WO2004092305A1 - Verfahren und vorrichtung zur katalytischen behandlung von reststoffen in kontinuierlich gereinigten und beheizten rohrbündelreaktoren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur katalytischen behandlung von reststoffen in kontinuierlich gereinigten und beheizten rohrbündelreaktoren Download PDF

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WO2004092305A1
WO2004092305A1 PCT/DE2003/001668 DE0301668W WO2004092305A1 WO 2004092305 A1 WO2004092305 A1 WO 2004092305A1 DE 0301668 W DE0301668 W DE 0301668W WO 2004092305 A1 WO2004092305 A1 WO 2004092305A1
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reactor
product
residues
oil
tube
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PCT/DE2003/001668
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Inventor
Jochen Herrlinger
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Hornig, Wolfgang
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/08—Cleaning containers, e.g. tanks
    • B08B9/0804—Cleaning containers having tubular shape, e.g. casks, barrels, drums
    • B08B9/0808—Cleaning containers having tubular shape, e.g. casks, barrels, drums by methods involving the use of tools, e.g. by brushes, scrapers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/08—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal with moving catalysts

Definitions

  • the invention is concerned with the treatment of residues from disposal in order to process them by catalytic treatment in a carrier oil bath with suspended molecular fine catalysts into a hydrocarbon fraction, the solid residue from inorganic constituents and elemental carbon and a small gas fraction to ensure the energy requirement of the process ,
  • the invention is therefore based on the object not to release the fuels contained in the residues in the form of hydrocarbons by reaction with oxygen by combustion or gasification, but to release them in material form by catalytic treatment with exclusion of air in an oil bath and to obtain them as a valuable substance. This serves to avoid the formation of C0 2 in the waste disposal and the production of fuels or fuels from the waste.
  • the residual material in the form of collected waste, operational oils, plastics or fibers that cannot be reprocessed, or dry agricultural residues that consist of a high proportion of hydrocarbons should remain in the oil bath until these hydrocarbons are separated as hydrocarbon vapor by catalytic molecular shortening.
  • This process has a number of disadvantages that affect the economics of performing the process. This affects the process as such as well as the type of catalyst and, above all, the availability of the system technology due to the pollution that occurs.
  • the process in the form according to the invention can only be carried out for a short time and only for a small group of the hydrocarbon-containing residues.
  • decomposition according to the invention is achieved only in the case of relatively pure waste oils and aliphatic hydrocarbons.
  • this system technology leads to a failure of the system, which questions the availability and thus the economic viability of the process. It turned out that the inventive process can only be maintained for a few days. Afterwards, a thorough cleaning of the reactor is absolutely necessary in order to suppress the effects of the deposits, which severely impair the heat transfer, and to be able to dispose of the deposits.
  • the object of the invention is therefore to find a process which continuously enables the catalytic decomposition of the hydrocarbons contained in the residues to form condensable hydrocarbon vapors in the form of fuels. To do this, a process must be found that avoids the disadvantages of the described process, enables continuous production and thus an economical implementation.
  • the object is thus achieved by a process for the catalytic oiling of hydrocarbon-containing residues in the liquid circuit, which is characterized in that the catalyst used is an ion-exchangeable catalyst, such as calcium aluminum silicate or sodium aluminum silicate, which are used in a heated oil bath circuit which is cleaned at the heat transfer points.
  • the catalyst used is an ion-exchangeable catalyst, such as calcium aluminum silicate or sodium aluminum silicate, which are used in a heated oil bath circuit which is cleaned at the heat transfer points.
  • the reaction mixture of carrier oil, suspended catalyst and added residues form the drive for a circulation of the oil or oil / steam mixture via a special cyclone with a separator underneath (inclined lamella clarifier) and a steam safety container with aerosol separation above it.
  • the input catalyst is only formed in its active form in a cycle by the input alkali aluminum silicates being formed by ion exchange in calcium aluminum silicate, the most suitable catalyst.
  • the heating is preferably carried out on the reaction tubes by electrical jacket heating elements. The electrical power required for this is generated in a power generation unit belonging to the system with diesel engines.
  • the diesel is the product of the system, which derives its drying capacity from the exhaust gas of the diesel engine.
  • this arrangement proves to be particularly safe and economical, since the unit only requires approximately 10% of the product of the system to generate the electrical current required by the system.
  • the losses of the system are particularly low in the arrangement, since the heat utilization in the system is high due to the insulation of the reactor and the exhaust heat of the exhaust, which is inevitable in diesel engines, is almost always required for the drying (thermal dewatering) of the input materials.
  • the possible excess pressure of the exhaust gas also enables economical drying and optimal mixing of the material and exhaust gas to be dried.
  • the oil bath circuit with the suspended catalysts is heated by electrical heating elements which are arranged concentrically around the reactor tubes. This avoids temperatures of over 400 ° C and any uncontrolled burns in the system.
  • the reactor has a feed pipe in the middle, which is equipped with a feed screw and a stirrer at the lower end, which transports the solid input materials into the suspension and, with the solid input materials, the catalysts and dissolved lime additives dissolved in the product.
  • the oil bath circuit is formed by the reactor, the hydrocyclone with an internal Venturi nozzle and the inclined lamella clarifier underneath.
  • an additional possibility is that the product vapor discharged upward from the cyclone is fractionated via a safety container with a droplet separator in a distillation column and subsequent condenser.
  • the product from the reflux ratio in the diesel boiling range from the second uppermost shot is mixed with 1-10% of the product from a lower shot in order to achieve the correct cetane number and the right lubricity for the injection pumps.
  • the solid residues accumulating in the inclined lamella clarifier are pre-dried using an inclined screw conveyor and are heated outside of the container by heating them Oil components are freed, the escaping product vapors are returned to the system.
  • the system receives its electricity from its own power generation unit, into which the product gases are introduced in the intake air and the exhaust gases generated are used for the thermal drying of the input materials.
  • the object is achieved in that the reaction tube is at least partially concentrically surrounded by a heating element over its entire length and the heating element lies at least partially on the reaction tube. This avoids uncontrolled temperature transitions and keeps the temperature below 400 ° C. This prevents flames and any burns in the system and prevents clogging.
  • the heating element is formed as an electric tubular heater or from a jacket made of catalytic honeycomb material, the jacket made of catalytic honeycomb material being heatable by an exhaust gas or hot air stream.
  • the An electric radiator is easy to regulate and control. Exhaust gas or hot air flow is generated by an oil or gas burner.
  • reaction tubes are arranged around a central tube arranged in the center of the reactor, wherein the central tube is designed as an inlet tube, via which solid substances or mixtures of substances can be conveyed into the reactor space.
  • a screw conveyor to be arranged in the feed tube.
  • the fixed entry is controlled and easily metered into the reactor.
  • the screw conveyor prefferably designed as a stirrer at one end. This allows the solid and liquid inputs to be mixed homogeneously with the catalyst and other additives.
  • an additional possibility is that a cleaning element is provided within each reaction tube, which is mounted coaxially to the reaction tube and is at least rotatably driven from outside the reactor. As a result, the areas of heat transfer are continuously cleaned. In connection with the tubular heaters, this guarantees a continuous heat transfer and accordingly a constant flow.
  • the cleaning element is designed as a shaft, around which a screw thread or blades are arranged, the distance between the screw thread or blades and the inner surface of the reaction tube being between 0.01 mm and 9 mm , This reliably removes residues and keeps the circuit clean.
  • the cleaning elements convey the residues in the flow direction of the reaction tubes.
  • the reactor has a cylindrical reactor vessel with a central axis, to which the inlet pipe, the screw conveyor and a maintenance nozzle are arranged concentrically. This achieves a simple and thermodynamically understandable structure of the reactor.
  • the reactor vessel is closed at the top with a cover through which the entry pipe is passed and on which the drive units for the cleaning elements are arranged. This ensures easy maintenance.
  • the inlet tube opens into the lower region of the reactor vessel and ends with an intermediate floor on which the reaction tubes start.
  • the entry goes directly into the mixing area and is fed directly into the reaction tubes after mixing.
  • an inlet line for liquid hydrocarbon mixtures, a feed line from the separating tank and a discharge line to the cyclone are provided on the reactor vessel.
  • the reactor can be integrated into an oil circuit through the discharge and supply lines.
  • the device has a burner, a sump heating container and a chimney and the reactor is connected to the sump heating container and the preheating on the flue gas side from the burner in the direction of the chimney.
  • the device has a separating tank and a cyclone designed as a hydrocyclone with an internal Venturi nozzle, and a circuit is formed by the reactor, the cyclone and the separating tank arranged under the cyclone, the oil as the conveying medium, suspending catalysts, residues and lime.
  • the oil circuit is simple to set up and easy to regulate.
  • the object of a method for the catalytic oiling of hydrocarbon-containing residues in a liquid circuit with a reactor as a heat exchanger is achieved in that the catalyst is an ion-exchangeable catalyst, such as calcium aluminum silicate or Sodium aluminum silicate are used, the mixture of hydrocarbon-containing residues and at least catalysts are heated in an oil bath circuit, the oil bath circuit having reaction tubes which can be heated and the reaction tubes on the inside at the heat transfer points being continuously cleaned during the oiling process.
  • the catalyst is an ion-exchangeable catalyst, such as calcium aluminum silicate or Sodium aluminum silicate are used
  • the mixture of hydrocarbon-containing residues and at least catalysts are heated in an oil bath circuit, the oil bath circuit having reaction tubes which can be heated and the reaction tubes on the inside at the heat transfer points being continuously cleaned during the oiling process.
  • the lime serves as an ion exchanger and is therefore an inexpensive regenerator for the catalyst, which can be returned to the oiling process.
  • the heated and mixed product is passed from the reactor into a cyclone and the product vapor discharged upward in the cyclone is fractionated via a safety container with a droplet separator in a distillation column and a subsequent condenser.
  • the product for combustion from an upper fraction is mixed with 1 to 10% of a lower fraction from the distillation column. This serves to achieve the correct cetane number and the right lubricity for the injection pumps.
  • the solid residues accumulating in the separating tank are pre-dried using a heatable screw conveyor and the oil components are removed from the outside of the separating tank by heating, the escaping product vapors being returned to the system via an oil vapor line.
  • the ceramic residues are continuously separated and dried with simultaneous steam recycling.
  • the end product produced by the oiling and product gases produced during the oiling are fed to a diesel engine which drives a generator and the exhaust gases generated by the diesel engine are used for the thermal drying of the input materials. This creates a closed recycling system.
  • Figure 1 shows the construction of a system with electrical pipe heating.
  • 3 shows the construction of a system with electrical pipe heating
  • 4 shows the structure of a reactor
  • Fig. 5 shows the construction of a system with a gas burner.
  • the reactor 1 shows a reactor 1, which is explained in more detail in FIGS. 2 and 2a.
  • the reactor 1 is connected via a pipeline to the cyclone 3 and to a separating tank 2 formed as an inclined vane clarifier.
  • the cyclone 3 is connected to a safety container 4 with an internal droplet separator, a so-called demistor.
  • the distillation column 5 is arranged above the containment 4. This is connected to the capacitor 6.
  • the reactor 1 is connected in the lower region to a preheating container 7, which has approximately the same structure as the reactor 1 and is connected to a flue gas pipe of the diesel-powered power generator 9.
  • the flue gas is led out of the preheating container 7 via a pipe 7.1.
  • the preheating container 7 is connected at the top to a condenser 8 for water. Units 7 and 8 are referred to as thermal drainage systems.
  • the preheating container 7 is connected in the lower region to the separating container 10 via a connecting line with a feed pump 29.
  • a feed pump 29 In the separating container 10 there is an overflow partition which separates the inlet zone of the feed line from the outlet zone to the preheating container 7.
  • the separating container 10 has, in addition to the inlet line, an upper and a lower water outlet line.
  • a solid separating container 11 and a vacuum pump 12 are provided on the side opposite the reactor 1, cyclone 3 and separating container 2, a solid separating container 11 and a vacuum pump 12 are provided. These are used for the separation of the product parts that do not belong to the product diesel or light heating oil and are generated from the substances of the input material containers 13, 14 and 15.
  • the container 13 receives the solid input materials for the oiling.
  • the container 14 is used as a metering container for the mixture of catalyst and product and the container 15 is used as a metering container for the mixture of lime and product.
  • the non-reactive solids components entered in the three containers 13, 14, 15 via the feed screw below them are deoiled in the heated screw conveyor 16.
  • the resulting oil vapor is passed into the safety container 4 via the oil vapor line 17.
  • the deoiled residues fall into the residue container 11.
  • coolers 18 are arranged to the side of the distillation column 5. This cools the products 19, 20, 21 and 22.
  • the composition of the products 19 to 22 is determined by the opening of the return valve 23, which sets the return ratio.
  • the water content contained in the product is in the divided into chambers 6 at the condenser Valve 24 eliminated.
  • a conductivity sensor opens and closes this valve depending on the water content.
  • the return valve 23 has a return line 25 which at the same time forms the drain line for the condenser 6.
  • the return line 25 is connected to the separating tank 26.
  • the separating container 26 is connected to the top of the condenser 6 via a product gas line 27. It is thereby achieved that the separating container 26 separates liquid portions from the product gas.
  • the separating tank 26 is connected to the cyclone filter 28 at the top via a pipe.
  • the cyclone filter 28, like the cyclone 3, has an extension of the inlet nozzle into the cyclone body with a venturi-like constriction. This means that even small liquid particles are reliably separated before the gas is fed into the diesel engine 9 via a pipeline with a vacuum pump 12.
  • FIGS 2 and 2a show the structure of the reactor essential for the function of the invention.
  • the reactor consists of a reactor vessel 30 with an internal screw conveyor 35.
  • the screw conveyor 35 has a stirrer in the lower region.
  • the screw conveyor 35 with stirrer is guided in an entry pipe 31.
  • Eight reaction tubes 32 are arranged circumferentially around the inner entry tube 31.
  • Each reaction tube 32 is surrounded by an electric heater 33, which is supplied with energy via an electric line 40.
  • a concentric insulation shell 34 is in turn arranged around each radiator 33.
  • the supply and discharge lines of the reactor vessel 30 necessary for the circulation are formed by pipe sockets 38 and 39.
  • a pipeline 37 and the screw conveyor 35 are provided in the middle as input material supply.
  • the reactor vessel 30 thus forms a load-bearing steel housing consisting of an upper and lower chamber, a connecting pipeline in the form of the central central tube 31 and the heated tubes 32 arranged circumferentially around it.
  • All pipes are insulated and the pipes 32 arranged around the central pipe are additionally electrically heated with pipe heating elements 33.
  • Driven cleaning spirals 36 are introduced into the tubes 32.
  • the cleaning spirals 36 are moved via a drive arranged outside the reactor. With each revolution of the cleaning spiral 36, the entire surface of the inner tube wall is swept once and thus cleaned.
  • the cleaning spiral 36 consists of a perforated screw conveyor. The holes ensure heat transfer in tube 32.
  • FIGS. 3, 4 and 4a show the method according to the invention.
  • Circulating oil circulates in the reactor 41 and is heated by the reactor 41.
  • the reactor 41 Heating elements in the form of electric radiators 73 included.
  • the heating elements are basically designed as tubular heaters.
  • FIGS. 4 and 4a The processes in detail are shown in FIGS. 4 and 4a.
  • Solid input materials are introduced into the reactor 41 via the inlet pipe 71. These are solid hydrocarbon-containing residues 53, catalyst 54 dissolved in the product and regenerator dissolved in the product in the form of lime 55. Liquid input materials, such as waste oils or fats, pass through the input material line 77 from the mechanical water separation 50 via the thermal water separation 47 into the lower region of the reactor 41.
  • the energy for the catalytic process is introduced into the reactor 41 via the tubular heating element 73 and supplied to the input materials.
  • the electrical energy is generated by combustion of the product in the diesel engine 49 with a generator connected downstream.
  • the waste heat from the diesel engine 49 also serves for the thermal water separation of the dewatering in the preheating container 47.
  • the preheating container 47 evaporates the water that accumulates in the condenser 48 and can be released.
  • the preheating container 47 is connected to the separating container 50 in the lower region via a connecting line with a feed pump 69.
  • the main reaction in the reactor 41 takes place in an oil circuit, which is formed by the reactor 41, the hydrocyclone 43 and the separating tank 42, which is designed as an inclined vane clarifier.
  • the circulation is accelerated by the heating of the reactor 41 and by the formation of product steam from the input residues.
  • Vapor formation is the result of the catalytic depolymerization process, i. H. the shortening of the molecule due to the catalytic cleavage.
  • the hydrocarbon molecules attach themselves to the catalyst.
  • the molecules shorten until the reaction temperature of 330 to 400 ° C, depending on the type of residue, has reached the evaporation temperature.
  • the product is specified with more than 95% diesel.
  • the catalyst is an ion exchanger. It neutralizes entered halogens with the cation attached to the catalyst to form salts even at temperatures below 300 ° C.
  • the advantage is exploited that the catalyst loses the attached cation through neutralization and is receptive to a new cation.
  • the regeneration of the cation is carried out by lime.
  • the catalyst sodium aluminum silicate or calcium aluminum silicate always regenerates itself into calcium aluminum silicate. This is the most active form of catalyst and has the lowest transition temperature and the highest selectivity, ie the greatest diesel yield.
  • the process with regard to the metering or concentration of the catalyst in the mixture is therefore a particularly easy to control process.
  • the catalyst can be metered in via the reaction temperature.
  • the production quantity at a set temperature is set via the catalyst concentration. This is comparable to the boron concentration in a nuclear power plant.
  • the preparation of the product contains a number of surprising effects that are of great importance for the economy of the process. It has now been found that the product from the so-called second shot is obtained in such a way that the reflux ratio is set via the reflux valve 63 such that the condensation temperature there is between 270 and 300 ° C., preferably at 285 ° C. This product is now not supplied to the diesel engine in pure form, but mixed with 2 to 8% of the product at the product outlet 59 in order to maintain the lubricity for the injection pump.
  • the non-condensable gases from the cooler 46 are passed via the product gas line 67 into the separating and product container 66 for light fractions 66 and from there via the cyclone filter 68 and the vacuum pump 52 into the diesel engine 49, which thus also contains combustible gas in the intake air ,
  • the solids accumulating in the circuit formed by the containers 41, 42 and 43 in the separating container 42 are deposited in the latter on the bottom. This process is intensified by the inclined slats, which prevent these substances from being whirled up.
  • the dried solid cake arrives in the residue container 51 and is disposed of or used from there.
  • the type of further use depends on the input materials. In the case of oils, tars and plastics, only a small amount of additional residue and 1% of used catalyst are created at this point.
  • dried carbon is produced here with paper, dry stabilizers, agricultural residues and dried waste. This has the quality of charcoal for agricultural input materials and therefore also serves as a clean fuel for problem wood as the halogens have already been retained as salt via the ion-exchanging catalyst.
  • the recycling of agricultural feedstocks and paper results in a proportion of water which can be removed via a valve 64 formed as a product water outlet.
  • a pH value transmitter is provided on valve 64, which is used to meter the amount of neutralizing agent 55. This achieves a neutral pH value 7, which excludes the chlorine in the product. This also excludes the substances dioxin, PCB and PCP in the product.
  • the reactor vessel 70 avoids deposits by the cleaning elements 76, which continuously clean the reaction tubes 72. This cleaning is sufficient if from time to time the cleaning shaft sweeps the entire surface in the pipes at a minimum distance of 0.5 to 1 mm from the wall. This does not require a closed screw, but only cleaning elements that clean the pipe section at a rotation of 360 ° C. This is done by means of a screw spiral 75 provided in the respective reaction tube 72.
  • paddles placed on a shaft are provided as cleaning elements.
  • the cleaning elements are provided with through openings to improve the heat exchange.
  • the screw spiral 75 inserted in the middle transports the solids supplied into the lower part of the reactor which contains the stirrer.
  • the stirring effect increases the melting of the plastics and hydrocarbons and the contact with the ion-exchanging catalyst and the distribution of the molecularly fine catalyst in the entire suspension.
  • the main part of the mixing occurs through the circulation of the liquid in the circuit.
  • the catalytic conversion according to the invention at temperatures below 400 ° C avoids the disproportionation of the hydrocarbon molecules to methane and coke.
  • the products created in this catalytic process with calcium aluminum silicate have the advantage that the carbon is formed even without pressure and without hydrogen. Although no additional hydrogen is added to the product, the resulting alkenes are fully sufficient in terms of product technology as diesel or heating oil. According to the invention, all CH 2 -containing starting materials, such as plastics, waste oils, tars and fats, can thus be converted directly to diesel oil, almost without by-products.
  • the reactor is designated by 81, which instead of the electric heating has a gas / oil burner 92 arranged laterally upwards.
  • the arrangement from top to bottom has the sense that if a reactor tube fails, no oil can escape to the outside, but is held in the reactor 81.
  • the cleaning systems 110 are arranged on the reactor 81. Instead of the insulation, catalytic honeycomb material is sandwiched between the reaction tubes in order to purify the flue gases and to better store the heat of the combustion.
  • the inlet tube for the solid input materials, catalyst and neutralizing agent is arranged in the same way as described in FIGS. 1 and 2.
  • the partially cooled flue gases pass into the evaporator of the distillation, which is designed as a sump heater 82. Evaporation is limited due to the partially cooled flue gases and there is no pyrolysis.
  • the flue gases enter the thermal drainage 83, in which the input material waste oil, bitumen or tar is freed from the absorbed water. This rises into the condenser 99 via the steam dome 84.
  • the flue gases cooled in the preheater reach the air preheater after the thermal drainage 99 and then through the chimney 98 to the environment. All of the devices through which the flue gas flows contain honeycomb catalysts that take on heat storage and flue gas cleaning.
  • a bypass line for 10% of the fuel gases formed is sent to the preheater, which is then filled with SCR, the denitrification catalysts.
  • the nitrogen oxides are then reduced in the catalysts in reaction with this gas.
  • the last layer in the flue gas space of the preheater is then an afterburning catalyst that burns the gases that are not reduced in the denitrification.
  • the feed materials such as bitumen, waste oils or fats
  • the mechanical drainage tank 85 which has an internal overflow weir that separates the water and drains it into a settling tank 106. There the remaining oil is separated upwards before the water is released.
  • the feed materials enter the thermal dewatering container 83, in which the water is separated off in vapor form, condensed and released.
  • the oil is preheated to temperatures between 200 and 300 ° C at the same time. From here, the preheated oils enter the reactor 81, which is circulated produces the product vapor for them. This product vapor, together with the unreacted carrier oil, the solid components and the cracked gas, reaches the cyclone 89.
  • the steam and the gas flow through the middle tube of the cyclone 89 into the safety tank 88 on which the safety valve 100 is located.
  • the droplet separators are located in the safety container so that only the pure product vapor rises. This steam reaches the distillation column 96 via the line 101. Condensing portions of the steam reach the sump container 82 and are vaporized there with the flue gas in order to increase the product quality and cleanliness in the column 96.
  • the column 96 has 5 tray groups, so-called wefts, which are connected to the outlets 97 and the product valves 114, 114, 116, 117 and 118. Of the outlets, only the outlet 114 is normally 95% open and the outlet 118 is 5% open. The mixture of the two products guarantees the diesel quality and the lubricity for the injection pumps. By regulating the return valve 103, which returns a small part of the product condensed in the cooler 101, the separating action and quality of the diesel is regulated.
  • the extrusion screw 94 is driven by a screw drive 108. From this the press cake arrives in a ceramizer 87. This consists of 3 parts, a burner 91 for the start of the combustion, the thermal oil removal 93, a smoldering drum 93 with an internal smoldering screw and heating by the flue gas and a combustion chamber 87.
  • the press cake from the Press screw 94 first gets into the smoldering drum 93. There, the product steam is released and returned to the safety container 88 via the oil vapor return 105 to the safety container 88.
  • the internal smoldering screw presses the dry residue into the combustion chamber 87, in which the combustible portions of the dried-out residue are burned and thus the energy for the smoldering drum 93 is obtained.
  • the remaining energy is made available for air preheating and domestic heating.
  • a container with a diameter of 600 mm and a height of 1300 mm is connected to a cyclone with a diameter of 450 mm and a length of 800 mm. This has an internal venturi tube to improve the separation effect.
  • a safety container with a diameter of 1000 mm and a height of 1000 mm is arranged above the cyclone. Below the cyclone is a settling tank with a diameter of 800 mm and a height of 1050 mm.
  • Sloping plates are built into the container, which represent the calming zone.
  • a screw conveyor which is electrically heated outside the reactor and extends with the tip to the bottom of the vessel. It has a diameter of 120 mm inside and a length of 2400 mm.
  • a bell-bottom column with a diameter of 300 mm and a height of 3,600 mm is located on the safety container.
  • This distillation column is connected to a top condenser with a length of 1300 mm and a diameter of 220 mm.
  • Heating system where this cooler acts as a water / water heat exchanger.
  • the oil preheating tank has a diameter of 800 mm and a height of 1250 mm. It is connected to a capacitor with a diameter of 200 mm and a length of 850 mm. Both condensers are connected to separation tanks with a diameter of 800 mm and a length of 1250 mm, which have a connection to the vacuum pump at the top. This creates a negative pressure of 0.1 bar, i.e. 0.9 bar absolute. On the pressure side, the vacuum pump is connected to the diesel engine with an output of 635 kW.
  • the storage containers have the following dimensions,
  • the distillation column has 4 heat sinks with a diameter of 150 mm and a height of 250 mm.
  • the containers have solenoid valves or feed and discharge devices pneumatically equipped valves. These valves are located on the oil supply, the tank bottoms and the sections of the distillation column.
  • the diameter of the product lines for the product coming from the distillation column is 1 inch.
  • the gaseous product is fed to the motor on the vacuum pump with a diameter of 60 mm.
  • the liquid separator in the gas line in front of the vacuum pump has a diameter of 180 mm and a height of 300 mm.
  • the vacuum pump has a gas output of 1 m 3 / h.
  • the feed screw with the stirrer is located on the reactor.
  • the feed screws have a diameter of 150 mm and a length of 2000 mm.
  • the feed screw with the stirrer attached to it has a diameter of 150 mm and a length of 1800 mm.
  • the cleaning screws in the reactor tubes have a diameter of 67 mm and a length of 1400 mm.
  • a swap body with a diameter of 600 mm and a height of 800 m is attached to the electrically heated drying screw of the inclined lamella clarifier, which discharges the solid residues.
  • the connecting lines of the cooling water circuit are 1 inch and the connecting lines between the reactor, cyclone and settling tank are 150 mm.
  • this arrangement brings between 40 and 90% of the mass of hydrocarbons present in the feedstock at a temperature in the reactor of 350-400 ° C. and a continuous supply of 1% catalyst.
  • the high levels of efficiency are achieved with input materials with a high hydrogen content, such as waste oils, plastics and fats.
  • the low efficiencies are associated with the production of carbon-containing residues, which result from the disproportionation of the CH substances input to CH 2 and C.
  • Halogenated substances are completely dehalogenated.
  • PVC loses its chlorine through ion exchange with the catalyst, which forms salt.
  • Reference symbol list for FIG. 1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die es ermöglicht, aus den meisten kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen, wie Kunststoffe, Öle, Fette, getrocknetem Müll, Holz, Papier, Faulschlamm und landwirtschaftliche Rückstände und Fasern katalytisch mit speziellen ionentauschenden Katalysatoren im Öl-Katalysator-Suspensions-Kreislauf ein Öl zu erzeugen, dass dieselmotorisch verwendet werden kann und keinerlei Giftstoffe durch Halogenverbindungen aufweist, da die Halogene als Salz gebunden werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von Reststoffen in kontinuierlich gereinigten und beheizten Rohrbündelreaktoren
Die Erfindung befasst sich mit der Behandlung von Reststoffen aus der Entsorgung, um diese durch katalytische Behandlung in einem Trägerölbad mit suspendierten molekular feinen Katalysatoren aufzuarbeiten in eine Kohlenwasserstofffraktion, den festen Rückstand aus anorganischen Bestandteilen und elementaren Kohlenstoff und einer kleinen Gasfraktion zur Sicherstellung des Energiebedarfes des Prozesses.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die in den Reststoffen enthaltenen Brennstoffe in Form von Kohlenwasserstoffen nicht durch Reaktion mit Sauerstoff durch die Verbrennung oder Vergasung freizusetzen, sondern diese durch katalytische Behandlung unter Luftausschluss im Ölbad in stofflicher Form freizusetzen und als Wertstoff zu gewinnen. Dieses dient der Vermeidung der Bildung von C02 in der Reststoffentsorgung und der Herstellung von Brennstoffen oder Treibstoffen aus den Reststoffen.
Der Reststoff in Form von gesammelten Müll, betrieblicher, nicht wieder aufarbeitbarer Öle, Kunststoffe oder Fasern oder trockener, landwirtschaftlicher Reststoffe, die aus einen hohen Anteil von Kohlenwasserstoffen bestehen, soll so lange im Ölbad verweilen bis durch katalytische Molekülverkürzung diese Kohlenwasserstoffe als Kohlenwasserstoffdampf abgetrennt werden.
Bekannt ist dieses Verfahren durch die Patentschrift DE 100 49 377 C2. In dem Patent wird ein solcher Pro∑ess beschrieben, bei dem in einem Ölkreislauf mit einem Natriumaluminiumsilikat als Katalysator diese Zerlegung der Reststoffe in ein Kohlenwasserstoff-Produkt in Form von Treibstoff und etwas Gas und dem nach unten ausgetragenen anorganischen und kohlenstoffhaltigen Feststoff erfolgt.
Dieser Prozess enthält eine Reihe von Nachteilen, die die Wirtschaftlichkeit der Durchführung des Prozesses beeinträchtigen. Das betrifft den Prozess als solchen als auch die Art des Katalysators und vor allem die Verfügbarkeit der Anlagentechnik auf Grund der sich einstellenden Verschmutzung.
Der Prozess ist in der erfindungsgemäßen Form nur kurzzeitig und nur für eine kleine Gruppe der kohlenwasserstoffhaltigen Rückstände ausführbar. So wird nur bei relativ reinen Altölen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen eine erfindungsgemäße Zersetzung erreicht. Bei einem Großteil der möglichen Einsatzstoffe, wie getrockneten Hausmüll, Holz, füllstoffhaltigen Kunststoffen und getrockneten landwirtschaftlichen Produkten führt diese Anlagentechnik zu einem Versagen des Systems, der die Verfügbarkeit und somit die Wirtschaftlichkeit des Prozesses in Frage stellt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass der erfinderische Prozess nur wenige Tage aufrecht erhalten werden kann. Danach ist eine gründliche Reinigung des Reaktors unbedingt notwendig, um die Wirkungen der Ablagerungen, die den Wärmeübergang stark beeinträchtigen zu unterdrücken und die Ablagerungen entsorgen zu können.
Dieses ergibt sich dadurch, dass die zur Beheizung der Rohre eingeleiteten Gase an den Stellen mit der höchsten Abgastemperatur eine partielle Zersetzung des Gemisches bewirken, die die periodische Reinigung erforderlich macht. Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, einen Prozess zu finden, der die katalytische Zersetzung der in den Reststoffen enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu kondensierbaren Kohlenwasserstoffdämpfen in Form von Treibstoffen kontinuierlich ermöglicht. Dazu muss ein Prozess gefunden werden, der die Nachteile des geschilderten Prozesses vermeidet, eine kontinuierliche Produktion und damit eine Wirtschaftlichkeit der Umsetzung ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe somit durch ein Verfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen im Flüssigkreislauf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Katalysator ionentauschfähige Katalysatoren, wie Kalziumaluminiumsilikat oder Natriumaluminiumsilikat, verwendet werden, die in einem geheizten und an den Wärmeübertragungsstellen gereinigten Ölbadkreislauf eingesetzt werden.
Hierdurch wurde überraschenderweise gefunden, dass es eine Anlagenkonstellation, ein Katalysator und ein Verfahren gibt, das die Umsetzung von kohlenwasserstoffhaltigen Reststoffen relativ vollständig zu Treibstoffdampf, sauber abgetrennten anorganischen Feststoffen und einer geringen Menge an Spaltgas so durchführt, dass das Treibstoffprodukt auch bei höheren Halogenbelastungen des Eingangsproduktes frei an Schadstoffen, wie Dioxine und andere halogenhaltige Verbindungen ist.
Dabei ergibt sich eine vollständig andere Anlage, Katalysator und Verfahren als in dem Stand der Technik beschrieben. Nur so lässt sich die unwirtschaftliche Verfügbarkeit von max. 30 % auf die wirtschaftliche Verfügbarkeit von 80 bis 95 % erhöhen, die katalytische Aktivität während des ganzen Betriebes auch für die unterschiedlichen Einsatzstoffe erhalten und die Trennung der festen, anorganischen Rückstände aus den Einsatzstoffen vollständig gewinnen, d. h. ohne externen Service aus der Anlage entfernen.
Möglich wird dieses durch die Verlegung der Reaktion des Reaktionsgemisches aus Trägeröl, suspendierten Katalysator und eingegebenen Reststoffe in die beheizten Rohrbündel, die ein kontinuierliches Reinigungssystem besitzen. Die dabei entstehenden Produktdämpfe (Treibstoffdämpfe) bilden den Antrieb für einen Kreislauf des Öles bzw. Öl-/Dampf-Gemisches über einen Spezialzyklon mit darunter liegendem Abscheider (Schräglamellenklärer) und darüber liegenden Dampfsicherheitsbehälter mit Aerosolabscheidung. Der eingegebene Katalysator wird in seine aktive Form erst im Kreislauf gebildet, indem die eingegebenen Alkalialuminiumsilikate durch lonentausch in Kalziumaluminiumsilikat, dem am besten geeigneten Katalysator, gebildet werden. Die Beheizung wird vorzugsweise an den Reaktionsrohren durch elektrische Mantelheizkörper vorgenommen. Der dazu benötigte elektrische Strom wird in einer zur Anlage gehörenden Stromerzeugungseinheit mit Dieselmotoren erzeugt. Der Diesel ist das Produkt der Anlage, die ihre Trocknungskapazität aus dem Auspuffgas des Dieselmotors bezieht.
Überraschenderweise zeigt sich diese Anordnung als besonders sicher und wirtschaftlich, da die Einheit nur ca. 10 % des Produktes der Anlage zur Erzeugung des von der Anlage benötigten elektrischen Stromes benötigt. Die Verluste der Anlage sind in der Anordnung dadurch besonders niedrig, da die Wärmeausnutzung in der Anlage durch Isolation des Reaktors hoch und die in Dieselmotoren zwangsläufig anfallende Abwärme des Auspuffes fast immer vollständig für die Trocknung (thermische Entwässerung) der Eingangsstoffe benötigt wird. Der mögliche Überdruck des Auspuffgases ermöglicht zudem eine wirtschaftliche Trocknung und optimale Vermischung von zu trocknenden Gut und Auspuffgas.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Beheizung des Ölbadkreislauf mit den suspendierten Katalysatoren durch elektrische Heizkörper erfolgt, die konzentrisch um die Reaktorrohre angeordnet sind. Dadurch lassen sich Temperaturen von über 400°C und jegliche unkontrollierten Verbrennungen im System vermeiden.
Ferner ist vorteilhaft, dass der Reaktor in der Mitte ein Zufuhrrohr besitzt, das mit einer Zufuhrschnecke und am unteren Ende einen Rührer bestückt ist, die die festen Eingangsstoffe in die Suspension transportiert und mit den festen Eingangsstoffen die in Produkt gelösten Katalysatoren und gelösten Kalkzusätze.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass der Ölbadkreislauf durch den Reaktor, den Hydrozyklon mit innenliegender Venturidüse und dem darunter liegenden Schräglamellenklärer gebildet wird.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der aus dem Zyklon nach oben ausgetragenen Produktdampf über einen Sicherheitsbehälter mit Tropfenabscheider in einer Destillationskolonne und nachfolgenden Kondensator fraktioniert wird.
Ferner ist es vorteilhaft, dass das Produkt durch das Rücklaufverhältnis im Dieselsiedebereich aus dem zweitobersten Schuss gemischt wird mit 1-10 % des Produktes aus einem unteren Schuss zur Erzielung der richtigen Cetanzahl und der richtigen Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpen.
Vorteilhaft ist es auch, dass die im Schräglamellenklärer anfallenden festen Rückstände über eine Schrägförderschnecke vorgetrocknet und außerhalb des Behälters durch Beheizung von den Ölbestandteilen befreit werden, wobei die austretenden Produktdämpfe in die Anlage zurückgeleitet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Anlage ihren Strom aus einem eigenen Stromerzeugungsaggregat erhält, in das in der Ansaugluft die Produktgase eingeleitet werden und die erzeugten Auspuffgase zur thermischen Trocknung der Eingangsstoffe verwendet werden.
Zudem wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Reaktionsrohr über seine gesamte Länge zumindest teilweise konzentrisch von einem Heizelement umgeben ist und das Heizelement zumindest teilweise am Reaktionsrohr anliegt. Dadurch werden unkontrollierte Temperaturübergänge vermieden und die Temperatur unter 400°C gehalten. Damit werden Flammen und jegliche Verbrennungen im System vermieden und ein Verstopfen verhindert.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Heizelement als elektrischer Rohrheizkörper oder aus einem Mantel aus katalytischem Wabenmaterial gebildet ist, wobei der Mantel aus katalytischem Wabenmaterial durch einen Abgas- oder Heißluftstrom heizbar ist. Der Ein elektrischer Heizkörper ist einfach regel- und steuerbar. Abgas- oder Heißluftstrom wird durch einen Öl- oder Gasbrenner erzeugt.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Reaktionsrohre um ein im Zentrum des Reaktors angeordnetes Mittelrohr herum angeordnet sind, wobei über das Mittelrohr als Eintragsrohr ausgebildet ist, über das feste Stoffe oder Stoffgemische in den Reaktorraum förderbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass im Eintragsrohr eine Förderschnecke angeordnet ist. Der feste Eintrag wird dadurch kontrolliert und einfach dosierbar in den Reaktor geleitet.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Förderschnecke an einem Ende der als Rührer ausgebildet ist. Dadurch lassen sich die festen und die flüssigen Einträge mit dem Katalysator und sonstigen Zusätzen homogen vermischen.
Hierdurch wird erreicht, dass die Förderschnecke feste Eingangsstoffe in eine Suspension im unteren Bereich des Reaktors transportiert und die mit den festen Eingangsstoffen im Produkt gelösten Katalysatoren und Kalkzusätze mit dem Rührer mischt.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass innerhalb jedem Reaktionsrohr ein Reinigungselement vorgesehen ist, das koaxial zum Reaktionsrohr gelagert und von außerhalb des Reaktors zumindest drehbar angetrieben ist. Dadurch werden die Bereiche der Wärmeübertragung kontinuierlich gereinigt. Dies garantiert im Zusammenhang mit den Rohrheizkörpern einen kontinuierlichen Wärmeübergang und entsprechend einen gleichbleibenden Durchfluss. Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass das Reinigungselement als Welle ausgebildet ist, um die herum ein Schneckengewinde oder Schaufeln angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen dem Schneckengewinde oder den Schaufeln und der Innenfläche des Reaktionsrohres zwischen 0,01 mm und 9 mm beträgt. Dadurch werden Rückstände zuverlässig gelöst und der Kreislauf sauber gehalten. Dabei fördern die Reinigungselemente die Rückstände in Durchflussrichtung der Reaktionsrohre.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass der Reaktor einen zylindrischen Reaktorbehälter mit einer Mittelachse aufweist, zu der konzentrisch das Eintragsrohr, die Förderschnecke und ein Wartungsstutzen angeordnet ist. Dadurch wird ein einfacher und thermodynamisch fassbarer Aufbau des Reaktors erreicht.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass der Reaktorbehälter nach oben hin mit einem Deckel abgeschlossen ist, durch den das Eintragsrohr durchgeführt ist und auf dem die Antriebsaggregate für die Reinigungselemente angeordnet sind. Dies gewährleistet eine einfache Wartung.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass das Eintragsrohr im unteren Bereich des Reaktorbehälters mündet und mit einem Zwischenboden abschließt, an dem die Reaktionsrohre ansetzen. Dadurch gelangt der Eintrag direkt in den Mischbereich und wird nach dem Mischen direkt in die Reaktionsrohre geleitet.
Zudem ist es vorteilhaft, dass am Reaktorbehälter eine Eingangsstoffleitung für flüssige Kohlenwasserstoffgemische, eine Zuleitung vom Abscheidebehälter und eine Ableitung zum Zyklon vorgesehen ist. Durch die Ab- und Zuleitung ist der Reaktor in einen Olkreislauf integrierbar.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass die Vorrichtung einen Brenner, einen Sumpfheizungsbehälter und einen Schornstein aufweist und der Reaktor mit dem Sumpfheizungsbehälter und der Vorwärmung rauchgasseitig vom Brenner in Richtung Schornstein verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Abscheidebehälter und einen als Hydrozyklon ausgebildeten Zyklon mit innenliegender Venturidüse aufweist und durch den Reaktor, den Zyklon und dem unter dem Zyklon angeordneten Abscheidebehälter ein Kreislauf gebildet wird, der Öl als Fördermedium, suspendierende Katalysatoren, Reststoffe und Kalk aufnimmt. Dadurch wird der Olkreislauf einfach aufgebaut und ist einfach regel- und steuerbar.
Ferner wird die Aufgabe, ein Verfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen in einem Flüssigkreislauf mit einem Reaktor als Wärmetauscher dadurch gelöst, dass als Katalysator ionentauschfähige Katalysatoren, wie Kalziumaluminiumsilikat oder Natriumaluminiumsilikat verwendet werden, das Gemisch kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen und mindestens Katalysatoren in einem Ölbadkreislauf erhitzt werden, wobei der Ölbadkreislauf Reaktionsrohre aufweist, die heizbar sind und die Reaktionsrohre innen an den Wärmeübertragungsstellen während des Verölungsprozesses kontinuierlich gereinigt werden. Dadurch wird die Verfügbarkeit und der Wirkungsgrad wesentlich erhöht.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass zusätzlich Kalk zugeführt wird. Der Kalk dient als Ionenaustauscher und ist somit ein kostengünstiger Regenerator für den Katalysator, der dem Verölungsprozess wieder zugeführt werden kann.
Vorteilhaft ist es ferner, dass das erhitzte und gemischte Produkt vom Reaktor in einen Zyklon geleitet wird und der im Zyklon nach oben ausgetragene Produktdampf über einen Sicherheitsbehälter mit Tropfenabscheider in einer Destillationskolonne und einem nachfolgenden Kondensator fraktioniert wird.
Schließlich ist es von Vorteil, dass das Produkt zur Verbrennung aus einer oberen Fraktion mit 1 bis 10% einer unteren Fraktion aus der Destillationskolonne gemischt wird. Dies dient der Erzielung der richtigen Cetanzahl und der richtigen Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpen.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass(7) die im Abscheidebehälter anfallenden festen Rückstände über eine beheizbare Förderschnecke vorgetrocknet und außerhalb des Abscheidebehälter durch Beheizung von den Ölbestandteilen befreit wird, wobei die austretenden Produktdämpfe über eine Öldampfleitung in die Anlage ∑urückgeleitet werden. Damit werden die keramischen Rückstände kontinuierlich abgeschieden und bei gleichzeitiger Dampfrückführung getrocknet.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass das durch die Verölung erzeugte Endprodukt sowie bei der Verölung entstehende Produktgase einem Dieselmotor zugeführt werden, der ein Stromaggregat antriebt und die vom Dieselmotor erzeugten Abgase zur thermischen Trocknung der Eingangsstoffe verwendet werden. Dadurch wird ein abgeschlossenes Verwertungssystem geschaffen.
Weitere wesentliche Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und vor allem in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 den Aufbau einer Anlage mit elektrischer Rohrheizung;
Fig. 2 den Aufbau eines Reaktors;
Fig. 2a den Querschnitt eines Reaktors;
Fig. 3 den Aufbau einer Anlage mit elektrischer Rohrheizung; Fig. 4 den Aufbau eines Reaktors;
Fig. 4a den Querschnitt eines Reaktors;
Fig. 5 den Aufbau einer Anlage mit Gasbrenner.
In Figur 1 ist ein Reaktor 1 dargestellt, der in Figur 2 und 2a näher erläutert ist. Der Reaktor 1 ist über eine Rohrleitung mit dem Zyklon 3 und einem als Schräglamellenklärer gebildeten Abscheidebehälter 2 verbunden. Der Zyklon 3 ist mit einem Sicherheitsbehälter 4 mit innenliegenden Tröpfchenabscheider, einem sogenannten Demistoren verbunden. Oberhalb des Sicherheitsbehälters 4 ist die Destillationskolonne 5 angeordnet. Diese ist mit dem Kondensator 6 verbunden.
Der Reaktor 1 ist im unteren Bereich mit einem Vorwärmbehälter 7 verbunden, der etwa den gleichen Aufbau wie der Reaktor 1 aufweist und mit einem Rauchgasrohr des dieselbetriebenen Stromerzeugers 9 verbunden ist. Das Rauchgas wird vom Vorwärmbehälter 7 über ein Rohr 7.1 nach außen geführt. Der Vorwärmbehälter 7 ist nach oben mit einem Kondensator 8 für Wasser verbunden. Die Einheit 7 und 8 werden als thermische Entwässerungsanlage bezeichnet.
Der Vorwärmbehälter 7 ist im unteren Bereich über eine Verbindungsleitung mit Speisepumpe 29 mit dem Abscheidbehälter 10 verbunden. In dem Abscheidebehälter 10 befindet sich eine Überlauftrennwand, die die Einlaufzone der Zufuhrleitung von der Auslaufzone zum Vorwärmbehälter 7 trennt. Der Abscheidebehälter 10 weist neben der Zulaufleitung eine obere und eine untere Wasserablaufleitung auf.
Auf der dem Reaktor 1 , Zyklon 3 und Abscheidebehälter 2 gegenüber liegenden Seite ist ein Feststoffabscheidebehälter 11 und eine Vakuumpumpe 12 vorgesehen. Diese werden für die Abtrennung der Produktanteile eingesetzt, die nicht zu dem Produkt Diesel bzw. leichtes Heizöl gehören und aus den Stoffen der Eingangsstoff behälter 13, 14, und 15 erzeugt werden. Der Behälter 13 nimmt die festen Eingangsstoffe für die Verölung auf. Der Behälter 14 wird als Dosierbehälter für die Mischung aus Katalysator und Produkt und der Behälter 15 wird als Dosierbehälter für die Mischung aus Kalk und Produkt eingesetzt.
Die in den drei Behältern 13, 14, 15 über die darunterliegenden Eintragsschnecke eingetragenen, nicht reaktionsfähigen Feststoffanteile werden in der beheizten Förderschnecke 16 entölt. Der dabei entstehende Öldampf wird über die Öldampfleitung 17 in den Sicherheitsbehälter 4 geleitet. Die entölten Rückstände fallen in den Rückstandsbehälter 11.
Seitlich zur Destillationskolonne 5 sind mehrere Kühler 18 angeordnet. Damit werden die Produkte 19, 20, 21 und 22 gekühlt. Die Zusammensetzung der Produkte 19 bis 22 wird durch die Öffnung des Rücklaufventils 23 bestimmt, womit das Rücklaufverhältnis eingestellt wird. Der in dem Produkt enthaltene Wasseranteil wird in dem in Kammern eingeteilten Kondensator 6 an dem Ventil 24 ausgeschieden. Ein Leitfähigkeitssensor öffnet und schließt dieses Ventil, je nach Wasseranteil.
Das Rücklaufventil 23 weist eine Rücklaufleitung 25 auf, die gleichzeitig die Entleerungsleitung für den Kondensator 6 bildet. Die Rücklaufleitung 25 ist mit dem Abscheidebehälter 26 verbunden. Der Abscheidebehälter 26 ist über eine Produktgasleitung 27 mit der Oberseite des Kondensators 6 verbunden. Dadurch wird erreicht, dass der Abscheidebehälter 26 flüssige Anteile aus dem Produktgas abscheidet.
Der Abscheidebehälter 26 ist an der Oberseite über eine Rohrleitung mit dem Zyklonfilter 28 verbunden. Der Zyklonfilter 28 weist ebenso wie auch der Zyklon 3 eine Verlängerung der Einlaufdüse in den Zyklonkorper mit venturiartiger Verengung auf. Damit werden auch kleine Flüssigkeitspartikel zuverlässig abgeschieden, ehe das Gas über eine Rohrleitung mit Vakuumpumpe 12 in den Dieselmotor 9 geleitet wird.
Figur 2 und 2a zeigen den für die Funktion der Erfindung wesentlichen Aufbau des Reaktors. Der Reaktor besteht aus einem Reaktorbehälter 30 mit innenliegender Förderschnecke 35. Die Förderschnecke 35 weist im unteren bereich einen Rührer auf. Die Förderschnecke 35 mit Rührer wird in einem Eintragsrohr 31 geführt. Cirkumferentiell um das innenliegende Eintragsrohr 31 sind acht Reaktionsrohre 32 angeordnet. Jedes Reaktionsrohr 32 ist von einem elektrischen Heizkörper 33 umgeben, der über eine elektrische Leitung 40 mit Energie versorgt wird. Um jeden Heizkörper 33 wiederum ist eine konzentrische Isolationsschale 34 angeordnet.
Die für den Umlauf notwendigen Zu- und Ableitungen des Reaktorbehälters 30 werden durch Rohrstutzen 38 und 39 gebildet. Als Eingangstoff∑uführung ist eine Rohrleitung 37 und die Förderschnecke 35 in der Mitte vorgesehen. Der Reaktorbehälter 30 bildet somit als tragendes Stahlgehäuse bestehend aus einer oberen und unteren Kammer, einer Verbindungsrohrleitungen in Form des zentrischen Mittelrohres 31 und der circumferenziell darum herum angeordneten, beheizten Rohre 32.
Alle Rohe sind isoliert und die um das Mittelrohr angeordneten Rohre 32 sind zusätzlich mit Rohrheizkörpern 33 elektrisch geheizt. In den Rohren 32 sind angetriebene Reinigungsspiralen 36 eingebracht. Die Reinigungsspiralen 36 werden über einen außerhalb des Reaktors angeordneten Antrieb bewegt. Bei jeder Umdrehung der Reinigungsspirale 36 wird die innere Rohrwand auf ihrer gesamten Fläche einmal überstrichen und somit gereinigt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel besteht die Reinigungsspirale 36 aus einer durchlöcherten Förderschnecke. Die Löcher gewährleisten den Wärmeübergang im Rohr 32.
Die nachfolgenden Figuren 3, 4 und 4a zeigen das erfindungsgemäße Verfahren. Im Reaktor 41 läuft Kreislauföl um, das durch den Reaktor 41 erwärmt wird. Dazu sind in dem Reaktor 41 Heizelemente in Form von elektrischen Heizkörpern 73 enthalten. Die Heizelemente sind prinzipiell als Rohrheizkörper ausgebildet.
Die Vorgänge im einzelnen zeigt die Figur 4 und 4a.
Über das Eintragsrohr 71 werden feste Eingangsstoffe in den Reaktor 41 eingebracht. Diese sind feste kohlenwasserstoffhaltige Rückstände 53, in Produkt gelöster Katalysator 54 und in Produkt gelöster Regenerator in Form von Kalk 55. Flüssige Eingangsstoffe, wie beispielsweise Altöle oder Fette gelangen über die Eingangsstoffleitung 77 von der mechanischen Wasserabscheidung 50 über die thermische Wasserabscheidung 47 in den unteren Bereich des Reaktors 41.
Die Energie für den katalytischen Prozess wird über die Rohrheizkörper 73 in den Reaktor 41 eingeleitet und den Eingangsstoffen zugeführt. Die elektrische Energie wird durch Verbrennung des Produkts in dem Dieselmotor 49 mit nachgeschaltetem Generator erzeugt. Die Abwärme des Dieselmotors 49 dient auch der thermischen Wasserabscheidung der Entwässerung im Vorwärmbehälter 47. Der Vorwärmbehälter 47 verdampft das Wasser, das sich im Kondensator 48 ansammelt und abgegeben werden kann. Der Vorwärmbehälter 47 ist im unteren Bereich über eine Verbindungsleitung mit Speisepumpe 69 mit dem Abscheidbehälter 50 verbunden.
Die Hauptreaktion in dem Reaktor 41 findet in einem Olkreislauf statt, der durch den Reaktor 41 , dem Hydrozyklon 43 und dem als Schräglamellenklärer ausgebildeten Abscheidebehälter 42 gebildet wird. Der Kreislauf wird durch die Erwärmung des Reaktors 41 und durch die Bildung von Produktdampf aus den eingegebenen Reststoffen beschleunigt.
Die Dampfbildung ist das Ergebnis des katalytischen Depolymerisationsprozesses, d. h. der Molekülverkürzung auf Grund der katalytischen Spaltung. Dabei lagern sich die Kohlenwasserstoffmoleküle an den Katalysator an. Im angelagerten Zustand verkürzen sich die Moleküle so lange bis die Reaktionstemperatur von 330 bis 400°C, je nach Reststoffart, die Verdampfungstemperatur erreicht haben. Dadurch ist das Produkt mit mehr als 95 % Diesel vorgegeben.
Der Katalysator ist ein lonentauscher. Er neutralisiert eingegebene Anteile an Halogenen mit dem am Katalysator anhängenden Kation zu Salzen schon bei Temperaturen unterhalb von 300°C. Erfindungsgemäß wird der Vorteil ausgenutzt, dass der Katalysator durch das Neutralisieren das anhängende Kation verliert und aufnahmefähig für ein neues Kation ist. Aus wirtschaftlichen und katalysatortechnischen Gründen erfolgt die Regeneration des Kations durch Kalk. Der Katalysator Natriumaluminiumsilikat oder Kalziumaluminiumsilikat regeneriert sich dadurch immer in Kalziumaluminiumsilikat um. Dieses ist die aktivste Katalysatorform und hat die niedrigste Umwandlungstemperatur und die höchste Selektivität, d. h. größte Dieselausbeute. Erfindungsgemäß ist damit das Verfahren hinsichtlich der Dosierung beziehungsweise Konzentration des Katalysators im Gemisch ein besonders einfach regelbarer Prozess. Die Katalysatordosierung kann erfindungsgemäß über die Reaktionstemperatur erfolgen. Die Produktionsmenge bei einer eingestellten Temperatur wird über die Katalysatorkonzentration eingestellt. Dieses ist vergleichbar mit der Borkonzentration in einem Kernkraftwerk.
Die Aufbereitung des Produktes enthält eine Reihe von überraschenden Effekten, die für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses von großer Bedeutung ist. So wurde nun gefunden, dass das Produkt aus dem sogenannten 2. Schuss so gewonnen wird, dass das Rücklaufverhältnis über das Rücklaufventil 63 so eingestellt wird, dass die Kondensationstemperatur dort zwischen 270 und 300°C, vorzugsweise bei 285°C liegt. Dieses Produkt wird nun nicht in reiner Form dem Dieselmotor zugeführt, sondern mit 2 bis 8% des Produktes am Produktauslass 59 gemischt, um die Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpe zu erhalten.
Die nicht kondensierbaren Gase aus dem Kühler 46 werden über die Produktgasleitung 67 in den Abscheide- und Produktbehälter 66 für leichte Fraktionen 66 geleitet und von dort über den Zyklonfilter 68 und die Vakuumpumpe 52 in den Dieselmotor 49, der in der Ansaugluft damit auch brennbares Gas enthält. Die in dem Kreislauf der durch die Behälter 41 , 42, und 43 gebildet wird, im Abscheidebehälter 42 anfallenden Feststoffe lagern sich in diesem am Boden ab. Dieser Vorgang wird durch die Schräglamellen intensiviert, die ein Aufwirbeln dieser Stoffe verhindern.
Diese dort lagernden Feststoffe werden in ihrer Isolationswirkung erfasst. Wenn die Temperatur am Boden sinkt, steigt die Schichtdicke durch die Isolationswirkung. Ab einer Mindesttemperatur wird die Förderschnecke 56 angetrieben. Sie besitzt ein mit Siebelementen versehenes Schneckenelement, das für den Ablauf überflüssigen Öles nach unten sorgt. Der Bereich außerhalb des Behälters ist beheizt und trocknet den Feststoffkuchen vollständig ab. Der dabei entstehende Dampf wird über eine Öldampfleitung 57 in den Sicherheitsbehälters 44 geleitet und somit in den Prozess rezirkuliert. Oberhalb des Sicherheitsbehälters 44 ist eine Destillationskolonne 45 vorgesehen. Seitlich zur Destillationskolonne 45 sind mehrere Kühler 58 angeordnet. Damit werden die Produkte 59, 60, 61 und 62 gekühlt.
Der getrocknete Feststoffkuchen gelangt in den Rückstandsbehälter 51 und wird von dort entsorgt oder weiter verwendet. Die Art der Weiterverwendung hängt von den Einsatzstoffen ab. Bei Ölen, Teeren und Kunststoffen entsteht an dieser Stelle nur eine geringe Menge zusätzlichen Rückstandes und 1 % verbrauchter Katalysator. Bei Papier, Trockenstabilat, landwirtschaftlichen Rückständen und getrockneten Abfällen entsteht hier, neben etwas Keramik und Metallen vor allem getrockneter Kohlenstoff. Dieser hat bei landwirtschaftlichen Eingangsstoffen die Qualität von Holzkohle und dient deshalb auch bei Einsatzstoff Problemholz als sauberer Brennstoff, da die Halogene über den ionentauschenden Katalysator als Salz bereits zurückgehalten wurden. Die Verwertung von landwirtschaftlichen Einsatzstoffen und Papier hat einen Wasseranteil zur Folge, der über ein als Produktwasserauslass gebildetes Ventil 64 entnehmbar ist. Am Ventil 64 ist ein pH-Wert-Geber vorgesehen, der der Dosierung der Menge an Neutralisationsmittel 55 dient. Damit wird ein neutraler pH-Wert 7 erreicht, der die Belastung von Chlor im Produkt ausschließt. Damit werden in dem Produkt auch die Stoffe Dioxin, PCB und PCP ausgeschlossen.
Die überraschenderweise gefundene erfinderische Besonderheit, die die kontinuierliche und damit wirtschaftliche Betriebsweise ermöglicht, ist in Figur 4 dargestellt. Der Reaktorbehälter 70 vermeidet Ablagerungen durch die Reinigungselemente 76, die die Reaktionsrohre 72 kontinuierlich reinigen. Diese Reinigung ist ausreichend, wenn von Zeit zu Zeit die Reinigungswelle einmal die gesamte Oberfläche in den Rohren in einem Mindestabstand von 0,5 bis 1 mm von der Wand abfährt. Dazu ist keine geschlossene Schnecke notwendig, sondern nur Reinigungselemente, die bei 360°C Umdrehung den Rohrabschnitt reinigt. Das geschieht durch eine in dem jeweiligen Reaktionsrohr 72 vorgesehene Schneckenwendel 75. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf einer Welle aufgesetzte Paddeln als Reinigungselemente vorgesehen. Die Reinigungselemente sind mit Durchtrittsöffnungen versehenen, um den Wärmeaustausch zu verbessern.
Die in der Mitte eingesetzte Schneckenwendel 75 transportiert die zugeführten Feststoffe in den unteren Teil des Reaktors, der den Rührer enthält. Die Rührwirkung bewirkt das verstärkte Schmelzen der Kunst- und Kohlenwasserstoffe und den Kontakt mit dem ionentauschenden Katalysator und der Verteilung des molekular feinen Katalysators in der gesamten Suspension. Der Hauptteil der Vermischung geschieht jedoch durch den Umlauf der Flüssigkeit im Kreislauf.
Die erfindungsgemäße katalytische Umsetzung bei Temperaturen unter 400°C vermeidet die Disproportionierung der Kohlenwasserstoffmoleküle zu Methan und Koks. Die bei diesem katalytischen Prozess mit Kalziumaluminiumsilikat entstehenden Produkte haben den Vorteil, dass die Kohlenstoffentstehung auch ohne Druck und ohne Wasserstoff erfolgt. Obwohl kein zusätzlicher Wasserstoff in das Produkt eingetragen wird, sind die entstehenden Alkene produkttechnisch voll ausreichend als Diesel oder Heizöl. Damit sind erfindungsgemäß alle CH2- enthaltenen Einsatzstoffe, wie Kunststoffe, Altöle, Teere und Fette direkt, fast ohne Nebenprodukte zu Dieselöl umwandelbar.
Bei den Stoffen, die in der Summe nur CH enthalten, wird durch diesen Katalysator eine direkte Aufteilung in CH2 und C im gleichen Verhältnis erreicht. In dem Fall, zu dem die Stoffe, Holz, landwirtschaftliche Rückstände, Papier und in gewissen Rahmen auch die getrockneten Müllfraktionen gehören, enthält der getrocknete Rückstand erhebliche Mengen an Kohlenstoff mit einer Qualität, die der von Holzkohle entspricht. In Erweiterung der Erfindung wurde nun gefunden, dass es möglich ist, die Elektroheizung durch eine Gasheizung zu ersetzen. Die Reaktion lässt sich so beschleunigen, dass die gebildeten Spaltgase ausreichen, die Wärme des Prozesses aufzubringen. In dem Fall wird der Dieselmotor durch einen Gasbrenner ersetzt, der mit dem Produkt Diesel angefahren wird. Figur 5 zeigt die Anordnung der Komponenten mit dieser Beheizungsform.
Mit 81 ist der Reaktor bezeichnet, der statt der Elektroheizung seitlich nach oben angeordnet einen Gas-/Ölbrenner 92 besitzt. Die Anordnung von oben nach untern hat den Sinn, dass bei Versagen eines Reaktorrohres kein Öl nach außen austreten kann, sondern in dem Reaktor 81 gehalten wird. Auf dem Reaktor 81 sind die Reinigungssysteme 110 angeordnet. Zwischen den Reaktionsrohren ist statt der Isolierung katalytisches Wabenmaterial zwischengeschichtet, um die Rauchgase nachzureinigen und die Wärme der Verbrennung besser zu speichern. In der Mitte des Reaktors 81 ist das Eintragsrohr für die festen Eingangsstoffe, Katalysator und Neutralisationsmittel in der gleichen Weise angeordnet, wie in den Figuren 1 und 2 beschrieben.
Nach dem Reaktor 81 gelangen die teilweise abgekühlten Rauchgase in den Verdampfer der Destillation, der als Sumpfhei∑ungsbehälter 82 ausgebildet ist. Durch die bereits teilweise abgekühlten Rauchgase ist die Verdampfung limitiert und es entsteht keine Pyrolyse. Nach der Sumpfbeheizung 82 gelangen die Rauchgase in die thermische Entwässerung 83, in der der Eingangsstoff Altöl, Bitumen oder Teer von dem absorbierten Wasser befreit wird. Das steigt über den Dampfdom 84 in den Kondensator 99.
Die in dem Vorwärmer abgekühlten Rauchgase gelangen nach der thermischen Entwässerung 99 in die Luftvorwärmer und dann durch den Schornstein 98 an die Umgebung. Dabei enthalten alle rauchgasdurchströmten Apparate Wabenkatalysatoren, die die Wärmespeicherung und die Rauchgasreinigung übernehmen. Im Falle von stickstoffhaltigen Einsatzstoffen erfolgt eine Bypassleitung für 10 % der gebildeten Brenngase zu dem Vorwärmer, der dann mit SCR, den Entstickungskatalysatoren gefüllt ist. In den Katalysatoren werden dann die Stickoxide mit diesem Gas in Reaktion vermindert. Die letzte Schicht in dem Rauchgasraum des Vorwärmers ist dann ein Nachverbrennungskatalysator, der die in der Entstickung nicht reduzierten Gase verbrennt.
In der umgekehrten Richtung gelangen die Einsatzstoffe, wie beispielsweise Bitumen, Altöle oder Fette, über die Zufuhrleitung 111 in den mechanischen Entwässerungsbehälter 85, der innerlich ein Überlaufwehr hat, daß das Wasser abtrennt und in einen Absetzbehälter 106 ableitet. Dort wird das restliche Öl nach oben abgeschieden, ehe das Wasser abgegeben wird.
Nach dem mechanischen Entwässerungsbehälter 85 kommen die Einsatzstoffe in den thermischen Entwässerungsbehälter 83, in dem das Wasser dampfförmig abgetrennt, kondensiert und abgegeben wird. Dabei wird das Öl gleichzeitig auf Temperaturen zwischen 200 und 300°C vorgewärmt. Von hier gelangen die vorgewärmten Öle in den Reaktor 81 , der im Kreislauf aus ihnen den Produktdampf erzeugt. Dieser Produktdampf gelangt zusammen mit dem nicht umgesetzten Trägeröl, den festen Bestandteilen und dem Spaltgas den Zyklon 89.
Während das Kreislauföl und die festen Bestandteile nach unten in den Absetzbehälter 90 und das Trägeröl zurück in den Reaktor 81 gelangen, strömt der Dampf und das Gas über das Mittelrohr des Zyklons 89 in den Sicherheitsbehälter 88, auf dem sich das Sicherheitsventil 100 befindet. In dem Sicherheitsbehälter befinden sich die Tropfenabscheider, so dass nur der reine Produktdampf aufsteigt. Über die Leitung 101 gelangt dieser Dampf in die Destillationskolonne 96. Kondensierende Anteile des Dampfes gelangen in den Sumpfbehälter 82 und werden dort mit dem Rauchgas verdampft, um die Produktqualität und Sauberkeit in der Kolonne 96 zu erhöhen.
Die Kolonne 96 hat 5 Bodengruppen, sog. Schüsse, die mit den Abgängen 97 und den Produktventilen 114, 114, 116, 117 und 118 verbunden sind. Von den Abgängen ist im Normalfall nur der Abgang 114 zu 95 % und der Abgang 118 zu 5 % geöffnet. Durch die Mischung der beiden Produkte wird die Dieselqualität und die Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpen gewährleistet. Durch die Regelung des Rücklaufventils 103, das einen kleinen Teil der in dem Kühler 101 kondensierten Produktes zurückleitet, wird die Trennwirkung und Qualität des Diesel geregelt.
Unterhalb der Behälter 81 , 82, 83, 90 und 85 sind Ablassventile 95 und ein Sammelleitungssystem angeordnet, das in einer Auspressschnecke 94 endet. Die Auspressschnecke 94 ist durch einen Schneckenantrieb 108 angetrieben. Aus dieser gelangt der Presskuchen in einen Keramisator 87. Dieser besteht aus 3 Teilen, einem Brenner 91 für den Start der Verbrennung, der thermischen EntÖlung 93, einer Schweltrommel 93 mit innenliegender Schwelschnecke und Beheizung durch das Rauchgas und einer Brennkammer 87. Der Presskuchen aus der Pressschnecke 94 gelangt zuerst in die Schweltrommel 93. Dort wird der Produktdampf freigesetzt und in den Sicherheitsbehälter 88 über die Öldampfrückführung 105 in den Sicherheitsbehälter 88 zurückgeleitet.
Am Ende der Schweltrommel 93 presst die innenliegende Schwelschnecke den trockenen Rückstand in die Brennkammer 87, in der die brennbaren Anteile des ausgetrockneten Rückstandes verbrannt werden und damit die Energie für die Schweltrommel 93 gewonnen wird. Die verbleibende Energie wird der Luftvorwärmung und Brauchwärmebereitung zur Verfügung gestellt.
Die Bezugszeichenlisten zu den einzelnen Figuren ist ein sehr wichtiger Bestandteil der Anmeldung mit erläuterndem Charakter und ermöglichen dem Fachmann neben der Beschreibung das erfindungsgemäße Verfahren zu erfassen.
In einem besonderen und für die Erfindung sehr wichtigen Ausführungsbeispiel wird der Gegenstand der Erfindung näher erläutert. Ein Behälter mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Höhe von 1300 mm ist mit einem Zyklon von 450 mm Durchmesser und 800 mm Länge verbunden. Dieser besitzt ein innenliegendes Venturirohr zur Verbesserung der Abscheidewirkung. Oberhalb des Zyklons ist ein Sicherheitsbehälter mit 1000 mm Durchmesser und 1000 mm Höhe angeordnet. Unterhalb des Zyklons befindet sich ein Absetzbehälter mit 800 mm Durchmesser und 1050 mm Höhe.
In dem Behälter sind schräge Bleche eingebaut, die die Beruhigungszone darstellen. Seitlich ist die Verbindung zum Reaktorbehälter und seitlich nach oben befindet sich eine Förderschnecke, die außerhalb des Reaktors elektrisch beheizt ist und mit der Spitze bis an den Boden des Behälters reicht. Sie hat einen Durchmesser von 120 mm innen und eine Länge von 2400 mm. Das dort abführende Dampfrohr hat einen Durchmesser von 60 mm.
Auf dem Sicherheitsbehälter befindet sich eine Glockenbodenkolonne mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Höhe von 3.600 mm. Diese Destillationskolonne ist mit einem Kopfkondensator mit 1300 mm Länge und einem Durchmesser von 220 mm verbunden. Der
Wasserkreislauf, der den Kopfkondensator kühlt, wi rid gebildet durch die Verbindung mit einem
Wassertank, Rohrleitungen und einem Rückkühler mϊ it 500 mm Durchmesser und 1200 mm Länge,
Dieser wird durch Luft gekühlt, die durch einen Venti llator durch den Wärmetauscher geleitet wird.
Eine nicht dargestellte erfindungsgemäße Möglichkeit ist eine Verbindung mit einer
Heizungsanlage, wo dieser Kühler als Wasser/Wasser-Wärmetauscher wirkt.
Der Ölvorwärmbehälter hat einen Durchmesser von 800 mm und 1250 mm Höhe. Er ist mit einem Kondensator mit 200 mm Durchmesser und 850 mm Länge verbunden. Beide Kondensatoren sind mit Abscheidebehältern von 800 mm Durchmesser und 1250 mm Länge verbunden, die oben einen Anschluss an die Vakuumpumpe haben. Diese erzeugt einen Unterdruck von 0,1 bar, also 0,9 bar absolut. Druckseitig ist die Vakuumpumpe mit dem Dieselmotor mit einer Leistung von 635 kW verbunden.
Die Vorratsbehälter haben folgende Maße,
• für den Kunststoff 500 mm Durchmesser und 700 mm Höhe
• für das Gemisch an Katalysator und Produkt 400 mm Durchmesser und 600 mm Höhe
• für das Gemisch an Kalk und Produkt 400 mm Durchmesser und 600 mm Höhe.
Von diesen Stoffen werden pro Stunde in dieser Anlage bei voller Leistung an Kunststoff 150 kg, Katalysator 1 ,5 kg und Kalk im Mittel 3 kg verbraucht. Die maximale Leistung an getrockneter Eingangssubstanz ist 300 kg und die des Produktes maximal 200 Liter je Stunde.
Die Destillationskolonne hat seitlich 4 Kühlkörper mit dem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe von 250 mm. Die Behälter haben als Zufuhr- und Abfuhreinrichtungen Magnetventile oder pneumatisch ausgestattete Ventile. Diese Ventile befinden sich an der Ölzufuhr, den Behälterböden und den Schüssen der Destillationskolonne. Die Durchmesser der Produktleitungen für das aus der Destillationskolonne kommende Produkt ist 1 Zoll. Das gasförmige Produkt wird an der Vakuumpumpe mit einem Durchmesser von 60 mm zum Motor geleitet. Der in der Gasleitung vor der Vakuumpumpe befindliche Flüssigkeitsabscheider hat den Durchmesser von 180 mm und die Höhe von 300 mm. Die Vakuumpumpe hat eine Gasleistung von 1 m3/h.
An dem Reaktor befindet sich die Zufuhrschnecke mit dem Rührer. Die Zuführungsschnecken hat einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 2000 mm. Die Eintragsschnecke mit dem daran angebrachten Rührer hat einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 1800 mm. Die Reinigungsschnecken in den Reaktorrohren haben einen Durchmesser von 67 mm und eine Länge von 1400 mm.
An der elektrisch beheizten Trocknungsschnecke des Schräglamellenklärers, die die festen Rückstände austrägt, ist ein Wechselbehälter mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Höhe von 800m angebracht. Die Verbindungsleitungen des Kühlwasserkreislaufes sind 1 Zoll und die Verbindungsleitungen zwischen dem Reaktor, Zyklon und Absetzbehälter sind 150 mm.
Diese Anordnung bringt als Produkt in Form von dieselmotorisch verwendbaren Ölen bei einer Temperatur in dem Reaktor von 350 - 400°C und einer kontinuierlichen Zufuhr von 1 % Katalysator zwischen 40 und 90 % der in dem Eingangsstoff vorhandenen Masse an Kohlenwasserstoffen. Die hohen Wirkungsgrade werden bei Eingangsstoffen mit hohen Wasserstoffanteil, wie Altöle, Kunststoffe und Fette erreicht. Die niedrigen Wirkungsgrade sind mit der Produktion von kohlenstoffhaltigen Rückständen verbunden, die sich aus der Disproportionierung der eingegebenen CH-Stoffe zu CH2 und C ergeben.
Halogenhaltige Stoffe werden vollständig enthalogenisiert. PVC verliert sein Chlor durch lonentausch mit dem Katalysator, wodurch Salz gebildet wird. Durch die Regeneration des Katalysators mit Kalk bildet dieser die hochaktive Form des Kalziumaluminiumsilikats, die auch die Spaltung bei besonders tiefen Temperaturen und damit eine hohe Selektivität zu Dieselöl ermöglicht. Bezugszeichenliste zu Figur 1
1 Reaktor
2 Schräglamellenklärer, Abscheidebehälter
3 Zyklon
4 Sicherheitsbehälter
5 Destillationskolonne
6 Kondensator, Kühler
7 Vorwärmbehälter 7.1 Rohr
8 Kondensator
9 Stromerzeuger, Dieselmotor
10 Abscheidebehälter (mechanische Entwässerung)
11 Rückstandsbehälter, Feststoffabscheidebehälter
12 Vakuumpumpe
13 Dosierbehälter Eingangsstoff, Behälter
14 Dosierbehälter Katalysator
15 Dosierbehälter Kalk
16 Förderschnecke
17 Öldampfleitung
18 Kühler
19 Produktauslaß hochsiedend, Produkt
20 Produktauslaß mittelhochsiedend, Produkt
21 Produktauslaß Diesel, Produkt
22 Produktauslaß Kopfprodukt, Produkt
23 Rücklaufventil
24 Produktwasserauslaß, Ventil
25 Rücklaufleitung
26 Abscheidebehälter
27 Produktgasleitung
28 Zyklonfilter
29 Förderpumpe Rückstandsöl, Speisepumpe
Bezugszeichenliste zu den Figuren 2 und 2a
30 Reaktorbehälter
31 Eintragsrohr, Mittelrohr
32 Reaktionsrohr, beheiztes Rohr, Heizelemente
33 Elektrische Heizkörper, Rohrheizkörper
34 Isolationsschale
35 Förderschnecke mit Rührer, Rührer mit Schneckenwendel
36 Reinigungsschnecke mit Antrieb, Reinigungsspiralen, Reinigungselemente
37 Eingangsstoffleitung
38 Kreislaufölrückleitung, Zuleitung
39 Leitung zum Zyklon, Ableitung
40 Elektrische Leitung
Bezugszeichenliste zu Figur 3
41 Reaktorbehälter
42 Schräglamellenklärer, Abscheidebehälter, Behälter
43 Zyklon, Hydrozyklon, Behälter
44 Sicherheitsbehälter
45 Destillationskolonne
46 Kondensator, Kühler
47 Vorwärmbehälter, thermische Wasserabscheidung
48 Kondensator
49 Stromerzeuger, Dieselmotor
50 Abscheidebehälter, mechanische Wasserabscheidung
51 Rückstandsbehälter
52 Vakuumpumpe
53 Dosierbehälter Eingangsstoffe
54 Dosierbehälter Katalysator
55 Dosierbehälter Kalk, Neutralisierungsmittel
56 Förderschnecke
57 Öldampfleitung
58 Kühler
59 Produktauslaß hochsiedend
60 Produktauslaß mittelhochsiedend
61 Produktauslaß Diesel
62 Produktauslaß Kopfprodukt
63 Rücklaufventil
64 Produktwasserauslass, Ventil
65 Rücklaufleitung
66 Abscheide- und Produktbehälter
67 Produktgasleitung
68 Zyklonfilter
69 Förderpumpe Rückstandsöl, Speisepumpe
Bezugszeichenliste zu Figur 4 und 4a
70 Reaktorbehälter
71 Eintragsrohr
72 Reaktionsrohr
73 Elektrischer Heizkörper, Heizelement, Rohrheizkörper
74 Isolationsschale
75 Rührer mit Schneckenwendel, Förderschnecke mit Rührer
76 Reinigungsschnecken mit Antrieb, Reinigungselement
77 Eingangsstoffleitung
78 Kreislaufölrückleitung, Zuleitung
79 Leitung zum Zyklon, Ableitung
80 Elektrische Anschlußleitung
Bezugszeichenliste zu Figur 5
81 Reaktor, Behälter
82 Sumpfheizungsbehälter, Sumpfbeheizung, Sumpfbehälter, Behälter
83 Thermischer Entwässerungsbehälter, Behälter
84 Dampfdom
85 Mechanischer Entwässerungsbehälter
86 Rückstandssammelbehälter
87 Keramisator, Brennkammer
88 Sicherheitsbehälter mit Tropfenabscheider
89 Zyklon
90 Schräglamellenklärer, Absetzbehälter
91 Brenner des Keramisators
92 Gas-/Ölbrenner für Anlage
93 Schweltrommel
94 Rückstandpressschnecke, Auspressschnecke, Pressschnecke
95 Rückstandsaustragventil, Ablassventil
96 Destillationskolonne
97 Abgänge
98 Rauchgasaustritt, Schornstein
99 Kondensator, thermische Entwässerung
100 Sicherheitsventil
101 Kühler, Kondensator
102 Produktgasleitung
103 Rücklaufleitung der Destillation mit Ventil
104 Produktwasserableitung
105 Öldampfrückführung aus Keramisator
106 Wasserabscheider der mechanischen Entwässerung, Absetzbehälter
107 Eingangsstoffzuführung
108 Schwelschneckenantrieb
109 Vorratsbehälter für die geschwelten Rückstände
110 Reinigungsschnecken für Reaktor, Reinigungssystem
111 Zufuhrleitung
114 Produktventil Kopfprodukt
115 Produktventil Hauptprodukt
116 Produktventil mittelschweres Produkt
117 Produktventil schweres Produkt
118 Produktventil Schmierstoff
119 Produktleitung leichtes Produkt (Benzin)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen im Flüssigkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ionentauschfähige Katalysatoren, wie Kalziumaluminiumsilikat oder Natriumaluminiumsilikat, verwendet werden, die in einem geheizten und an den Wärmeübertragungsstellen gereinigten Ölbadkreislauf eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung des Ölbadkreislauf mit den suspendierten Katalysatoren durch elektrische Heizkörper erfolgt, die konzentrisch um die Reaktorrohre angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor in der Mitte ein Zufuhrrohr besitzt, das mit einer Zufuhrschnecke und am unteren Ende einen Rührer bestückt ist, die die festen Eingangsstoffe in die Suspension transportiert und mit den festen Eingangsstoffen die in Produkt gelösten Katalysatoren und gelösten Kalkzusätze.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbadkreislauf durch den Reaktor, den Hydrozyklon mit innenliegender Venturidüse und dem darunter liegenden Schräglamellenklärer gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Zyklon nach oben ausgetragenen Produktdampf über einen Sicherheitsbehälter mit Tropfenabscheider in einer Destillationskolonne und nachfolgenden Kondensator fraktioniert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt durch das Rücklaufverhältnis im Dieselsiedebereich aus dem zweitobersten Schuss gemischt wird mit 1-10 % des Produktes aus einem unteren Schuss zur Erzielung der richtigen Cetanzahl und der richtigen Schmierfähigkeit für die Einspritzpumpen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Schräglamellenklärer anfallenden festen Rückstände über eine Schrägförderschnecke vorgetrocknet und außerhalb des Behälters durch Beheizung von den Ölbestandteilen befreit werden, wobei die austretenden Produktdämpfe in die Anlage zurückgeleitet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ihren Strom aus einem eigenen Stromerzeugungsaggregat erhält, in das in der Ansaugluft die Produktgase eingeleitet werden und die erzeugten Auspuffgase zur thermischen Trocknung der Eingangsstoffe verwendet werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur katalytischen Verölung von Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein elektrisch beheizter Röhrenbündelreaktor entsprechend Fig. 1 ist, der konzentrisch eine Zufuhrschnecke mit Rührer besitzt.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur katalytischen Verölung von Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt der elektrischen Heizung auch ein Öl-/Gasbrenner an dem Reaktor angeordnet ist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter des Reaktors, des Destillationssumpfes und der Vorwärmung rauchgasseitig vom Brenner in Richtung Schornstein verbunden sind.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur katalytischen Verölung von Reststoffen mit einem Reaktor (1 , 41) als Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Reaktionsrohren (32, 72) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr (32, 72) über seine gesamte Länge zumindest teilweise konzentrisch von einem Heizelement (33, 73) umgeben ist und das Heizelement (33, 73) zumindest teilweise am Reaktionsrohr (32, 72) anliegt.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (33, 73) als elektrischer Rohrheizkörper oder aus einem Mantel aus katalytischem Wabenmaterial gebildet ist, wobei der Mantel aus katalytischem Wabenmaterial durch einen Abgas- oder Heißluftstrom heizbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsrohre (32, 72) um ein im Zentrum des Reaktors (1 , 41) angeordnetes Mittelrohr (31 , 71) herum angeordnet sind, wobei über das Mittelrohr als Eintragsrohr ausgebildet ist, über das feste Stoffe oder Stoffgemische in den Reaktorraum förderbar sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Eintragsrohr (31 , 71) eine Förderschnecke (35, 75) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (35, 75) an einem Ende der als Rührer ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (35, 75) feste Eingangsstoffe in eine Suspension im unteren Bereich des Reaktors (1 , 81) transportiert und die mit den festen Eingangsstoffen im Produkt gelösten Katalysatoren und Kalkzusätze mit dem Rührer mischt.
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jedem Reaktionsrohr (32, 72) ein Reinigungselement (36, 76) vorgesehen ist, das koaxial zum Reaktionsrohr (32, 72) gelagert und von außerhalb des Reaktors (1 , 41) zumindest drehbar angetrieben ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungselement (36, 76) als Welle ausgebildet ist, um die herum ein Schneckengewinde oder Schaufeln angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen dem Schneckengewinde oder den Schaufeln und der Innenfläche des Reaktionsrohres (32, 72) zwischen 0,01 mm und 9 mm beträgt.
20. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) einen zylindrischen Reaktorbehälter (30) mit einer Mittelachse (30.1) aufweist, zu der konzentrisch das Eintragsrohr (31), die Förderschnecke (75) und ein Wartungsstutzen (30.2) angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorbehälter (30) nach oben hin mit einem Deckel (30.3) abgeschlossen ist, durch den das Eintragsrohr (31) durchgeführt ist und auf dem die Antriebsaggregate für die Reinigungselemente (36) angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintragsrohr (31) im unteren Bereich des Reaktorbehälters (30) mündet und mit einem Zwischenboden (30.4) abschließt, an dem die Reaktionsrohre (32) ansetzen.
23. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Reaktorbehälter eine Eingangsstoffleitung (37) für flüssige Kohlenwasserstoffgemische, eine Zuleitung (38) vom Abscheidebehälter (2) und eine Ableitung (39) zum Zyklon vorgesehen ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Brenner (92), einen Sumpfheizungsbehälter (82) und einen Schornstein (98) aufweist und der Reaktor (1, 81) mit dem Sumpfheizungsbehälter (82) und der Vorwärmung rauchgasseitig vom Brenner (92) in Richtung Schornstein (98) verbunden sind.
25. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Abscheidebehälter (2, 42) und einen als Hydrozyklon ausgebildeten Zyklon (3, 43) mit innenliegender Venturidüse aufweist und durch den Reaktor (1 , 81), den Zyklon (3, 43) und dem unter dem Zyklon (3, 43) angeordneten Abscheidebehälter (2, 42) ein Kreislauf gebildet wird, der Öl als Fördermedium, suspendierende Katalysatoren, Reststoffe und Kalk aufnimmt.
26. Verfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen in einem Flüssigkreislauf mit einem Reaktor (1 , 81) als Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ionentauschfähige Katalysatoren, wie Kalziumaluminiumsilikat oder Natriumaluminiumsilikat verwendet werden, das Gemisch kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen und mindestens Katalysatoren in einem Ölbadkreislauf erhitzt werden, wobei der Ölbadkreislauf Reaktionsrohre 32, 72 aufweist, die heizbar sind und die Reaktionsrohre 32, 72 innen an den Wärmeübertragungsstellen während des Verölungsprozesses kontinuierlich gereinigt werden.
27. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Kalk zugeführt wird.
28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhitzte und gemischte Produkt vom Reaktor (1 , 81) in einen Zyklon (3, 43) geleitet wird und der im Zyklon (3, 43) nach oben ausgetragene Produktdampf über einen Sicherheitsbehälter (4, 44) mit Tropfenabscheider in einer Destillationskolonne (5, 45) und einem nachfolgenden Kondensator (6, 46) fraktioniert wird.
29. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt zur Verbrennung aus einem Produkt (21) mit 1 bis 10% eines Produkts (19) aus der Destillationskolonne (5, 45) gemischt wird.
30. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abscheidebehälter (2, 42) anfallenden festen Rückstände über eine beheizbare Förderschnecke (16, 56) vorgetrocknet und außerhalb des Abscheidebehälter (2, 42) durch Beheizung von den Ölbestandteilen befreit wird, wobei die austretenden Produktdämpfe über eine Öldampfleitung (17, 57) in die Anlage zurückgeleitet werden.
31. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Verölung erzeugte Endprodukt sowie bei der Verölung entstehende Produktgase einem Dieselmotor (9, 49) zugeführt werden, der ein Stromaggregat antriebt und die vom Dieselmotor (9, 49) erzeugten Abgase zur thermischen Trocknung der Eingangsstoffe verwendet werden.
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