WO2023115083A1 - Reaktorvorrichtung - Google Patents

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WO2023115083A1
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Walter Kanzler
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Walter Kanzler
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    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1003—Waste materials

Definitions

  • the invention relates to a reactor device according to the preamble of claim 1, a depolymerization plant according to claim 18 and a method for the continuous depolymerization of polymers according to the preamble of claim 19.
  • a process for the continuous depolymerization of polymers is already known from WO 2017/152205 A1.
  • This describes a continuous process for pyrolysing polyethylene, polypropylene and polystyrene in an agitator with an external pump and heat exchanger at a slight overpressure described, these polymers being heated indirectly by means of a molten salt system as a heat transfer medium, melted and partially depolymerized and then to be passed on to a downstream, horizontally mounted, tubular second reactor with stirring blades for complete evaporation.
  • the object of the invention consists in particular in advantageously further developing a generic device and a generic method with regard to efficiency.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1, 18 and 19, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on a reactor device for the continuous depolymerization of polymers, in particular polyolefins from polymer waste, with a primary reactor vessel, with a heating unit for heating and melting and for at least partial depolymerization of the polymers within the primary reactor and with at least one primary circulation unit for circulating melted polymers in the primary reactor.
  • the reactor device has a secondary reactor, which is connected downstream of the primary reactor and forms a reactor cascade with it.
  • a secondary reactor downstream of the primary reactor a required degree of depolymerization of greater than 90% can advantageously be achieved within the reactor cascade, thereby enabling efficient depolymerization.
  • efficiency can advantageously be further improved.
  • a “reactor device” is to be understood as meaning a part, in particular a functional component, in particular a structural and/or functional component, of a depolymerization plant.
  • the reactor device can also include the entire depolymerization plant.
  • the reactor device and/or the depolymerization plant having the reactor device is provided, without being limited thereto, for carrying out processes for the continuous depolymerization of polymers, in particular polyolefins such as polyethylene, polypropylene and polystyrene.
  • the reactor device and/or the depolymerization plant preferably comprises a molten salt system, as already described in WO 2017/152205 A1.
  • the molten salt system is preferably intended for operation with a molten salt which consists essentially of potassium and/or sodium nitrate and/or nitrite.
  • the heating unit is preferably provided for indirect heat transfer via the molten salt system.
  • the primary reactor is preferably designed as a primary stirred reactor.
  • the secondary reactor is preferably designed as a secondary stirred reactor.
  • the secondary stirred reactor preferably forms a stirred cascade with the primary stirred reactor.
  • the reactor device can also have a tertiary reactor, which is connected downstream of the secondary reactor and which can be designed in particular analogously to the horizontally mounted, tube-like second depolymerization reactor described in WO 2017/152205 A1.
  • the tertiary reactor can be a reactor cascade with the primary reactor and the secondary reactor form.
  • the primary reactor and the secondary reactor are preferably designed as vertical reactors, while the tertiary reactor is designed as a horizontal reactor.
  • the primary reactor and the secondary reactor are intended for processing medium-viscosity melted polymers, while the tertiary reactor is intended for processing high-viscosity melted polymers.
  • the tertiary reactor is intended to receive molten polymers, which have been depolymerized to a proportion of more than 90% in the primary reactor and the secondary reactor.
  • Agitator arms are arranged in the tertiary reactor and are intended to throw the molten, highly viscous polymers in a uniform distribution, forming a thin layer, against the inner wall of the tertiary reactor.
  • a tertiary heat exchanger is arranged on an outer wall of the tertiary reactor, which is intended to further, in particular completely, depolymerize the highly viscous melted polymers via the heat supplied via the outer wall.
  • the stirring arms in the tertiary reactor are to be distinguished from stirring elements such as can be arranged in the primary reactor and/or the secondary reactor.
  • the reactor device could have, in addition to the primary reactor and the secondary reactor, any number of further reactors that appear sensible, in particular to a person skilled in the art, which are connected downstream of the secondary reactor and upstream of the tertiary reactor and which form a reactor cascade with the primary reactor and the secondary reactor.
  • Provided is intended to mean specifically designed and/or equipped.
  • the fact that an object is provided for a specific function should be understood to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the reactor device has a secondary circulation unit with at least one secondary circulation element for generating a radial flow within the secondary reactor.
  • the secondary circulation unit has at least one secondary circulation element, which can be designed as a pump, for example, and is preferably designed as a stirring element.
  • the secondary circulation unit preferably has a plurality of secondary circulation elements designed as stirring elements, which are arranged one above the other on a common stirring shaft.
  • the device preferably has a flow generation unit which is intended to generate the plug flow.
  • the flow generation unit comprises at least one inlet, which is arranged in an upper area of the secondary reactor, and at least one outlet, which is arranged in a lower area of the secondary reactor.
  • the secondary reactor has a basic tubular shape to further promote the provision of plug flow. Basically would be alternatively or additionally conceivable that a plug flow is provided in the primary reactor.
  • the primary circulation unit has at least one primary circulation element for generating an axial flow within the primary reactor.
  • the primary circulation unit can include at least one primary circulation line.
  • the primary circulation unit can comprise several primary circulation elements. At least one primary circulation element can be designed as a pump, which is intended to circulate a subset of the melted polymers from the primary reactor via the circulation line. At least one primary circulation element is preferably designed as a stirring element.
  • the primary reactor has an outlet unit for feeding a partial flow of the melted polymers into the secondary reactor, which comprises an overflow area.
  • Such a configuration can advantageously enable the melted polymers to be supplied in a targeted manner from the primary reactor into the secondary reactor.
  • the height of the overflow area can be variably adjusted in order to set a residence time in the primary reactor stirred tank.
  • flexibility can advantageously be improved.
  • flexible adaptation of a residence time distribution for different compositions of polymers to be depolymerized can be made possible.
  • Height adjustment can be made possible, for example, by means of a plurality of overflow valves of the outlet unit arranged vertically one above the other in the overflow area.
  • the primary reactor has at least one calming zone between a circulation area and the overflow area.
  • efficient operation can advantageously be made possible. It can in particular, an advantageous residence time distribution and thus a high degree of depolymerization can be achieved in the primary reactor.
  • the reactor device has a control unit which is intended to control a fill level of melted polymers in the secondary reactor stirred tank.
  • the control unit preferably comprises at least one level indicator controller (LIC) and at least one control valve, which can be controlled via signals from the level indicator controller and is intended to control and/or regulate an outlet of melted polymers from the secondary reactor.
  • LIC level indicator controller
  • the heating unit has at least one secondary heat exchanger, which is arranged outside of the secondary reactor and is provided for heating the secondary reactor.
  • the secondary heat exchanger is preferably designed as a shell heat exchanger and surrounds the secondary reactor along its circumferential direction.
  • the secondary heat exchanger is preferably provided for operation via the molten salt system of the depolymerization plant.
  • the heating unit has at least one primary heat exchanger.
  • the primary heat exchanger is preferably intended to be operated via the molten salt system of the depolymerization plant.
  • the primary heat exchanger is intended to heat the polymers in the primary reactor to a first temperature, preferably between 250° C. and 350° C.
  • the secondary heat exchanger is intended to heat the polymers in the secondary reactor to a second temperature that is different from, in particular higher than, the first temperature Temperature, preferably between 380 ° C and 500 ° C, preferably between 420 ° C and 480 ° C provided.
  • the reactor device has a guide tube arranged within the primary reactor for separating two opposing axial flows in the primary reactor.
  • a guide tube arranged within the primary reactor for separating two opposing axial flows in the primary reactor.
  • a direction of flow can also be reversed, in which case polymers that have already melted can be conveyed downwards in a first axial flow within the guide tube and upwards in a second axial flow outside of the guide tube.
  • a particularly efficient melting and depolymerization can thus be made possible.
  • the primary heat exchanger at least partially surrounds the guide tube in the circumferential direction.
  • An improved heat transfer can advantageously be made possible by such a configuration.
  • the reactor device has a pretreatment reactor for the pretreatment of chlorine-containing polymers, which is connected upstream of the primary reactor and forms a reactor cascade with it.
  • a pretreatment reactor for the pretreatment of chlorine-containing polymers, which is connected upstream of the primary reactor and forms a reactor cascade with it.
  • resource efficiency can be improved by using the reactor device to depolymerize not only polyolefins but also chlorine-containing polymers, for example polyvinyl chloride and/or polyvinylidene chloride.
  • safety can advantageously be increased by separating chlorine-containing components in the pretreatment reactor, so that dangerous chlorine compounds, such as dioxins, which could arise at higher temperatures in the primary reactor and/or the secondary reactor is effectively prevented.
  • the pretreatment reactor and the components of the reactor device arranged therein and/or immediately downstream of the pretreatment reactor, for example pipelines and the like, are preferably made of corrosion-resistant materials, for example enamel and/or Hastelloy and/or titanium and/or zirconium and/or tantalum.
  • the reactor device is preferably provided for a one-stage pretreatment of chlorine-containing polymers in the pretreatment reactor.
  • the reactor device it would also be conceivable for the reactor device to be provided for a multi-stage pretreatment of chlorine-containing polymers and for this purpose to have a plurality of pretreatment reactors, which can in particular be arranged in a pretreatment cascade.
  • the heating unit has at least one pretreatment heat exchanger for heating and melting and for at least partial depolymerization of the chlorine-containing polymers.
  • the pretreatment heat exchanger is preferably intended to be operated via the molten salt system of the depolymerization plant.
  • the reactor device has a pretreatment circulation unit arranged in the pretreatment reactor for circulation of melted chlorine-containing polymers.
  • a pretreatment circulation unit arranged in the pretreatment reactor for circulation of melted chlorine-containing polymers.
  • the pre-treatment circulation unit comprises at least one stirring element.
  • the pre-treatment circulation unit can comprise at least one circulation pump.
  • the reactor device has a wet separator unit connected to the pretreatment reactor for aftertreatment of a gas phase occurring in the pretreatment reactor.
  • the wet separator unit is preferably provided for post-treatment using NaOH scrubbing.
  • the reactor device has a static mixer unit arranged fluidically between the pretreatment reactor and the primary reactor for separating residual amounts of chlorine from a liquid phase occurring in the pretreatment reactor.
  • a static mixer unit arranged fluidically between the pretreatment reactor and the primary reactor for separating residual amounts of chlorine from a liquid phase occurring in the pretreatment reactor.
  • the static mixer unit preferably comprises at least one static mixer which is provided for adding calcium oxide and for converting the residual amounts of chlorine into calcium chloride.
  • the invention also relates to a depolymerization plant with a reactor device according to one of the configurations described above and with at least one rectification column for the further treatment of gaseous depolymerization products occurring in the primary reactor and/or the secondary reactor.
  • a depolymerization plant is characterized in particular by its advantageous properties with regard to efficiency, which can be achieved in particular by the reactor device.
  • the depolymerization plant can have other units and elements, in particular corresponding pipelines, a heat exchanger for condensing products occurring in gaseous form in the rectification column, and the like.
  • the depolymerization plant is designed differently from a steam cracker.
  • the invention is also based on a method for the continuous depolymerization of polymers by means of the depolymerization plant described above, with polymers being fed to the primary reactor, heated in the primary reactor while being circulated by the primary circulation unit and with heat being supplied by the heating unit, melted and at least partially depolymerized, gaseous depolymerization products formed in the primary stirred reactor being fed to a rectification in the rectification column.
  • At least a partial flow of melted polymers is fed to the secondary reactor and is further depolymerized by the heating unit with supply of heat, with depolymerization products occurring in the secondary reactor being fed to rectification in the rectification unit.
  • Such a method can advantageously enable a particularly efficient continuous depolymerization of polymers. Warming up, melting and depolymerization of the polymers can advantageously take place without a liquid and/or gaseous auxiliary phase.
  • the depolymerization is preferably carried out without steam being supplied, in particular in contrast to what is known as the steam cracker process.
  • bottom products obtained in the rectification column be fed to the secondary reactor and/or the primary reactor.
  • the efficiency of the method can advantageously be further improved.
  • a product yield can be increased if bottom products obtained in the rectification column are fed to the secondary reactor and/or the primary reactor.
  • the method includes a pretreatment step, with chlorine-containing polymers being pretreated before being fed into the primary reactor and chlorine-containing components being separated off in the process.
  • the efficiency of the method can advantageously be further improved by being able to use chlorine-containing polymers.
  • the reactor device according to the invention, the depolymerization plant according to the invention and the method according to the invention should not be restricted to the application and embodiment described above.
  • the reactor device according to the invention and/or the depolymerization plant according to the invention can have a number of individual elements, components and units that differs from a number mentioned here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows a schematic piping and instrument flow diagram of a depolymerization plant with a reactor device for the continuous depolymerization of polymers
  • FIG. 2 shows a schematic piping and instrument flow diagram of a depolymerization plant with a reactor device for the continuous depolymerization of polymers in a further exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows another embodiment of a reactor device for the continuous depolymerization of polymers with a primary reactor in a schematic representation
  • 4 shows a schematic piping and instrument flow diagram of a depolymerization plant with a reactor device for the continuous depolymerization of polymers in a further exemplary embodiment
  • 5 is a schematic process flow diagram showing a process for the continuous depolymerization of polymers.
  • the depolymerization plant 60a comprises a reactor device 10a for the continuous depolymerization of polymers, in particular for the depolymerization of polyolefins, for example polyethylene and/or polypropylene and/or polystyrene from polymer waste (not shown).
  • polyolefins for example polyethylene and/or polypropylene and/or polystyrene from polymer waste (not shown).
  • the depolymerization plant 60a includes a rotary valve 62a, a screw conveyor 64a and an inlet 66a.
  • the inlet 66a has a cooling section 68a which is connected to a cooling water circuit 70a.
  • the reactor device 10a comprises a primary reactor 12a.
  • the primary reactor 12a is connected to the inlet 66a.
  • polymer waste for example from big bags, can be fed to the primary reactor 12a via the rotary valve 62a while simultaneously supplying nitrogen as an inert gas from a nitrogen feed line 72a by means of the screw conveyor 64a via the inlet 66a.
  • the cooling section 68a prevents premature melting of the polymer waste and thus clogging of the inlet 66a.
  • the reactor device 10a also has a heating unit 14a for heating and melting and for at least partial depolymerization of the polymers within the primary reactor 12a.
  • the heating unit 14a has at least one primary heat exchanger 40a.
  • the reactor device 10a has a guide tube 42a.
  • the draft tube 42a is arranged within the primary reactor 12a and is provided for separating two opposing axial flows in the primary reactor 12a.
  • the Primary heat exchanger 40a is designed as a shell heat exchanger and is arranged on an outside of the primary reactor.
  • a molten salt is used as the heat transfer medium.
  • the depolymerization plant 60a comprises a molten salt system 74a with a molten salt tank 76a and a heating device 78a, for example a melting furnace or the like.
  • the molten salt which essentially consists of potassium and/or sodium nitrate and/or nitrite, is conveyed by means of a submersible pump (not shown) from the molten salt tank 76a via appropriate pipelines to the primary heat exchanger 40a and from there back to the molten salt tank 76a .
  • the reactor device 10a also has a primary circulation unit 16a.
  • the primary circulation unit 16a is provided for circulating melted polymers in the primary reactor 12a.
  • the primary circulation unit 16a has at least one primary circulation element 26a for generating an axial flow within the primary reactor 12a.
  • the primary circulation unit 16a is designed as a primary stirring unit 24a.
  • the primary circulation element 26a of the primary circulation unit 16a is designed as a primary stirring element 58a.
  • the primary circulation element 26a designed as a primary stirring element 58a is arranged in a circulation region 34a of the primary reactor 12a, specifically inside the guide tube 42a.
  • molten polymers are set in a first axial flow upwards within the guide tube 42a by means of the primary stirring element 58a.
  • the melted polymers flow down together with additional polymer waste added via inlet 66a in a second axial flow outside guide tube 42a, with the additional polymer waste being melted by primary heat exchanger 40a.
  • the melted polymers are partially depolymerized.
  • a reverse direction of flow would also be conceivable, with melted polymers being agitated by means of the primary stirring element 58a within the guide tube 42a in a first axial direction Flow are moved down and rise again in a second axial flow outside of the guide tube up.
  • the depolymerization plant 60a includes a rectification column 56a.
  • the primary reactor 12a is connected to the rectification column 56a. Gaseous depolymerization products occurring in the operating state within the primary reactor 12a are fed to a first stage of the rectification column 56a.
  • the reactor device 10a has a secondary reactor 18a.
  • the secondary reactor 18a is connected downstream of the primary reactor 12a and forms a reactor cascade with it.
  • the primary reactor 12a has an outlet unit 28a for feeding a partial flow of the melted polymers into the secondary reactor 18a.
  • the outlet unit 28a includes an overflow area 30a.
  • the primary reactor 12a has at least one calming zone 32a.
  • the calming zone 32a is arranged between the circulation area 34a and the overflow area 30a. In the operating state, the partial flow of the polymers melted in the primary reactor 12a reaches the overflow area 30a via the calming zone 32a and is transferred from there into the secondary reactor 18a.
  • the reactor device 10a has a secondary circulation unit 20a with at least one secondary circulation element 22a for generating a radial flow within the secondary reactor 18a.
  • the secondary circulation unit 20a is designed as a secondary stirring unit 80a.
  • the secondary circulation element 22a of the secondary circulation unit 20a is designed as a secondary stirring element 82a.
  • the secondary circulation unit 20a has a plurality of secondary circulation elements 22a, which are designed as secondary stirring elements 82a and are connected vertically one above the other with a stirring axis. For the sake of clarity, only one of the secondary circulation elements 22a is provided with a reference number in FIG.
  • the heating unit 14a has at least one secondary heat exchanger 38a.
  • the secondary heat exchanger 38a is arranged outside of the secondary reactor 18a.
  • the secondary heat exchanger 38a is provided for heating the secondary reactor 18a.
  • the secondary heat exchanger 38a is designed as a jacketed heat exchanger and is arranged in a circumferential direction around the secondary reactor 18a.
  • the secondary heat exchanger 38a is fed via molten salt system 74a.
  • the molten salt system 74a is shown in simplified form for the sake of clarity.
  • the melted salt system 74a preferably comprises two separate melted salt circuits for supplying the primary heat exchanger 40 and the secondary heat exchanger 38 in order to be able to heat the polymers in the primary reactor 12 and the secondary reactor 18 to different temperatures.
  • the melted polymers are fed from the primary reactor 12a into the secondary reactor 18a in an upper area and drawn off in a lower area.
  • the polymers are moved outwards to the container wall by the radial flow generated by the secondary circulating elements 22a and are further heated by the secondary heat exchanger 38a.
  • the resulting gaseous depolymerization products rise and are fed to a second stage of the rectification column 56a.
  • the reactor device 10a has a tertiary reactor 88a, which is connected downstream of the secondary reactor 18a.
  • the tertiary reactor 88a is mounted horizontally and is provided with stirring arms 92a.
  • plug flow is provided within the secondary reactor 18a. Polymers not yet depolymerized slowly sink down in the secondary reactor 18a and are fed to the tertiary reactor 88a.
  • the reactor device 10a has a control unit 36a. The plug flow is provided by means of the control unit 36a.
  • the control unit 36a is intended to control a fill level of melted polymers in the secondary reactor 18a.
  • the control unit 36a includes a level indicator controller 84a and a control valve 86a.
  • the control valve 86a is on the Level indicator controller 84a controlled.
  • a connecting line connects an outlet in the lower portion of the secondary reactor 18a to the tertiary reactor 88a.
  • Polymers are withdrawn from the secondary reactor 18a via the outlet by means of a pump and, when the control valve 86a is open, partially transferred directly into the tertiary reactor 88a.
  • a heat exchanger 126a connected to the salt circuit 74a is also arranged on the connecting line.
  • the heating unit 14a comprises a tertiary heat exchanger 90a, which is arranged as a jacketed heat exchanger on an outside of the tertiary reactor 88a and is fed via the molten salt system 74a.
  • the stirring arms 92a Using the stirring arms 92a, the molten polymers are thrown in a uniform distribution, forming a thin layer, against the inner wall of the tertiary reactor 88a and are further depolymerized by the heat supplied by means of the tertiary heat exchanger 90a. Gaseous depolymerization products occurring in the tertiary reactor 88a are fed to the third stage of the rectification column 56a.
  • a residual amount of soot and inorganic components is fed to a disposal unit 94a and discharged from there as a residual fraction 108a.
  • Products arising in the rectification column 56a which occur in gaseous form at the top of the rectification column 56a, are partially condensed by means of a heat exchanger 98a and fed to a container 102a.
  • the depolymerization products can be obtained from the container 102a in the form of a gaseous light fraction 104a and in the form of a liquid heavy fraction 106a.
  • Some of the products, in particular from the light fraction 104a can be used, for example, to operate the heating device 78a of the lard circuit 74a.
  • the heat exchanger 98a is operated by means of a hot water circuit 96a.
  • the rectification column 56a is fed via a diesel feed 100a.
  • rectification column 56a on the Heavy fraction 106a is fed. Bottom products occurring in the rectification column 56a can in turn be fed to the secondary reactor 18a and/or the primary reactor 12a.
  • FIGS. Three further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS.
  • the following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, whereby with regard to components with the same designation, in particular with regard to components with the same reference numbers, the drawings and/or the description of the other exemplary embodiments, in particular Figure 1 can be referred.
  • the letter a follows the reference number of the exemplary embodiment in FIG. In the exemplary embodiments of FIGS. 2 to 4, the letter a has been replaced by the letters b to d.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a depolymerization plant 60b with a reactor device 10b for the continuous depolymerization of polymers in a schematic pipeline and instrument flow diagram.
  • the reactor device 10b is also provided for a depolymerization of chlorine-containing polymers, for example polyvinyl chloride.
  • the reactor device 10b has a primary reactor 12b, a secondary reactor 18b and a tertiary reactor 88b.
  • the reactor device 10b also has a pretreatment reactor 44b for the pretreatment of chlorine-containing polymers.
  • the pretreatment reactor 44b is connected upstream of the primary reactor 12b and forms a reactor cascade with it.
  • the reactor device 10b has a heating unit 14b which, analogously to the previous exemplary embodiment, is fed via a molten salt system 74b becomes.
  • the heating unit 14b has at least one pretreatment heat exchanger 46b for heating and melting and for at least partial depolymerization of the chlorine-containing polymers.
  • the molten salt system 74b is shown in simplified form for the sake of clarity.
  • the molten salt system 74b comprises three separate molten salt circuits (not shown), namely a first molten salt circuit for supplying a primary heat exchanger 40b for heating the primary reactor 12b, a second molten salt circuit for supplying a secondary heat exchanger 38 for heating a secondary reactor 18b and a third molten salt circuit for supplying the pretreatment heat exchanger 46b , in order to be able to heat the polymers in the pretreatment reactor 44b, the primary reactor 12 and the secondary reactor 18 to different temperatures, respectively.
  • a first molten salt circuit for supplying a primary heat exchanger 40b for heating the primary reactor 12b
  • a second molten salt circuit for supplying a secondary heat exchanger 38 for heating a secondary reactor 18b
  • a third molten salt circuit for supplying the pretreatment heat exchanger 46b
  • the reactor device 10b has a pretreatment circulation unit 48b arranged in the pretreatment reactor 44b for circulation of melted chlorine-containing polymers.
  • the pre-treatment circulating unit 48b includes a pre-treatment circulating element 50b which is designed as an agitating element.
  • the reactor device 10b has a wet separator unit 52b connected to the pretreatment reactor 44b for aftertreatment of a gas phase occurring in the pretreatment reactor 44b.
  • the wet separator unit 52b is provided for an NaOH scrubbing of hydrochloric acid from the gas phase occurring in the pretreatment reactor 44b and is supplied via a sodium hydroxide feed 128b.
  • sodium chloride-containing material occurring during the NaOH scrubbing Water can be recovered as sodium chloride fraction 130b. Exhaust gases that occur are excreted as exhaust gas fraction 132b.
  • the reactor device 10b has a static mixer unit 54b arranged fluidically between the pretreatment reactor 44b and the primary reactor 12b for separating residual amounts of chlorine from a liquid phase occurring in the pretreatment reactor 44b.
  • the liquid phase occurring in the operating state in the pretreatment reactor 44b is fed to the static mixer unit 54b, calcium oxide being fed into the static mixer unit 54b via a calcium oxide feed 134b in order to convert chlorine-containing components remaining in the liquid phase to calcium chloride.
  • Molten polymers freed from chlorine-containing components are fed to the primary reactor 12b.
  • the primary reactor 12b has an outlet unit 28b for feeding a partial flow of the melted polymers into a secondary reactor 18b, which is connected downstream of the primary reactor 12b.
  • the outlet unit 28b includes an overflow area 30b.
  • the height of the overflow area 30b can be variably adjusted in order to set a residence time in the primary reactor 12b.
  • the outlet unit 28b has a first overflow valve 136b, a second overflow valve 138b arranged above the first overflow valve 136b and a third overflow valve 140b arranged above it.
  • a residence time in the primary reactor 12b can be variably adjusted in order to be able to react flexibly to different compositions of polymer starting materials.
  • Another difference of the primary reactor 12b to the primary reactor 12a of the previous embodiment is that an agitator shaft to a Drive designed as a primary stirring element 58b primary circulation element 26 of a primary circulation unit 16b is inserted from above into the primary reactor 12b, while a stirring shaft of the primary stirring element 58a in Figure 1 is guided from below into the primary reactor 12a.
  • FIG. 3 shows a primary reactor 12c of a reactor device 10c for the continuous depolymerization of polymers in a schematic representation.
  • the primary reactor 12c is designed without a guide tube.
  • the reactor device 10c has a primary circulation unit 16c.
  • the primary circulation unit 16c is provided for circulating melted polymers in the primary reactor 12c.
  • the primary circulation unit 16c has at least one primary circulation element 26c for generating an axial flow within the primary reactor 12c.
  • the primary circulation unit 16c is designed as a primary stirring unit 24c and has a primary circulation element 26c designed as a primary stirring element 58c.
  • the primary circulation unit 16c has a further primary circulation element 110c.
  • the other primary circulation element 1 10c is designed as a circulation pump 1 12c. In principle, it would be conceivable that the primary stirring element 58c is dispensed with and the primary reactor 12c is operated exclusively with the circulating pump 112c.
  • the reactor device 10c has a heating unit 14c for heating and melting and for at least partial depolymerization of polymers within the primary reactor 12c.
  • the heating unit 14c has at least one primary heat exchanger 40c.
  • the primary heat exchanger 40c is arranged outside of the primary reactor 12c on a circulation line 114c of the primary reactor 12c. In an operating state of the reactor device 10c, melted polymers can be sucked out of a lower region of the primary reactor 12c via the circulation line 114c by means of the circulation pump 112c, further heated via the primary heat exchanger 40c and returned to the primary reactor 12c in an upper region.
  • a reverse pumping direction through the circulation line 114c would also be conceivable.
  • the secondary reactors 18a, 18b shown in the previous exemplary embodiments and/or the pretreatment reactor 44b from the second exemplary embodiment could also be designed analogously to the primary reactor 12c shown in this exemplary embodiment and have the features described above with reference to the primary reactor 12c.
  • the reactor device 10c is part of a depolymerization plant 60c and has a secondary reactor (not shown), which is connected downstream of the primary reactor 12c and forms a reactor cascade with it.
  • a secondary reactor not shown
  • the reactor device 10c is part of a depolymerization plant 60c and has a secondary reactor (not shown), which is connected downstream of the primary reactor 12c and forms a reactor cascade with it.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a depolymerization plant 60d with a reactor device 10d for the continuous depolymerization of polymers in a schematic pipeline and instrument flow diagram.
  • the depolymerization system 60d differs from the depolymerization system 60b of the second exemplary embodiment with regard to a configuration of a primary reactor 14d of the reactor device 10d.
  • the reactor device 14d has a heating unit 14d with a primary heat exchanger 40d.
  • the reactor device 10d also has a guide tube 42d, which is provided for separating two opposing axial flows in the primary reactor 14d.
  • the primary heat exchanger 40d is arranged within the primary reactor 14d and surrounds it Guide tube 42 in the circumferential direction at least partially.
  • the primary heat exchanger 40d is designed as a tube bundle heat exchanger and has a plurality of tubes with flow channels (not provided with a reference number) arranged between them.
  • the reactor device 10d also has a primary circulation unit 16d.
  • the primary circulation unit 16d is provided for circulating melted polymers in the primary reactor 12d.
  • the primary circulation unit 16d has at least one primary circulation element 26d for generating an axial flow within the primary reactor 12d.
  • the primary circulation unit 16d is designed as a primary stirring unit 24d.
  • the primary circulation element 26d of the primary circulation unit 16d is designed as a primary stirring element 58d and is arranged inside the guide tube 42d.
  • melted polymers can be set in a first axial flow upwards within the guide tube 42d by means of the primary stirring element 58d. Above guide tube 42d, the melted polymers flow downwards together with further polymer waste added via inlet 66d in a second axial flow outside of guide tube 42d through the flow channels between the tubes of the primary heat exchanger, with the further polymer waste being melted by primary heat exchanger 40a. During this process, the melted polymers are partially depolymerized.
  • the reactor device 10d has a pretreatment reactor 44d for the pretreatment of chlorine-containing polymers.
  • the pretreatment reactor 44d is connected upstream of the primary reactor 12d and forms a reactor cascade with it.
  • the heating unit 14d has at least one pretreatment heat exchanger 46d for heating and melting and for at least partial depolymerization of the chlorine-containing polymers.
  • the pretreatment reactor 44d is designed analogously to the exemplary embodiment in FIG.
  • the reactor device 10d it would also be conceivable for the reactor device 10d to have a further guide tube (not shown) having, which is arranged in the pretreatment reactor 44d.
  • the pretreatment heat exchanger 46d could be arranged within the pretreatment reactor 44d and surrounds the further guide tube in the circumferential direction, so that the pretreatment reactor 44d is of essentially identical design to the primary reactor 10d.
  • a primary reactor and a secondary reactor and/or a pretreatment reactor could be configured essentially identically to one another, or features that were previously described with reference to one reactor can be transferred to one or more of the other reactors.
  • FIG. 5 shows a schematic process flow diagram for representing a process for the continuous depolymerization of polymers by means of a depolymerization system, the depolymerization system 60a, the depolymerization system 60b or the depolymerization system 60c or the depolymerization system 60d from the previous exemplary embodiments being used to carry out the process can be.
  • the method comprises at least three method steps.
  • a first process step 118 of the process polymers, in particular in the form of polymer waste, are fed to the primary reactor 12a, 12b, 12c; 12d supplied.
  • the polymers are circulated through the primary circulation unit 24a, 24b, 24c; 24d and with heat supplied by the heating unit 14a, 14b, 14c; 14d is heated, melted and at least partially depolymerized, the resulting gaseous depolymerization products being rectified in the rectification column 56a, 56b; 56d are supplied.
  • the polymers in the first step 1 18 on a Temperature between 250°C and 350°C, more preferably heated to 300°C.
  • a second process step 120 of the process at least a partial flow of melted polymers is fed to the secondary reactor 18a, 18b; 18d and supplied with heat by the heating unit 14a, 14b, 14c; 14d is further depolymerized, the resulting gaseous depolymerization products of the rectification column 56a, 56b; 56d are supplied.
  • the partial flow is preferably heated to a temperature between 380° C. and 500° C., particularly preferably between 420° C. and 480° C.
  • a third process step 122 of the process the components from the secondary reactor 18a, 18b, the tertiary reactor 88a, 88b; 88d either directly or via the heat exchanger 126a, 126b, 126d for further depolymerization.
  • Gaseous depolymerization products occurring during the feed into the tertiary reactor 88a, 88b and/or in the tertiary reactor 88a, 88b are fed in the third process step 122 to the rectification column 56a, 56b.
  • the rectification of the gaseous depolymerization products takes place in the rectification column 56a, 56b, 56d, with bottom products occurring in the rectification column 56a, 56b being sent to the secondary reactor 18a, 18b, 18d and/or the primary reactor 12a, 12b, 12c , 12d are supplied.
  • the products After subsequent partial condensation of the products, which occur at the top of the rectification column 56a, 56b, 56d, they are partially condensed via the heat exchanger 98a. Then the light fraction 104a; 104b; 104d and heavy fraction 106a, 106b, 106d are obtained.
  • the method can include an optional pretreatment step 116, which precedes the first method step 118.
  • pretreatment step 116 chlorine-containing polymers are pretreated before being fed into the primary reactor 12a, 12b, 12c, 12d, and chlorine-containing components are separated off in the process.
  • Pre-treatment step 1 16 is preferably carried out by means of the pre-treatment reactor 44b described in the second exemplary embodiment or by means of the the pretreatment reactor 44d described in the fourth exemplary embodiment and by means of the static mixer unit 54b or the mixer unit 54d connected thereto.
  • the chlorine-containing polymers are heated in the pretreatment reactor 44b, 44d by means of the pretreatment heat exchanger 46b, 46d, melted and at least partially depolymerized.
  • a post-treatment of the in the pre-treatment reactor 44b; 44d occurring gas phase takes place by means of NaOH scrubbing in the wet separator unit 52b, 52d.
  • the resulting liquid phase is fed to the static mixer unit 54b, 54d, with the remaining proportions of chlorine being converted into calcium chloride with the addition of calcium oxide in the static mixer unit 54b, 54d.
  • the melted polymers freed from chlorine-containing components are fed to the primary reactor 12b, 12d, where the first process step 118 is then carried out.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Reaktorvorrichtung (10a-d) zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren, insbesondere Polyolefinen aus Polymerabfällen, mit einem Primärreaktor (12a-d), mit einer Heizeinheit (14a-d) zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der Polymere innerhalb des Primärreaktors (12a-d) und mit zumindest einer Primärumwälzeinheit (16a-d) zum Umwälzen aufgeschmolzener Polymere in dem Primärreaktor (12a-d). Es wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung (10a-d) einen Sekundärreaktor (18a; 18b; 18d) aufweist, welcher dem Primärreaktor (12a-d) nachgeschaltet ist und mit diesem eine Reaktorkaskade ausbildet.

Description

Reaktorvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Reaktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Depolymerisationsanlage nach Anspruch 18 und ein Verfahren zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19.
Mit zunehmendem Abfallaufkommen von Kunststoffabfällen, beispielsweise von Verpackungsmaterial, Reifen und dergleichen, steigt die Nachfrage nach effizienten Verwertungstechnologien derartiger Abfallströme. Eine rein stoffliche Verwertung dieser Abfallströme zu gleichwertigen Produkten ist dabei nicht immer wirtschaftlich möglich oder geht, beispielsweise aufgrund von hohen Anforderungen an eine Sortenreinheit einzelner Polymergruppen, oftmals mit einem Downcycling einher. Eine effiziente chemische Verwertung der in diesen Abfallströmen enthaltenen Polymere zur Zerlegung in ihre einzelnen Monomere oder Oligomere und/oder Gemische von Monomeren und Oligomeren und/oder Gemische verschiedene Kohlenwasserstofffraktionen, die fossile Kohlenwasserstoffe wie Erdöl oder Erdgas ersetzen können, und der anschließenden Erzeugung von gleich- oder höherwertigen Produkten, beispielsweise Treibstoffen, ist daher erstrebenswert. Neben bekannten Verfahren zur chemischen Verwertung von Kunststoffabfällen, wie der Trockenen Destillation, der Verschwelung oder Vergasung von Kunststoffabfällen, welche jedoch oft nicht wirtschaftlich durchführbar sind, stehen zunehmend auch Verfahren zur kontinuierlichen Depolymerisation im Fokus der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Recyclingtechnik.
Aus der WO 2017/152205 A1 ist bereits ein Verfahren zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren bekannt. Hierin wird ein kontinuierlicher Prozess zum Pyrolysieren von Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol in einem Rührapparat mit außenliegender Pumpe und Wärmetauscher bei leichtem Überdruck beschrieben, wobei diese Polymere mittels eines Schmelzsalzsystems als Wärmeübertragungsmedium indirekt aufgewärmt, aufgeschmolzen und teilweise depoly- merisiert werden und anschließend einem nachgeschalteten waagrecht gelagerten, röhrenartigen zweiten Reaktor mit Rührschaufeln zum vollständigen Ausdampfen weitergeleitet werden sollen. Zur effizienten Durchführung des Verfahrens wäre jedoch ein Depolymerisierungsgrad von größer 90 % in dem Rührapparat erforderlich, um den verbliebenen hochviskosen Restanteil in dem waagrecht gelagerten, röhrenartigen zweiten Reaktor effizient verarbeiten zu können. Da in dem Rührapparat jedoch eine nahezu ideale Durchmischung erfolgt, sind die erforderlichen Depolymerisierungsgrade in der Praxis kaum erreichbar und eine effiziente Durchführung dieses bekannten Verfahrens ist daher in der Praxis kaum möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren im Hinblick auf eine Effizienz vorteilhaft weiterzuentwickeln. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 18 und 19 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Reaktorvorrichtung zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren, insbesondere Polyolefinen aus Polymerabfällen, mit einem Primärreaktorbehälter, mit einer Heizeinheit zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der Polymere innerhalb des Primärreaktors und mit zumindest einer Primärumwälzeinheit zum Umwälzen aufgeschmolzener Polymere in dem Primärreaktor.
Es wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung einen Sekundärreaktor aufweist, welcher dem Primärteaktor nachgeschaltet ist und mit diesem eine Reaktorkaskade ausbildet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Reaktorvorrichtung mit verbesserter Effizienz bereitgestellt werden. Indem dem Primärreaktor ein Sekundärreaktor nachgeschaltet ist, kann innerhalb der Reaktorkaskade vorteilhaft ein erforderlicher Depolymerisierungsgrad von größer 90 % erreicht und damit eine effiziente Depolymerisation ermöglicht werden. In Kombination mit dem bereits aus der WO 2017/152205 A1 bekannten Schmelzsalzsystem zur indirekten Wärmeübertragung in dem Primärreaktor und dem Sekundärreaktor kann eine Effizienz vorteilhaft weiter verbessert werden.
Unter einer „Reaktorvorrichtung“ soll ein, insbesondere funktionstüchtiger, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente, einer Depolymerisationsanlage verstanden werden. Die Reaktorvorrichtung kann auch die gesamten Depolymerisationsanlage umfassen. Die Reaktorvorrichtung und/oder die die Reaktorvorrichtung aufweisende Depolymerisationsanlage ist, ohne darauf beschränkt zu sein, zur Durchführung von Verfahren zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren, insbesondere Polyolefinen, wie Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol, vorgesehen. Vorzugsweise umfasst die Reaktorvorrichtung und/oder die Depolymerisationsanlage ein Schmelzsalzsystem, wie es bereits in der WO 2017/152205 A1 beschrieben ist. Vorzugsweise ist das Schmelzsalzsystem zu einem Betrieb mit einer Salzschmelze, welche im Wesentlichen aus Kalium- und/oder Natrium - Nitrat und/oder - Nitrit besteht, vorgesehen. Vorzugsweise ist die Heizeinheit zur indirekten Wärmeübertragung über das Schmelzsalzsystem vorgesehen.
Vorzugsweise ist der Primärreaktor als ein Primärrührreaktor ausgebildet. Vorzugsweise ist der Sekundärreaktor als ein Sekundärrührreaktor ausgebildet. Bevorzugt bildet der Sekundärrührreaktor mit dem Primärrührreaktor eine Rührkaskade aus. Die Reaktorvorrichtung kann zudem einen Tertiärreaktor aufweisen, welcher dem Sekundärreaktor nachgeschaltet ist und welcher insbesondere analog zu dem in der WO 2017/152205 A1 beschriebenen waagrecht gelagerten, röhrenartigen zweiten Depolymerisationsreaktor ausgebildet sein kann. Der Tertiärreaktor kann eine Reaktorkaskade mit dem Primärreaktor und dem Sekundärreaktor ausbilden. Der Primärreaktor und der Sekundärrektor sind vorzugsweise als vertikale Reaktoren ausgebildet während der Tertiärreaktor als ein horizontaler Reaktor ausgebildet ist. Der Primärreaktor und der Sekundärreaktor sind zur Verarbeitung von mittelviskosen aufgeschmolzenen Polymeren vorgesehen, während der Tertiärreaktor zur Bearbeitung von hochviskosen aufgeschmolzenen Polymeren vorgesehen ist. Der Tertiärreaktor ist zur Aufnahme von aufgeschmolzenen Polymeren vorgesehen, welche in dem Primärreaktor und dem Sekundärreaktor zu einem Anteil von größer als 90 % depolymerisiert wurden. In dem Tertiärreaktor sind Rührarme angeordnet, welche dazu vorgesehen sind, die aufgeschmolzenen hochviskosen Polymere gleichmäßig verteilend unter Ausbildung einer dünnen Schicht an die Innenwandung des Tertiärreaktors zu schleudern. An einer Außenwandung des Tertiärreaktors ist ein Tertiärwärmetauscher angeordnet, welcher dazu vorgesehen ist, die hochviskosen aufgeschmolzenen Polymere über die über die Außenwandung zugeführte Wärme weiter, insbesondere vollständig, zu depo- lymerisieren. Die Rührarme in dem Tertiärreaktor sind zu unterscheiden von Rührorganen, wie sie in dem Primärreaktor und/oder dem Sekundärreaktor angeordnet sein können. Grundsätzlich könnte die Reaktorvorrichtung neben dem Primärreaktor und dem Sekundärreaktor eine beliebige, insbesondere einem Fachmann sinnvoll erscheinende, Anzahl von weiteren Reaktoren aufweisen, welche dem Sekundärreaktor nachgeschaltet und dem Tertiärreaktor vorgeschaltet sind und welche mit dem Primärreaktor und dem Sekundärreaktor eine Reaktorkaskade ausbilden.
In dem vorliegenden Dokument dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unterscheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbesondere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“.
Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Dokument verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% des vorgegebenen Werts abweicht.
Unter „vorgesehen“ soll speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung eine Sekundärumwälzeinheit mit zumindest einem Sekundärumwälzelement zur Erzeugung einer Radialströmung innerhalb des Sekundärreaktors aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz weiter erhöht werden. Es kann insbesondere eine verbesserte Umwälzung der aufgeschmolzenen Polymere und somit eine verbesserte Depolymerisation in dem Sekundärreaktor ermöglicht werden. Die Sekundärumwälzeinheit weist zumindest ein Sekundärumwälzelement auf, welches beispielsweise als eine Pumpe ausgebildet sein kann und vorzugsweise als ein Rührelement ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Sekundärumwälzeinheit eine Mehrzahl von als Rührelementen ausgebildeten Sekundärumwälzelementen auf, welche übereinander an einer gemeinsamen Rührwelle angeordnet sind.
Zudem wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Betriebszustand innerhalb des Sekundärreaktors eine Pfropfenströmung bereitgestellt ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz bei der Aufschmelzung und Depolymerisierung weiter verbessert werden. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Strömungserzeugungseinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, die Pfropfenströmung zu erzeugen. Die Strömungserzeugungseinheit umfasst zumindest einen Einlass, welcher in einem oberen Bereich des Sekundärreaktors angeordnet ist, und zumindest einen Auslass, welcher in einem unteren Bereich des Sekundärreaktors angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Sekundärreaktor eine rohrförmige Grundform auf, um die Bereitstellung der Pfropfenströmung weiter zu begünstigen. Grundsätzlich wäre alternativ oder zusätzlich denkbar, dass in dem Primärreaktor eine Pfropfenströmung bereitgestellt ist.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Primärumwälzeinheit zumindest ein Primärumwälzelement zur Erzeugung einer Axialströmung innerhalb des Primärreaktors aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden. Die Primärumwälzeinheit kann zumindest eine Primärumwälzleitung umfassen. Die Primärumwälzeinheit kann mehrere Primärumwälzelemente umfassen. Zumindest ein Primärumwälzelement kann als eine Pumpe ausgebildet sein, welche dazu vorgesehen ist, eine Teilmenge der aufgeschmolzenen Polymere aus dem Primärreaktor über die Umwälzleitung zu zirkulieren. Vorzugsweise ist zumindest ein Primärumwälzelement als ein Rührelement ausgebildet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Primärreaktor eine Auslasseinheit zur Zufuhr eines Teilstroms der aufgeschmolzenen Polymere in den Sekundärreaktor aufweist, welche einen Überlaufbereich umfasst. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine gezielte Zufuhr der aufgeschmolzenen Polymere von dem Primärreaktor in den Sekundärreaktor ermöglicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass eine Höhe des Überlaufbereichs zur Einstellung einer Verweilzeit in dem Primärreaktorrührbehälter variabel einstellbar ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Flexibilität verbessert werden. Es kann insbesondere eine flexible Anpassung einer Verweilzeitverteilung für unterschiedliche Zusammensetzungen von zu depolymerisierenden Polymeren ermöglicht werden. Eine Höheneinstellung kann beispielsweise mittels mehrerer vertikal übereinander in dem Überlaufbereich angeordneter Überlaufventile der Auslasseinheit ermöglicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Primärreaktor zumindest eine Beruhigungszone zwischen einem Umwälzbereich und dem Überlaufbereich aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft ein effizienter Betrieb ermöglicht werden. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Verweilzeitverteilung und damit ein hoher Depolymerisierungsgrad in dem Primärreaktor erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung eine Regeleinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, eine Füllhöhe aufgeschmolzener Polymere in dem Sekundärreaktorrührbehälter zu regeln. Hierdurch kann vorteilhaft ein besonders effizienter und flexibler Betrieb ermöglicht werden. Vorzugsweise umfasst die Regeleinheit zumindest einen Füllstandsanzeige-Controller (LIC) und zumindest ein Regelventil, welches über Signale des Füllstandsanzeige-Controllers steuerbar ist und dazu vorgesehen ist, einen Auslass von aufgeschmolzenen Polymeren aus dem Sekundärreaktor zu steuern und/oder zu regeln.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Heizeinheit zumindest einen Sekundärwärmetauscher aufweist, welcher außerhalb des Sekundärreaktors angeordnet und zur Beheizung des Sekundärreaktors vorgesehen ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine effiziente Wärmezufuhr ermöglicht werden. Vorzugsweise ist der Sekundärwärmetauscher als ein Mantelwärmetauscher ausgebildet und umgibt den Sekundärreaktor entlang seiner Umfangsrichtung. Vorzugsweise ist der Sekundärwärmetauscher zu einem Betrieb über das Schmelzsalzsystem der Depolymerisati- onsanlage vorgesehen.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Heizeinheit zumindest einen Primärwärmetauscher aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft ein effizientes und schonendes Aufschmelzen und Aufwärmen sowie eine teilweise Depolymerisation der Polymere ermöglicht werden. Vorzugsweise ist der Primärwärmetauscher zu einem Betrieb über das Schmelzsalzsystem der Depolymerisationsanlage vorgesehen. Insbesondere ist der Primärwärmtauscher zur Erhitzung der Polymere in dem Primärreaktor auf eine erste Temperatur, vorzugsweise zwischen 250°C und 350°C, vorgesehen und der Sekundärwärmetauscher ist zur Erhitzung der Polymere in dem Sekundärreaktor auf eine von der ersten Temperatur verschiedene, insbesondere höhere, zweite Temperatur, vorzugsweise zwischen 380°C und 500°C, bevorzugt zwischen 420°C und 480°C, vorgesehen. In einem weiteren Aspekt der Erfindung, welcher insbesondere sowohl eigenständig als auch in Kombination mit anderen Aspekten der Erfindung betrachtet werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung ein innerhalb des Primärreaktors angeordnetes Leitrohr zur Trennung zweier entgegengesetzter axialer Strömungen im Primärreaktor aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine effiziente Strömungsführung in dem Primärreaktor ermöglicht werden. Insbesondere können bereits aufgeschmolzene Polymere in einer ersten axialen Strömung innerhalb des Leitrohrs nach oben befördert werden und mit weiteren neu zugegebenen und noch nicht aufgeschmolzenen Polymeren in einer zweiten axialen Strömung außerhalb des Leitrohrs nach unten befördert werden. Alternativ kann auch eine Strömungsrichtung auch umgekehrt sein, wobei bereits aufgeschmolzene Polymere in einer ersten axialen Strömung innerhalb des Leitrohrs nach unten und in einer zweiten axialen Strömung außerhalb des Leitrohrs nach oben befördert werden können. Es kann somit eine besonders effiziente Aufschmelzung und Depolymerisation ermöglicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der Primärwärmetauscher das Leitrohr in Um- fangsrichtung zumindest teilweise umgibt. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine verbesserter Wärmeübergang ermöglicht werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung, welcher insbesondere sowohl eigenständig als auch in Kombination mit anderen Aspekten der Erfindung betrachtet werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung einen Vorbehandlungsreaktor zur Vorbehandlung chlorhaltiger Polymere aufweist, welcher dem Primärreaktor vorgeschaltet ist und mit diesem eine Reaktorkaskade ausbildet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine Ressourceneffizienz verbessert werden, indem mittels der Reaktorvorrichtung neben Polyolefinen auch chlorhaltige Polymere, beispielsweise Polyvinylchlorid und/oder Polyvinylidenchlorid, depolymerisiert werden können. Zudem kann vorteilhaft eine Sicherheit erhöht werden, indem chlorhaltige Komponenten in dem Vorbehandlungsreaktor abgetrennt werden, sodass eine Entstehung von gefährlichen Chlorverbindungen, beispielsweise Dioxinen, welche bei höheren Temperaturen in dem Primärreaktor und/oder dem Sekundärreaktor entstehen könnten, wirksam verhindert wird. Vorzugsweise ist der Vorbehandlungsreaktor, sowie darin angeordnete und/oder dem Vorbehandlungsreaktor unmittelbar nachgeschaltete Komponenten der Reaktorvorrichtung, beispielsweise Rohrleitungen und dergleichen, aus korrosionsbeständigen Materialien, beispielsweise Emaille und/oder Hastelloy und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Tantal, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Reaktorvorrichtung zu einer einstufigen Vorbehandlung chlorhaltiger Polymere in dem Vorbehandlungsreaktor vorgesehen. Alternativ wäre jedoch auch denkbar, dass die Reaktorrvorrichtung zu einer mehrstufigen Vorbehandlung chlorhaltiger Polymere vorgesehen ist und hierzu eine Mehrzahl von Vorbehandlungsreaktoren aufweist, welche insbesondere in einer Vorbehandlungskaskade angeordnet sein können.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Heizeinheit zumindest einen Vorbehandlungswärmetauscher zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der chlorhaltigen Polymere aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden. Vorzugsweise ist der Vorbehandlungswärmetauscher zu einem Betrieb über das Schmelzsalzsystem der Depoly- merisationsanlage vorgesehen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung eine in dem Vorbehandlungsreaktor angeordnete Vorbehandlungsumwälzeinheit zum Umwälzen aufgeschmolzener chlorhaltiger Polymere aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz in der Vorbehandlung weiter verbessert werden. Vorzugsweise umfasst die Vorbehandlungsumwälzeinheit zumindest ein Rührelement. Die Vorbehandlungsumwälzeinheit kann alternativ oder zusätzlich zumindest eine Umwälzpumpe umfassen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung eine mit dem Vorbehandlungsreaktor verbundene Nassabscheidereinheit aufweist, zur Nachbehandlung einer in dem Vorbehandlungsreaktor anfallenden Gasphase. Hierdurch kann vorteilhaft eine effiziente Nachbehandlung der in dem Vorbehandlungsreaktor anfallenden Gasphase ermöglicht werden. Vorzugsweise ist die Nassabscheidereinheit zu einer Nachbehandlung mittels NaOH-Wäsche vorgesehen.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Reaktorvorrichtung eine fluidtechnisch zwischen dem Vorbehandlungsreaktor und dem Primärreaktor angeordnete statische Mischereinheit zur Abtrennung von Restmengen an Chlor aus einer in dem Vorbehandlungsreaktor anfallenden Flüssigphase aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz und Sicherheit der Reaktorvorrichtung weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine Material- und/oder Kosteneffizienz verbessert werden, wenn Restmengen an Chlor vor einem Eintritt in den Primärreaktor vollständig abgetrennt werden, da der Primärreaktor und dem Primärreaktor nachgeschaltete Rohrleitungen und Anlagenteile der Depolymerisationsanlage vorteilhaft aus weniger hochwertigen und damit kostengünstigeren Materialien hergestellt werden können, da Anforderungen an eine Korrosionsbeständigkeit entsprechend geringer ausfallen. Vorzugsweise umfasst die statische Mischereinheit zumindest einen statischen Mischer, welcher zur Zugabe von Calciumoxid und zur Umsetzung der Restmengen an Chlor zu Calciumchlorid vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Depolymerisationsanlage mit einer Reaktorvorrichtung nach einer der vorhergehenden beschriebenen Ausgestaltungen und mit zumindest einer Rektifikationskolonne zur Weiterbehandlung von in dem Primärreaktor und/oder dem Sekundärreaktor anfallenden gasförmigen Depolymerisations- produkten. Eine derartige Depolymerisationsanlage zeichnet sich insbesondere durch ihre vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz aus, welche insbesondere durch die Reaktorvorrichtung erreicht werden können. Die Depolymerisationsanlage kann, neben der Reaktorvorrichtung und der Rektifikationskolonne, weitere Einheiten und Elemente, insbesondere entsprechende Rohrleitungen, einen Wärmetauscher zur Kondensation von in der Rektifikationskolonne gasförmig anfallenden Produkten und dergleichen aufweisen. Die Depolymerisationsanlage ist von einem Steamcracker verschieden ausgebildet. Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren mittels der vorhergehend beschriebenen Depolymerisa- tionsanlage, wobei Polymere dem Primärreaktor zugeführt, in dem Primärreaktor unter Umwälzen durch die Primärumwälzeinheit und unter Wärmezufuhr durch die Heizeinheit aufgewärmt, aufgeschmolzen und zumindest teilweise depolymerisiert werden, wobei in dem Primärrührreaktor entstehende gasförmige Depolymerisati- onsprodukte einer Rektifikation in der Rektifikationskolonne zugeführt werden.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teilstrom aufgeschmolzener Polymere dem Sekundärreaktor zugeführt wird und unter Wärmezufuhr durch die Heizeinheit weiter depolymerisiert wird, wobei in dem Sekundärreaktor entstehende Depoly- merisationsprodukte der Rektifikation in der Rektifikationseinheit zugeführt werden. Durch ein derartiges Verfahren kann vorteilhaft eine besonders effiziente kontinuierliche Depolymerisation von Polymeren ermöglicht werden. Ein Aufwärmen, ein Aufschmelzen und eine Depolymerisation der Polymere kann vorteilhaft ohne eine flüssige und/oder gasförmige Hilfsphase erfolgen. Vorzugsweise wird die Depolymerisation, insbesondere im Unterschied zum sogenannten Steamcrackerpro- zess, ohne eine Zufuhr von Dampf durchgeführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in der Rektifikationskolonne anfallende Bodenprodukte dem Sekundärreaktor und/oder dem Primärreaktor zugeführt werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz des Verfahrens weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine Produktausbeute erhöht werden, wenn in der Rektifikationskolonne anfallende Bodenprodukte dem Sekundärreaktor und/oder dem Primärreaktor zugeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren einen Vorbehandlungsschritt umfasst, wobei chlorhaltige Polymere vor der Zufuhr in den Primärreaktor vorbehandelt und dabei chlorhaltige Komponenten abgetrennt werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz des Verfahrens weiter verbessert werden, indem chlorhaltige Polymere zum Einsatz gebracht werden können. Die erfindungsgemäße Reaktorvorrichtung, die erfindungsgemäße Depolymerisati- onsanlage sowie das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Reaktorvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Depolymerisationsanlage zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema einer Depolymerisationsanlage mit einer Reaktorvorrichtung zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren,
Fig. 2 ein schematisches Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema einer Depolymerisationsanlage mit einer Reaktorvorrichtung zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren in einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Reaktorvorrichtung zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren mit einem Primärreaktor in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4 ein schematisches Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema einer Depolymerisationsanlage mit einer Reaktorvorrichtung zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren in einem weiteren Ausführungsbeispiel und Fig. 5 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein schematisches Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema einer Depolymerisationsanlage 60a. Die Depolymerisationsanlage 60a umfasst eine Reaktorvorrichtung 10a zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren, insbesondere zur Depolymerisation von Polyolefinen, beispielsweise Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Polystyrol aus Polymerabfällen (nicht dargestellt).
Die Depolymerisationsanlage 60a umfasst eine Zellradschleuse 62a, eine Förderschnecke 64a und einen Einlass 66a. Der Einlass 66a weist eine Kühlstrecke 68a auf, welche mit einem Kühlwasserkreislauf 70a verbunden ist.
Die Reaktorvorrichtung 10a umfasst einen Primärreaktor 12a. Der Primärreaktor 12a ist mit dem Einlass 66a verbunden. Zum Betrieb der Depolymerisationsanlage 60a können Polymerabfälle, beispielsweis aus Big-Bags, über die Zellradschleuse 62a unter gleichzeitiger Zufuhr von Stickstoff als Inertgas aus einer Stickstoffzufuhrleitung 72a mittels der Förderschnecke 64a über den Einlass 66a dem Primärreaktor 12a zugeführt werden. Die Kühlstrecke 68a verhindert dabei ein vorzeitiges Aufschmelzen der Polymerabfälle und damit ein Verstopfen des Einlasses 66a.
Die Reaktorvorrichtung 10a weist ferner eine Heizeinheit 14a zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der Polymere innerhalb des Primärreaktors 12a auf. Die Heizeinheit 14a weist zumindest einen Primärwärmetauscher 40a auf.
Die Reaktorvorrichtung 10a weist ein Leitrohr 42a auf. Das Leitrohr 42a ist innerhalb des Primärreaktors 12a angeordnet und zur Trennung zweier entgegengesetzter axialer Strömungen im Primärreaktor 12a vorgesehen. Der Primärwärmetauscher 40a ist als ein Mantelwärmetauscher ausgebildet und an einer Außenseite des Primärreaktors angeordnet.
Zum Betrieb des Primärwärmetauschers 40a wird eine Salzschmelze als Wärmeträgermedium eingesetzt. Die Depolymerisationsanlage 60a umfasst einen Schmelzsalzsystem 74a mit einem Schmelzsalztank 76a und einer Heizeinrichtung 78a, beispielsweise einen Schmelzofen oder dergleichen. Die Salzschmelze, welche im Wesentlichen aus Kalium- und/oder Natrium - Nitrat und/oder - Nitrit besteht, wird mittels einer Tauchpumpe (nicht dargestellt) aus dem Schmelzsalztank 76a über entsprechende Rohrleitungen zum Primärwärmetauscher 40a und von dort wieder zurück in den Schmelzsalztank 76a geführt.
Die Reaktorvorrichtung 10a weist ferner eine Primärumwälzeinheit 16a auf. Die Primärumwälzeinheit 16a ist zum Umwälzen aufgeschmolzener Polymere in dem Primärreaktor 12a vorgesehen. Die Primärumwälzeinheit 16a weist zumindest ein Primärumwälzelement 26a zur Erzeugung einer Axialströmung innerhalb des Primärreaktors 12a auf. Vorliegend ist die Primärumwälzeinheit 16a als eine Primärrührreinheit 24a ausgebildet. Das Primärumwälzelement 26a der Primärumwälzeinheit 16a ist als ein Primärrührelement 58a ausgebildet. Das als Primärrührelement 58a ausgebildete Primärumwälzelement 26a ist in einem Umwälzbereich 34a des Primärreaktors 12a, und zwar innerhalb des Leitrohrs 42a angeordnet.
In einem Betriebszustand der Reaktorvorrichtung 10a werden aufgeschmolzene Polymere mittels des Primärrührelements 58a innerhalb des Leitrohrs 42a in eine erste axiale Strömung nach oben versetzt. Oberhalb des Leitrohrs 42a fließen die aufgeschmolzenen Polymere zusammen mit über den Einlass 66a zugegebenen weiteren Polymerabfällen in einer zweiten axialen Strömung außerhalb des Leitrohrs 42a nach unten, wobei die weiteren Polymerabfälle durch den Primärwärmetauscher 40a aufgeschmolzen werden. Während dieses Prozesses werden die aufgeschmolzenen Polymere teilweise depolymerisiert. Alternativ wäre auch eine umgekehrte Strömungsrichtung denkbar, wobei aufgeschmolzene Polymere mittels des Primärrührelements 58a innerhalb des Leitrohrs 42a in eine erste axiale Strömung nach unten versetzt werden und in einer zweiten axialen Strömung außerhalb des Leitrohrs wieder nach oben steigen.
Die Depolymerisationsanlage 60a umfasst eine Rektifikationskolonne 56a. Der Primärreaktor 12a ist mit der Rektifikationskolonne 56a verbunden. In dem Betriebszustand innerhalb des Primärreaktors 12a entstehende gasförmige Depolymerisa- tionsprodukte werden einer ersten Stufe der Rektifikationskolonne 56a zugeführt.
Die Reaktorvorrichtung 10a weist einen Sekundärreaktor 18a auf. Der Sekundärreaktor 18a ist dem Primärreaktor 12a nachgeschaltet und bildet mit diesem eine Reaktorkaskade aus.
Der Primärreaktor 12a weist eine Auslasseinheit 28a zur Zufuhr eines Teilstroms der aufgeschmolzenen Polymere in den Sekundärreaktor 18a auf. Die Auslasseinheit 28a umfasst einen Überlaufbereich 30a. Der Primärreaktor 12a weist zumindest eine Beruhigungszone 32a auf. Die Beruhigungszone 32a ist zwischen dem Umwälzbereich 34a und dem Überlaufbereich 30a angeordnet. In dem Betriebszustand gelangt der Teilstrom der im Primärreaktor 12a aufgeschmolzenen Polymere über die Beruhigungszone 32a in den Überlaufbereich 30a und wird von dort in den Sekundärreaktor 18a überführt.
Die Reaktorvorrichtung 10a weist eine Sekundärumwälzeinheit 20a mit zumindest einem Sekundärumwälzelement 22a zur Erzeugung einer Radialströmung innerhalb des Sekundärreaktors 18a auf. Vorliegend ist die Sekundärumwälzeinheit 20a als eine Sekundärrühreinheit 80a ausgebildet. Das Sekundärumwälzelement 22a der Sekundärumwälzeinheit 20a ist als ein Sekundärrührelement 82a ausgebildet. Vorliegend weist die Sekundärumwälzeinheit 20a mehrere Sekundärumwälzelemente 22a auf, welche als Sekundärrührelemente 82a ausgebildet und vertikal übereinander mit einer Rührachse verbunden sind. Der Übersichtlichkeit halber ist in der Figur 1 nur eines der Sekundärumwälzelemente 22a mit einem Bezugszeichen versehen. Die Heizeinheit 14a weist zumindest einen Sekundärwärmetauscher 38a auf. Der Sekundärwärmetauscher 38a ist außerhalb des Sekundärreaktors 18a angeordnet. Der Sekundärwärmetauscher 38a ist zur Beheizung des Sekundärreaktors 18a vorgesehen. Vorliegend ist der Sekundärwärmetauscher 38a als ein Mantelwärmetauscher ausgebildet und in einer Umfangsrichtung um den Sekundärreaktor 18a herum angeordnet. Der Sekundärwärmetauscher 38a wird über Schmelzsalzsystem 74a gespeist. In Figur 1 ist das Schmelzsalzsystem 74a der Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellt. Vorzugsweise umfasst das Schmelzsalzsystem 74a zwei separate Schmelzsalzkreisläufe zur Versorgung des Primärwärmetauschers 40 und des Sekundärwärmetauschers 38, um die Polymere in dem Primärreaktor 12 und dem Sekundärreaktor 18 auf unterschiedliche Temperaturen aufheizen zu können. In dem Betriebszustand werden die aufgeschmolzenen Polymere aus dem Primärreaktor 12a in einem oberen Bereich in den Sekundärreaktor 18a zugeführt und in einem unteren Bereich abgezogen. Beim Passieren des Sekundärreaktors 18a werden die Polymere durch die mittels der Sekundärumwälzelemente 22a erzeugte Radialströmung nach außen zur Behälterwandung bewegt und dabei durch den Sekundärwärmetauscher 38a weiter aufgeheizt. Dabei entstehende gasförmige Depolymerisationsprodukte steigen nach oben und werden einer zweiten Stufe der Rektifikationskolonne 56a zugeführt.
Die Reaktorvorrichtung 10a weist einen Tertiärreaktor 88a auf, welcher dem Sekundärreaktor 18a nachgeschaltet ist. Der Tertiärreaktor 88a ist waagerecht gelagert und mit Rührarmen 92a versehen.
In dem Betriebszustand ist innerhalb des Sekundärreaktors 18a eine Pfropfenströmung bereitgestellt. Bislang nicht depolymerisierte Polymere sinken in dem Sekundärreaktor 18a langsam nach unten und werden dem Tertiärreaktor 88a zugeführt. Die Reaktorvorrichtung 10a weist eine Regeleinheit 36a auf. Mittels der Regeleinheit 36a wird die Pfropfenströmung bereitgestellt. Die Regeleinheit 36a ist dazu vorgesehen, eine Füllhöhe aufgeschmolzener Polymere in dem Sekundärreaktor 18a zu regeln. Die Regeleinheit 36a umfasst einen Füllstandsanzeige-Controller 84a und ein Regelventil 86a. Das Regelventil 86a wird über den Füllstandsanzeige-Controller 84a gesteuert. Eine Verbindungsleitung verbindet einen Auslass in dem unteren Bereich des Sekundärreaktors 18a mit dem Tertiärreaktor 88a. Polymere werden über den Auslass mittels einer Pumpe aus dem Sekundärreaktor 18a abgezogen und bei geöffnetem Regelventil 86a teilweise direkt in den Tertiärreaktor 88a überführt. An der Verbindungsleitung ist außerdem ein mit dem Salzkreislauf 74a verbundener Wärmetauscher 126a angeordnet. Ein Teilstrom, oder bei geschlossenem Regelventil 86a die Gesamtmenge der aus dem Sekundärreaktor 18a abgezogenen Polymere wird über den Wärmetauscher 126a weiter erhitzt, wobei entstehende gasförmige Depolymerisationsprodukte einer dritten Stufe der Rektifikationskolonne 56a zugeführt und eine verbleibende Flüssigphase dem Tertiärreaktor zugeführt wird. Die Heizeinheit 14a umfasst einen Tertiärwärmetauscher 90a, welcher als ein Mantelwärmetauscher an einer Außenseite des Tertiärreaktors 88a angeordnet ist und über den Schmelzsalzsystem 74a gespeist wird. Mittels der Rührarme 92a werden die aufgeschmolzenen Polymere gleichmäßig verteilend unter Ausbildung einer dünnen Schicht an die Innenwandung des Tertiärreaktors 88a geschleudert und durch die mittels des Tertiärwärmetauschers 90a zugeführte Wärme weiter depolymerisiert. In dem Tertiärreaktor 88a anfallende gasförmige Depolymerisationsprodukte werden der dritten Stufe der Rektifikationskolonne 56a zugeführt. Eine verbleibende Restmenge an Ruß und anorganischen Bestandteilen wird einer Entsorgungseinheit 94a zugeführt und von dort als eine Restfraktion 108a abgeführt. In der Rektifikationskolonne 56a entstehende Produkte, welche am Kopf der Rektifikationskolonne 56a gasförmig anfallen, werden mittels eines Wärmetauschers 98a teilweise kondensiert und einem Behälter 102a zugeführt. Aus dem Behälter 102a können die Depolymerisationsprodukte in Form einer gasförmigen Leichtfraktion 104a und in Form einer flüssigen Schwerfraktion 106a gewonnen werden. Ein Teil der Produkte, insbesondere aus der Leichtfraktion 104a, kann beispielsweise zum Betrieb der Heizeinrichtung 78a des Schmalzsalzkreislaufs 74a verwendet werden. Der Wärmetauscher 98a wird mittels eines Heißwasserkreislaufs 96a betrieben. Die Rektifikationskolonne 56a wird über eine Dieselzufuhr 100a gespeist. Alternativ o- der zusätzlich ist auch denkbar, dass Rektifikationskolonne 56a über die Schwerfraktion 106a gespeist wird. In der Rektifikationskolonne 56a anfallende Bodenprodukte können wiederum dem Sekundärreaktor 18a und/oder dem Primärreaktor 12a zugeführt werden.
In den Figuren 2 bis 4 sind drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figur 1 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figur 1 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 4 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Depolymerisationsanlage 60b mit einer Reaktorvorrichtung 10b zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren in einem schematischen Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema.
Zusätzlich zu einer Depolymerisation von Polyolefinen wie Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Polystyrol ist die Reaktorvorrichtung 10b auch zu einer Depolymerisation von chlorhaltigen Polymeren, beispielsweise Polyvinylchlorid, vorgesehen.
Analog zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist die Reaktorvorrichtung 10b einen Primärreaktor 12b, einen Sekundärreaktor 18b und einen Tertiärreaktor 88b auf. Die Reaktorvorrichtung 10b weist außerdem einen Vorbehandlungsreaktor 44b zur Vorbehandlung chlorhaltiger Polymere auf. Der Vorbehandlungsreaktor 44b ist dem Primärreaktor 12b vorgeschaltet und mit bildet mit diesem eine Reaktorkaskade aus.
Die Reaktorvorrichtung 10b weist eine Heizeinheit 14b auf, welche analog zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel über einen Schmelzsalzsystem 74b gespeist wird. Die Heizeinheit 14b weist zumindest einen Vorbehandlungswärmetauscher 46b zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der chlorhaltigen Polymere auf. In Figur 2 ist das Schmelzsalzsystem 74b der Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellt. Vorzugsweise umfasst das Schmelzsalzsystem 74b drei separate Schmelzsalzkreisläufe (nicht dargestellt) und zwar einen ersten Schmelzsalzkreislauf zur Versorgung eines Primärwärmetauschers 40b zur Beheizung des Primärreaktors 12b, einen zweiten Schmelzsalzkreislauf zur Versorgung eines Sekundärwärmetauschers 38 zur Beheizung eines Sekundärreaktors 18b und eine dritten Schmelzsalzkreislauf zur Versorgung des Vorbehandlungswärmetauscher 46b, um die Polymere in dem Vorbehandlungsreaktor 44b , dem Primärreaktor 12 und dem Sekundärreaktor 18 jeweils auf unterschiedliche Temperaturen aufheizen zu können. Grundsätzlich wäre auch denkbar, dass nur ein einziger Schmelzsalzkreislauf verwendet wird, welcher ausgehend von einem Schmelzsalztank zunächst über den Sekundärwärmetauscher 38, anschließend über den Primärwärmetauscher 40b und danach über den Vorbehandlungswärmetauscher 46b geführt wird, um so die Polymere in dem Vorbehandlungsreaktor 44b, dem Primärreaktor 12 und dem Sekundärreaktor 18 jeweils auf unterschiedliche Temperaturen aufheizen zu können.
Die Reaktorvorrichtung 10b weist eine in dem Vorbehandlungsreaktor 44b angeordnete Vorbehandlungsumwälzeinheit 48b zum Umwälzen aufgeschmolzener chlorhaltiger Polymere auf. Die Vorbehandlungsumwälzeinheit 48b umfasst ein Vorbehandlungsumwälzelement 50b, welches als ein Rührelement ausgebildet ist.
Die Reaktorvorrichtung 10b weist eine mit dem Vorbehandlungsreaktor 44b verbundene Nassabscheidereinheit 52b zur Nachbehandlung einer in dem Vorbehandlungsreaktor 44b anfallenden Gasphase auf. Die Nassabscheidereinheit 52b ist zu einer NaOH-Wäsche von Salzsäure aus der in dem Vorbehandlungsreaktor 44b anfallenden Gasphase vorgesehen und wird über eine Natronlauge-Zufuhr 128b versorgt. In einem Betriebszustand der Reaktorvorrichtung 10b in der Nassabscheidereinheit 52b bei der NaOH-Wäsche anfallendes Natriumchlorid-haltiges Wasser kann als Natriumchlorid-Fraktion 130b gewonnen werden. Anfallende Abgase werden als Abgasfraktion 132b ausgeschieden.
Die Reaktorvorrichtung 10b weist eine fluidtechnisch zwischen dem Vorbehandlungsreaktor 44b und dem Primärreaktor 12b angeordnete statische Mischereinheit 54b zur Abtrennung von Restmengen an Chlor aus einer in dem Vorbehandlungsreaktor 44b anfallenden Flüssigphase auf. Die in dem Betriebszustand in dem Vorbehandlungsreaktor 44b anfallende Flüssigphase wird der statischen Mischereinheit 54b zugeführt, wobei in der statischen Mischereinheit 54b Calciumoxid über eine Calciumoxiodzufuhr 134b zugeführt wird, um in der Flüssigphase verbliebene chlorhaltige Bestandteile zu Calciumchlorid umzusetzen. Von chlorhaltigen Bestandteilen befreite aufgeschmolzene Polymere werden dem Primärreaktor 12b zugeführt.
Hinsichtlich der Funktionsweise des Primärreaktors 12b kann größtenteils auf die obige Beschreibung des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verwiesen werden. Der Primärreaktor 12b weist eine Auslasseinheit 28b zur Zufuhr eines Teilstroms der aufgeschmolzenen Polymere in einen Sekundärreaktor 18b, welcher dem Primärreaktor 12b nachgeschaltet ist, auf. Die Auslasseinheit 28b umfasst einen Überlaufbereich 30b. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist eine Höhe des Überlaufbereichs 30b zur Einstellung einer Verweilzeit in dem Primärreaktor 12b variabel einstellbar. Die Auslasseinheit 28b weist hierzu ein erstes Überlaufventil 136b, ein oberhalb des ersten Überlaufventils 136b angeordnetes zweites Überlaufventil 138b und ein darüber angeordnetes drittes Überlaufventil 140b auf. Je nachdem über welches der Überlaufventile 136b, 138b, 140b der Überlaufbereich 30b mit dem Sekundärreaktor 18b verbunden wird kann eine Verweilzeit in dem Primärreaktor 12b variabel eingestellt werden, um so flexibel auf unterschiedliche Zusammensetzungen an polymeren Ausgangsstoffen reagieren zu können.
Ein weiterer Unterschied des Primärreaktors 12b zum Primärreaktor 12a des vorhergehenden Ausführungsbeispiels besteht darin, dass eine Rührwelle zu einem Antrieb eines als Primärrührelement 58b ausgebildeten Primärumwälzelements 26 einer Primärumwälzeinheit 16b von oben in den Primärreaktor 12b eingeführt ist, während eine Rührwelle des Primärrührelements 58a in Figur 1 von unten in den Primärreaktor 12a geführt ist.
Hinsichtlich der weiteren Komponenten und der Funktionsweise der Depolymeri- sationsanlage 60b kann ansonsten auf die obigen Ausführungen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verwiesen werden.
Figur 3 zeigt einen Primärreaktor 12c einer Reaktorvorrichtung 10c zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren in einer schematischen Darstellung. Im Unterschied zu den Primärrührreaktoren 12a und 12b aus den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist der Primärreaktor 12c ohne Leitrohr ausgebildet.
Die Reaktorvorrichtung 10c weist eine Primärumwälzeinheit 16c auf. Die Primärumwälzeinheit 16c ist zum Umwälzen aufgeschmolzener Polymere in dem Primärreaktor 12c vorgesehen. Die Primärumwälzeinheit 16c weist zumindest ein Primärumwälzelement 26c zur Erzeugung einer Axialströmung innerhalb des Primärreaktors 12c auf. Analog zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Primärumwälzeinheit 16c als eine Primärrührreinheit 24c ausgebildet und weist ein als Primärrührelement 58c ausgebildetes Primärumwälzelement 26c auf. Die Primärumwälzeinheit 16c weist ein weiteres Primärumwälzelement 1 10c auf. Das weitere Primärumwälzelement 1 10c ist als eine Umwälzpumpe 1 12c ausgebildet. Grundsätzlich wäre denkbar, dass auf das Primärrührelement 58c verzichtet wird und der Primärreaktor 12c ausschließlich mit der Umwälzpumpe 1 12c betrieben wird.
Die Reaktorvorrichtung 10c weist eine Heizeinheit 14c zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation von Polymeren innerhalb des Primärreaktors 12c auf. Die Heizeinheit 14c weist zumindest einen Primärwärmetauscher 40c auf. Der Primärwärmetauscher 40c ist außerhalb des Primärreaktors 12c an einer Umwälzleitung 1 14c des Primärreaktors 12c angeordnet. In einem Betriebszustand der Reaktorvorrichtung 10c können aufgeschmolzene Polymere über die Umwälzleitung 1 14c mittels der Umwälzpumpe 112c aus einem unteren Bereich des Primärreaktors 12c abgesaugt, über den Primärwärmetauscher 40c weiter erhitzt und in einem oberen Bereich in den Primärreaktor 12c zurückgeführt werden. Alternativ wäre auch eine umgekehrte Pumprichtung durch die Umwälzleitung 1 14c denkbar.
Grundsätzlich könnten auch die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigten Sekundärreaktoren 18a, 18b und/oder der Vorbehandlungsreaktor 44b aus dem zweiten Ausführungsbeispiel analog zu dem in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Primärreaktor 12c ausgebildet sein und die vorhergehend anhand des Primärreaktors 12c beschriebenen Merkmale aufweisen.
Die Reaktorvorrichtung 10c ist Teil einer Depolymerisationsanlage 60c und weist einen Sekundärreaktor (nicht dargestellt) auf, welcher dem Primärreaktor 12c nachgeschaltet ist und mit diesem eine Reaktorkaskade ausbildet. Mit Ausnahme der den Primärreaktor 12c betreffenden Unterschiede kann hinsichtlich der Ausgestaltung der Depolymerisationsanlage 60c auf die obigen Beschreibungen zur Depolymerisationsanlage 60a oder Depolymerisationsanlage 60b der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen werden.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Depolymerisationsanlage 60d mit einer Reaktorvorrichtung 10d zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren in einem schematischen Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema.
Die Depolymerisationsanlage 60d unterscheidet sich von der Depolymerisationsanlage 60b des zweiten Ausführungsbeispiels hinsichtlich einer Ausgestaltung eines Primärreaktors 14d der Reaktorvorrichtung 10d. Die Reaktorvorrichtung 14d weist eine Heizeinheit 14d mit einem Primärwärmetauscher 40d auf. Die Reaktorvorrichtung 10d weist ferner ein Leitrohr 42d auf, welches zur T rennung zweier entgegengesetzter axialer Strömungen im Primärreaktor 14d vorgesehen ist. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist der Primärwärmetauscher 40d innerhalb des Primärreaktors 14d angeordnet und umgibt das Leitrohr 42 in Umfangsrichtung zumindest teilweise. Der Primärwärmetauscher 40d ist als ein Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet und weist mehrere Rohre mit dazwischen angeordneten Strömungskanälen (nicht mit einem Bezugszeichen versehen) auf.
Die Reaktorvorrichtung 10d weist ferner eine Primärumwälzeinheit 16d auf. Die Primärumwälzeinheit 16d ist zum Umwälzen aufgeschmolzener Polymere in dem Primärreaktor 12d vorgesehen. Analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist die Primärumwälzeinheit 16d zumindest ein Primärumwälzelement 26d zur Erzeugung einer Axialströmung innerhalb des Primärreaktors 12d auf. Vorliegend ist die Primärumwälzeinheit 16d als eine Primärrührreinheit 24d ausgebildet. Das Primärumwälzelement 26d der Primärumwälzeinheit 16d ist als ein Primärrührelement 58d ausgebildet und innerhalb des Leitrohrs 42d angeordnet.
In einem Betriebszustand der Reaktorvorrichtung 10d können werden aufgeschmolzene Polymere mittels des Primärrührelements 58d innerhalb des Leitrohrs 42d in eine erste axiale Strömung nach oben versetzt. Oberhalb des Leitrohrs 42d fließen die aufgeschmolzenen Polymere zusammen mit über den Einlass 66d zugegebenen weiteren Polymerabfällen in einer zweiten axialen Strömung außerhalb des Leitrohrs 42d durch die Strömungskanäle zwischen den Rohren des Primärwärmetauschers nach unten, wobei die weiteren Polymerabfälle durch den Primärwärmetauscher 40a aufgeschmolzen werden. Während dieses Prozesses werden die aufgeschmolzenen Polymere teilweise depolymerisiert.
Die Reaktorvorrichtung 10d einen Vorbehandlungsreaktor 44d zur Vorbehandlung chlorhaltiger Polymere auf. Der Vorbehandlungsreaktor 44d ist dem Primärreaktor 12d vorgeschaltet und mit bildet mit diesem eine Reaktorkaskade aus. Die Heizeinheit 14d weist zumindest einen Vorbehandlungswärmetauscher 46d zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der chlorhaltigen Polymere auf. Vorliegend ist der Vorbehandlungsreaktor 44d analog zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 ausgebildet. Alternativ wäre jedoch auch denkbar, dass die Reaktorvorrichtung 10d ein weiteres Leitrohr (nicht dargestellt) aufweist, welches in dem Vorbehandlungsreaktor 44d angeordnet ist. Denkbar ist zudem, dass der Vorbehandlungswärmetauscher 46d innerhalb des Vorbehandlungsreaktors 44d angeordnet sein könnte und das weitere Leitrohr in Umfangsrichtung umgibt, sodass der Vorbehandlungsreaktor 44d im Wesentlichen identische zu dem Primärreaktor 10d ausgebildet ist.
Hinsichtlich der weiteren Komponenten und der Funktionsweise der Depolymeri- sationsanlage 60d kann ansonsten auf die obigen Ausführungen des Ausführungsbeispiels der Figur 2 verwiesen werden.
Grundsätzlich sind weitere Kombinationen der anhand der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale denkbar. Beispielsweise könnten ein Primärreaktor und ein Sekundärreaktor und/oder eine Vorbehandlungsreaktor zueinander im Wesentlichen identisch ausgebildet sein, oder Merkmale, welcher vorhergehend anhand eines Reaktors beschrieben wurden, können sinngemäß auf eine oder mehrere der anderen Reaktoren übertragen werden.
Figur 5 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren mittels einer Depoly- merisationsanlage, wobei zur Durchführung des Verfahrens die Depolymerisati- onsanlage 60a, die Depolymerisationsanlage 60b oder die Depolymerisationsan- lage 60c oder die Depolymerisationsanlage 60d aus den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden kann.
Das Verfahren umfasst zumindest drei Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt 1 18 des Verfahrens werden Polymere, insbesondere in Form von Polymerabfällen, dem Primärreaktor 12a, 12b, 12c; 12d zugeführt. In dem Primärreaktor 12a, 12b, 12c; 12d werden die Polymere unter Umwälzen durch die Primärumwälzeinheit 24a, 24b, 24c; 24d und unter Wärmezufuhr durch die Heizeinheit 14a, 14 b, 14c; 14d aufgewärmt, aufgeschmolzen und zumindest teilweise depoly- merisiert, wobei dabei entstehende gasförmige Depolymerisationsprodukte einer Rektifikation in der Rektifikationskolonne 56a, 56b; 56d zugeführt werden. Vorzugsweise werden die Polymere in dem ersten Verfahrensschritt 1 18 auf eine Temperatur zwischen 250°C und 350°C, besonders bevorzugt auf 300°C erhitzt.
In einem zweiten Verfahrensschritt 120 des Verfahrens wird zumindest ein Teilstrom aufgeschmolzener Polymere dem Sekundärreaktor 18a, 18b; 18d zugeführt und unter Wärmezufuhr durch die Heizeinheit 14a, 14b, 14c; 14d weiter depolymerisiert, wobei dabei entstehende gasförmige Depolymerisationsprodukte der Rektifikationskolonne 56a, 56b; 56d zugeführt werden. Vorzugsweise wird der Teilstrom in dem zweiten Verfahrensschritt 120 auf eine Temperatur zwischen 380°C und 500°C, besonders bevorzugt zwischen 420°C und 480°C erhitzt. In einem dritten Verfahrensschritt 122 des Verfahrens werden die in den Verfahrensschritten 1 18, 120 noch nicht depolymerisierten Bestandteile aus dem Sekundärreaktor 18a, 18b dem Tertiärreaktor 88a, 88b; 88d entweder direkt, oder über den Wärmetauscher 126a, 126b, 126d zur weiteren Depolymerisation zugeführt. Bei der Zufuhr in den Tertiärreaktor 88a, 88b und/oder in dem Tertiärreaktor 88a, 88b anfallenden gasförmige Depolymerisationsprodukte werden in dem dritten Verfahrensschritt 122 der Rektifikationskolonne 56a, 56b zugeführt. Zeitgleich zu den Verfahrensschritten 1 18, 120, 122 erfolgt die Rektifikation der gasförmige Depolymerisationsprodukte in der Rektifikationskolonne 56a, 56b, 56d wobei in der Rektifikationskolonne 56a, 56b anfallende Bodenprodukte dem Sekundärreaktor 18a, 18b, 18d und/oder dem Primärreaktor 12a, 12b, 12c, 12d zugeführt werden. Nach anschließender teilweiser Kondensation der Produkte, welche am Kopf der Rektifikationskolonne 56a, 56b, 56d anfallen, werden diese über den Wärmetauscher 98a teilweise kondensiert. Anschließend kann die Leichtfraktion 104a; 104b; 104d und Schwerfraktion 106a, 106b, 106d gewonnen werden.
Zur Verarbeitung von chlorhaltigen Polymeren kann das Verfahren einen optionalen Vorbehandlungsschritt 1 16 umfassen, welcher dem ersten Verfahrensschritt 118 vorgeschaltet wird. In dem Vorbehandlungsschritt 1 16 werden chlorhaltige Polymere vor der Zufuhr in den Primärreaktor 12a, 12b, 12c, 12d vorbehandelt und dabei chlorhaltige Komponenten abgetrennt.
Vorzugsweise erfolgt der Vorbehandlungsschritt 1 16 mittels des in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorbehandlungsreaktors 44b oder mittels des in dem vierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorbehandlungsreaktors 44d sowie mittels der daran angeschlossenen statischen Mischereinheit 54b bzw. der Mischereinheit 54d. Die chlorhaltigen Polymere werden in dem Vorbehandlungsreaktor 44b, 44d mittels des Vorbehandlungswärmetauschers 46b, 46d aufgewärmt, aufgeschmolzen und zumindest teilweise depolymerisiert. Eine Nachbehandlung der in dem Vorbehandlungsreaktor 44b; 44d anfallenden Gasphase erfolgt mittels NaOH-Wäsche in der Nassabscheidereinheit 52b, 52d. Die anfallende Flüssigphase wird der statischen Mischereinheit 54b, 54d zugeleitet, wobei restliche Chloranteile unter Zugabe von Calciumoxid in der statischen Mischereinheit 54b, 54d zu Calciumchlorid umgesetzt werden. Die von chlorhaltigen Bestandteilen befreiten aufgeschmolzenen Polymere werden dem Primärreaktor 12b, 12d zugeführt, wo anschließend der erste Verfahrensschritt 1 18 durchgeführt wird.
Bezugszeichen
10 Reaktorvorrichtung
12 Primärreaktor
14 Heizeinheit
16 Primärumwälzeinheit
18 Sekundärreaktor
20 Sekundärumwälzeinheit
22 Sekundärumwälzelement
24 Primärrührreinheit
26 Primärumwälzelement
28 Auslasseinheit
30 Überlaufbereich
32 Beruhigungszone
34 Umwälzbereich
36 Regeleinheit
38 Sekundärwärmetauscher
40 Primärwärmetauscher
42 Leitrohr
44 Vorbehandlungsreaktor
46 Vorbehandlungswärmetauscher
48 Vorbehandlungsumwälzeinheit
50 Vorbehandlungsumwälzelement
52 Nassabscheidereinheit
54 statische Mischereinheit
56 Rektifikationskolonne
58 Primärrührelement
60 Depolymerisationsanlage
62 Zellradschleuse
64 Förderschnecke
66 Einlass Kühlstrecke
Kühlwasserkreislauf Stickstoffzufuhrleitung Schmelzsalzsystem Schmelzsalztank Heizeinrichtung Sekundärrühreinheit Sekundärrührelement Füllstandsanzeige-Controller
Regelventil Tertiärreaktor
T ertiärwärmetauscher Rührarm
Entsorgungseinheit Heißwasserkreislauf Wärmetauscher
Dieselzufuhr Behälter
Leichtfraktion
Schwerfraktion Restfraktion weiteres Primärumwälzelement Umwälzpumpe
Umwälzleitung Vorbehandlungsschritt erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt dritter Verfahrensschritt Wärmetauscher Natronlauge-Zufuhr Natriumchlorid-Fraktion Abgasfraktion Calciumoxiodzufuhr erstes Überlaufventil zweites Überlaufventil drittes Überlaufventil

Claims

Ansprüche Reaktorvorrichtung (10a-d) zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren, insbesondere Polyolefinen aus Polymerabfällen, mit einem Primärreaktor (12a-d), mit einer Heizeinheit (14a-d) zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der Polymere innerhalb des Primärreaktors (12a-d) und mit zumindest einer Primärumwälzeinheit (16a-d) zum Umwälzen aufgeschmolzener Polymere in dem Primärreaktor (12a-d), gekennzeichnet durch einen Sekundärreaktor (18a; 18b; 18d), welcher dem Primärreaktor (12a-d) nachgeschaltet ist und mit diesem eine Reaktorkaskade ausbildet. Reaktorvorrichtung (10a-d) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Sekundärumwälzeinheit (20a; 20b; 20d) mit zumindest einem Sekundärumwälzelement (22a; 22b; 22d) zur Erzeugung einer Radialströmung innerhalb des Sekundärreaktors (18a; 18b; 18d). Reaktorvorrichtung (10a-d) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebszustand innerhalb des Sekundärreaktors (18a; 18b; 18d) eine Pfropfenströmung bereitgestellt ist. Reaktorvorrichtung (10a-d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärumwälzeinheit (16a-d) zumindest ein Primärumwälzelement (26a-d) zur Erzeugung einer Axialströmung innerhalb des Primärrührreaktors (12a-d) aufweist. Reaktorvorrichtung (10a-d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärreaktor (12a-d) eine Auslasseinheit (28a; 28b; 28d) zur Zufuhr eines Teilstroms der aufgeschmolzenen Polymere in den Sekundärreaktor (18a; 18b; 28d) aufweist, welche einen Überlaufbereich (30a; 30b; 30d) umfasst. Reaktorvorrichtung (10b; 10d) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des Überlaufbereichs (30b; 30d) zur Einstellung einer Verweilzeit in dem Primärreaktor (12b; 12d) variabel einstellbar ist. Reaktorvorrichtung (10a; 10b; 10d) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärreaktor (12a; 12b; 12d) zumindest eine Beruhigungszone (32a; 32b; 32d) zwischen einem Umwälzbereich (34a; 34b, 34d) und dem Überlaufbereich (30a; 30b; 30d) aufweist. Reaktorvorrichtung (10a; 10b; 10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Regeleinheit (36a; 36b; 36d), welche dazu vorgesehen ist, eine Füllhöhe aufgeschmolzener Polymere in dem Sekundärreaktor (18a; 18b; 18d) zu regeln. Reaktorvorrichtung (10a; 10b; 10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (14a; 14b; 14d) zumindest einen Sekundärwärmetauscher (38a; 38b; 38d) aufweist, welcher außerhalb des Sekundärreaktors (18a; 18b; 18d) angeordnet und zur Beheizung des Sekundärreaktors (18a; 18b; 18d) vorgesehen ist. Reaktorvorrichtung (10a-d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (14a-d) zumindest einen Primärwärmetauscher (40a-d) aufweist. Reaktorvorrichtung (10a; 10b; 10d) zumindest nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein innerhalb des Primärreaktors (12a; 12b; 12d) angeordnetes Leitrohr (42a; 42b; 42d) zur Trennung zweier entgegengesetzter axialer Strömungen im Primärreaktor (12a; 12b; 12d). Reaktorvorrichtung (1 Od) nach den Ansprüchen 10 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Primärwärmetauscher (40d) das Leitrohr (42d) in Umfangsrichtung zumindest teilweise umgibt. Reaktorvorrichtung (1 Ob; 10d) zumindest nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorbehandlungsreaktor (44b; 44d) zur Vorbehandlung chlorhaltiger Polymere, welcher dem Primärreaktor (12b; 12d) vorgeschaltet ist und mit diesem eine Reaktorkaskade ausbildet. Reaktorvorrichtung (10b; 10d) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (14b; 14d) zumindest einen Vorbehandlungswärmetauscher (46b; 46d) zum Aufwärmen und Aufschmelzen und zur zumindest teilweisen Depolymerisation der chlorhaltigen Polymere aufweist. Reaktorvorrichtung (1 Ob; 10d) nach einem der Ansprüchen 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine in dem Vorbehandlungsreaktor (44b; 44d) angeordnete Vorbehandlungsumwälzeinheit (48b; 48d) zum Umwälzen aufgeschmolzener chlorhaltiger Polymere. Reaktorvorrichtung (10b; 10d) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine mit dem Vorbehandlungsreaktor (44b; 44d) verbundene Nassabscheidereinheit (52b; 52d) zur Nachbehandlung einer in dem Vorbehandlungsreaktor (44b; 44d) anfallenden Gasphase. Reaktorvorrichtung (10b; 10d) nach Anspruch 13 bis 16, gekennzeichnet durch eine fluidtechnisch zwischen dem Vorbehandlungsreaktor (44b; 44d) und dem Primärreaktor (12b; 12d) angeordnete statische Mischereinheit (54b; 54d) zur Abtrennung von Restmengen an Chlor aus einer in dem Vorbehandlungsreaktor (44b; 44d) anfallenden Flüssigphase. Depolymerisationsanlage (60a-d) mit einer Reaktorvorrichtung (10a-d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit zumindest einer Rektifikationskolonne (56a; 56b; 56d) zur Weiterbehandlung von in dem Primärrührreaktor (12a-d) und/oder dem Sekundärreaktor (18a; 18b; 18d) anfallenden gasförmigen Depolymerisationsprodukten. Verfahren zur kontinuierlichen Depolymerisation von Polymeren mittels einer Depolymerisationsanlage (60a-d) nach Anspruch 18, wobei Polymere dem Primärreaktor (12a-d) zugeführt, in dem Primärreaktor (12a-d) unter Umwälzen durch die Primärumwälzeinheit (24a-d) und unter Wärmezufuhr durch die Heizeinheit (14a-d) aufgewärmt, aufgeschmolzen und zumindest teilweise depolymerisiert werden, wobei in dem Primärreaktor (12a-d) entstehende gasförmige Depolymerisationsprodukte einer Rektifikation in der Rektifikationskolonne (56a; 56b; 56d) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom aufgeschmolzener Polymere dem Sekundärreaktor(18a; 18b; 18d) zugeführt wird und unter Wärmezufuhr durch die Heizeinheit (14a-d) weiter depolymerisiert wird, wobei in dem Sekundärreaktor (18a; 18b; 18d) entstehende gasförmige Depolymerisationsprodukte der Rektifikation in der Rektifikationskolonne (56a; 56b; 56d) zugeführt werden. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rektifikationskolonne (56a; 56b; 56d) anfallende Bodenprodukte dem Sekundärreaktor (18a; 18b; 18d) und/oder dem Primärreaktor (12a-d) zugeführt werden. 21 . Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch einen Vorbehandlungsschritt (116), wobei chlorhaltige Polymere vor der Zufuhr in den Primärreaktor (12b; 12d) vorbehandelt und dabei chlorhaltige Komponenten abgetrennt werden.
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