehachse und vorzugsweise auch eine gemeinsame und/oder von einem gemeinsamen Antrieb angetriebene oder antreibbare Drehwelle für die Schabeinrichtung oder die Schabelemente und wenigstens eine Misch- und/oder Schereinrichtung oder Misch- und/oder Scherflügel vorgesehen ist bzw. sind.

47. Vorrichtung nach Anspruch 40 und Anspruch 46, bei der die beiden Drehwellen koaxial aneinander relativ zueinander drehbar gelagert sind und/oder eine gemeinsame Drehachse für die Fördereinrichtung und die Zerkleinerungseinrichtung, für die Schabeinrichtung oder die Schabelemente und für die wenigstens eine Misch- und/oder Schereinrichtung vorgesehen ist bzw. sind.