DD228418A3

DD228418A3 - Verfahren zur pyrolyse und trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen roh- und abfallstoffen

Info

Publication number: DD228418A3
Application number: DD23693782A
Authority: DD
Inventors: Bernd Kulbe; Werner Kubick; Klaus Hoppe; Rolf Hartmann; Guenther Kern
Original assignee: Chemieanlagenbau Kom Veb
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1985-10-09

Abstract

Die Erfindung ist einsetzbar zur Aufbereitung von Altreifen, Plastabfaellen und -rueckstaenden aus der Kohle- und Erdoelverarbeitung zwecks Weiterverwendung fester, fluessiger und gasfoermiger Produkte. Ziel der Erfindung ist die Aufarbeitung von Roh- und Abfallstoffen fuer eine Wiederverwendung der Grundstoffe und eine Entlastung der Umwelt. Die Aufgabe besteht darin, den Reaktionsraum thermisch und hydraulisch voll zu nutzen und eine, bezogen auf das Ausgangsprodukt, abproduktfreie Pyrolyse zu gewaehrleisten. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass das Wirbelgas auf Pyrolysetemperatur erwaermt, mit reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen gemischt und wechselweise ueber den gesamten Querschnitt oder in Intervallen zielgerichtet in bestimmte Regionen der Wirbelschicht hoehenbegrenzt eingegeben wird. Damit erfolgt im unteren Bereich ueber den gesamten Querschnitt der Wirbelschicht eine Pulsation, waehrend der obere Bereich derselben pulsationsfrei arbeitet. Das gebildete Feststoff-Gas-Dampf-Gemisch einschliesslich Wirbelgas wird von der prozesseigenen Feststofffraktion vorgereinigt, mit hochsiedenden prozesseigenen Fluessigkeitsprodukten feingereinigt und das bei der Feinreinigung entstandene Fluessigkeit-Feststoff-Gemisch dem Pyrolyseprozess wieder zugefuehrt. Figur

Description

Synchron hierzu wird das Wirbelgas mit reaktionsbeeinflussenden Komponenten ergänzt, die die Bildung niedermolekularer Verbindungen forcieren und die Bildung hochmolekularer Verbindungen hemmen.

In der Folge werden die Pyrolyseprodukte nach Verlassen des Reaktorraumes von Feststoffbestandteilen vorgereinigt, im weiteren Verlauf mit vorzugsweise prozeßeigenen Flüssigkeitsprodukten feingereinigt, wobei das erhaltene Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch zur weiteren Aufspaltung in den Pyrolyseprozeß zurückgeführt wird. Die Feststoff reaktion wird in der Reinigungsstufe, die Flüssigkeitsfraktion in der Kondensationszone aus dem Produktstrom ausgeschieden. Anfallende gasförmige Bestandteile der Pyrolyseprodukte werden zur energetischen Eigenversorgung des Prozesses und als Wirbelgas eingesetzt.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die zu pyrolysierenden Produkte werden in den Reaktionsraum eingetragen, wobei großstückige Roh- und Abfallstoffe 11 von oben der Wirbelschicht 8, kleinstückige oder fluide Abfallstoffe 12 hingegen der Wirbelschicht 8 direkt zugeführt werden. Durch ein Schleusensystem 23 läßt sich der Austritt des Feststoff-Gas-Dampf-Gemisches 13 aus dem Reaktor 1 beziehungsweise der Lufteintritt in denselben verhindern. Das Wirbelgas 21 wird je nach Zielproduktpalette mit einer Temperatur zwischen 500 bis900°C in den Reaktor !-eingespeist. Parallel dazu kann das auf die notwendige Einsatztemperatur erhitzte Wirbelgas 21 noch eine Anreicherung mit reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen 24 erhalten, um die Bildung hochmolekularer Verbindungen einzuschränken. Als solche eignen sich vorzugsweise Rauchgase, Stickstoff und andere bei einem Mischverhältnis des Wirbelgases 21 zu den reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen 24 gleich oder größer 1. Die für die Pyrolyse notwendige Reaktionsenthalpie 22 wird an das Wirbelmedium unmittelbar im Reaktor 1 übertragen. Zur Stabilisierung der Wirbelschicht 8 erfolgt die Eingabe des Wirbelgases 21 über den gesamten Querschnitt derselben pulsierend. Dabei ist für die Wirbelgasverteilung eine Dichte der Aufgabenpunkte zwischen 100 bis 300 pro m² vorgesehen. Während die Pulsation nur den unteren Bereich 9 der Wirbelschicht 8 erfaßt und die Höhe der Pulsationszone kleiner 75% der gesamten Wirbelschichthöhe beträgt, bleibt der obere Bereich 10 pulsationsfrei. Für die Pulsation eignet sich eine Frequenz zwischen 0,3 bis 3 Sekunden. Bei diesem Vorgang kann der gesamte Querschnitt der Wirbelschicht 8, es können aber auch nur einzelne Sektionen von dieser betroffen sein. Als Wirbelmedium läßt sich zum Beispiel im Falle von Altreifen als großstückiger Roh- und Abfallstoff 11 eine prozeßeigene Feststofffraktion 14 einsetzen. Die Klassierung der Feststoffe erfolgt in der Wirbelschicht 8. Bei Einsatz prozeßfremder Wirbelmedien werden deren Wirbeleigenschaften mit den durch die Prozeßbedingungen hervorgerufenen Oberflächenschichten beeinflußt. Nach der einsetzenden Kontaktierung von Roh- und Abfallstoffen mit der pulsierenden Wirbelschicht 8 beginnt der Pyrolyseprozeß, aus dem ein Feststoff-Gas-Dampfgemisch 13 aus dem Reaktor 1 mit Reaktionstemperatur austritt. Nicht pyrolysierbare Produkte 25 der Roh- und Abfallstoffe verbleiben in der Wirbelschicht 8 und werden periodisch ausgeschleust.

Das aus dem Reaktor 1 austretende Feststoff-Gas-Dampf gemisch 13 wird in einer Vorreinigungsstufe 3 weitgehend von der prozeßeigenen Feststofffraktion 14 unter Reaktionstemperaturbedingungen gereinigt. In der nachfolgenden Feinreinigungsstufe 4; 5, die als kombinierte Naßentstaubung und Teilkondensationsprozeßstufe arbeitet, wird die restliche prozeßeigene Feststofffraktion 14, deren Anteil maximal 15% beträgt, mit hochsiedender prozeßeigener Fraktion 17 oder hochsiedender prozeßfremder Fraktion 18 ausgewaschen.

Das bei der Feinreinigung 4; 5 anfallende Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 15 wird zur erneuten Pyrolyse in den Reaktor 1 zurückgeführt. Dabei kann dieses Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 15 kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Reaktor 1 mit den zu pyrolysierenden Roh- und Abfallstoffen zugleich oder unabhängig von diesen eingespeist werden. Das die Feinreinigung 4; 5 verlassende Gas-Dampf-Gemisch 16 wird nachfolgend stufenweise im Kondensator 6 und der Waschkolonne 7 kondensiert, und hierbei werden die flüssigen Pyrolyseprodukte 19 aus dem Prozeß ausgeschleust. Das nichtkondensierte prozeßeigene Pyrolysegas 20 hingegen wird als Wirbelgas 21 sowie als Energieträger für die Bereitstellung der Reaktionsenthalpie 22 und für die Vorwärmung des Wirbelgases 26 in der Vorwärm kammer 2 eingesetzt. Als Wirbelgas 21 kommt prozeßeigenes Pyrolysegas 20 zum Einsatz, wobei der Anteil am Gesamtprozeßgas konstant ist. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die Erwärmung des Wirbelgases 21 auf beziehungsweise über die Reaktionstemperatur Vorreaktionen möglich sind, wodurch eine Beeinträchtigung der Endprodukte der Pyrolyse in qualitativer und quantitativer Form erreicht wird. Dieser Prozeß wird noch dadurch beeinflußt, daß die Wirbelschicht 8 vollständig über die gesamte Höhe für die Pyrolyse genutzt werden kann, wobei durch die gezielte Vorwärmung des Wirbelgases 26 mit oder ohne Zugabe von reaktionsbeeinflussenden Bestandteilen 24 außerhalb des Reaktors 1 und die Zuführung der erforderlichen Reaktionsenthalpie 22 im Reaktor 1 die Voraussetzungen für eine exakte Regelung der Pyrolysetemperatur und somit für eine produktorientierte Fahrweise gegeben sind. Die Zahl der pro m² festgelegten Wirbelgasaufgabepunkte bietet in Verbindung mit der begrenzten Pulsation die Gewähr für eine gleichmäßige Arbeitsweise der Wirbelschicht 8 über den gesamten Querschnitt. Weiterhin wird die Stabilität der Wirbelschicht 8 durch die bewußte Regelung der Pulsationsfrequenz verbessert, und außerdem tritt durch die Begrenzung der Pulsation auf maximal 75% der Wirbelschichthöhe keine Störung der Wirbelschicht 8 durch Kanalbildung auf. Darüber hinaus garantiert die Klassierung des Wirbelmediums im Reaktor 1 günstige Voraussetzungen für die Arbeitsweise der Wirbelschicht 8. In diesem Zusammenhang ist auch noch hervorzuheben, daß die pulsierende Einspeisung des Wirbelschichtgases 21 zur Zerstörung von Konglomeraten des Wirbelmediums unter selbsttätigem Reinigen der Ausströmöffnungen des Wirbelgases 21 im Bereich der Aufgabe beiträgt.

Schließlich wird auf Grund des Einsatzes der bei der Vorreinigungsstufe 3 anfallenden prozeßeigenen Feststofffraktion 14 als Wirbelmedium eine Qualitätsminderung der Pyrolyseprodukte durch Fremdstoffe ausgeschlossen. Durch Rückführung des bei der Freinreinigung 4; 5 anfallenden Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches 15 in den Reaktor 1 wird eine abproduktfreie Verfahrensweise ermöglicht. Die spezifische Wirkungsweise der Feinreinigungsstufe 4; 5 als partielle Naßentstaubungs-, Kondensations- und Verdampfungsstufe für das Feststoff-Gas-Dampfgemisch 13 beziehungsweise für die Waschflüssigkeit führt dazu, daß nur hochsiedende Bestandteile im Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch enthalten sind. Dies trifft sowohl bei der Verwendung einer hochsiedenden prozeßeigenen Fraktion 17 als auch einer hochsiedenden prozeßfremden Fraktion 18 als Waschflüssigkeit zu.

Insgesamt läßt sich abschließend einschätzen, daß durch die spezifische Gestaltung des Verfahrens die Roh- und Abfallstoffe aproduktfrei zu stoffwirtschaftlich und energetisch nutzbaren Produkten pyrolysiert werden.

Claims

— δ— coo so/ υ

Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen in einer pulsierenden Wirbelschicht zur Erzeugung von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, gekennzeichnet dadurch, daß das Wirbelgas entsprechend dem Zielprodukt auf die notwendige Pyrolysetemperatur vorgewärmt und wechselweise über den gesamten Querschnitt oder in Intervallen zielgerichtet in bestimmte Regionen der Wirbelschicht höhenbegrenzt eingegeben und das so bei der Pyrolyse gebildete Feststoff-Gas-Dampf-Gemisch (13) einschließlich das Wirbelgas (21) nach einer Vorreinigung, in deren Verlauf der Hauptanteil der prozeßeigenen Feststofffraktion (14) abgetrennt wird, mit hochsiedender prozeßeigener Fraktion (17) feingereinigt und das bei der Feinreinigung (4; 5) gebildete Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch (15) dem Pyrolyseprozeß wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Feinreinigung (4; 5) anfallende Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch (15) gleichzeitig mit den Roh- und Abfallstoffen pyrolysiert wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch (15) bei festen Roh- und Abfallstoffen in die Wirbelschicht (8) eingespeist wird.
4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch (15) bei flüssigen Roh- und Abfallstoffen mit diesen gemischt und gemeinsam dem Pyrolyseprozeß wieder zugeführt wird.
5. Verfahen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wirbelgas (21) auf eine Temperatur, die größer als die Pyrolysetemperatur ist, erwärmt wird.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar zur Pyrolyse und Trockendestillation von kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Abfallstoffen in einer Wirbelschicht, vorrangig zur Aufarbeitung von Altreifen, Plastabfällen und Rückständen aus der Kohle- und Erdölverarbeitung mit dem Ziel der Gewinnung und stoffwirtschaftlichen Weiterverwendung fester, flüssiger und gasförmiger Produkte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der OS 2422256 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zurTrockendestilation und Pyrolyse von brennbarem festem Abfall mit Kunststoffen mittels einer Wirbelschicht beschrieben, wo feste Kohlenstoffe und Aschen aus den Produkten der Pyrolyse zunächst abgetrennt und entfernt, dann schädliche Gase aus den brennbaren Gasen ausgesondert werden, um raffinierte Verbrennungsgase zu erhalten, die zur Verwendung als Trägergas in den Wirbelschichtofen zu rückgelangen, während ein Teil der raffinierten Verbrennungsgase im Fließbettofen energetisch genutzt wird.

Nachteilig hierbei ist, daß außerhalb der Reaktionskammer keine Erwärmung der Wirbelgase auf beziehungsweise über die Reaktionstemperatur stattfindet. Hieraus resultiert eine Begrenzung der produktorientierten Fahrweise in der Reaktionskammer. Durch die unzureichende Vorbereitung des Wirbelgases auf die notwendige Reaktionstemperatur wird der Reaktorraum nicht mit dem gesamten zur Verfügung stehenden Volumen genutzt. Darüber hinaus findet bei dieser Lösung keine die Produktpalette bestimmende Vorreaktion zwischen Wirbelgas und Zusatzmedium statt.

Weiterhin wirkt sich im vorliegenden Fall negativ aus, daß das Wirbelgas ohne Pulsation in die Reaktionskammer gebracht wird, wodurch die Effektivität der Wirbelschicht im unteren Bereich begrenzt bleibt, und außerdem unterbindet diese Verfahrensweise nicht die Bildung von Konglomeraten aus dem Wirbelmedium sowie den Pyrolyseprodukten, was zwangsläufig eine Verstopfung der Ausströmkanäle in der Wirbelgasverteilung nach sich ziehen, im Extremfall sogar zur Zerstörung der Wirbelschicht führen kann. Die in der Reinigung anfallenden Feststoff-Flüssigkeitsprodukte werden nicht einer erneuten Pyrolyse unterzogesn, so daß nicht verwendbare Prozeßrückstände anfallen.

In der Literatur „Chemie-Ingenieur-Technik" (51/1979, Seite 419-429) sowie in der „Chemischen Industrie" (XXXII Nov. 1980, Seite 764-767) wird ein Verfahren zur Pyrolyse von Reifen und Kunststoffabfällen beschrieben, das auf dem Funktionsprinzip der Wirbelschicht im Reaktionsraum aufbaut. Partiell vorgewärmtes Wirbelgas strömt in den Reaktor und wird in Verbindung mit dem Medium auf Pyrolysetemperatur erwärmt. Nicht pyrolysierbare Rückstände werden mit Hilfe eines Drehrostes über eine Öffnung in eine benachbarte Austragzone befördert. Die Pyrolyseprodukte verlassen über eine andere Öffnung den Reaktor und werden in feste, flüssige und gasförmige Teilprodukte aufgespalten.

Nachteilig hierbei ist, daß das Wirbelgas nicht auf Pyrolysetemperatur vorgewärmt in den Reaktor eingegeben wird, so daß Temperaturgradienten über der Wirbelschicht auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß auf Grund der vorliegenden Technologie eine Rückführung der zwangsläufig anfallenden, schwer siedenden Produkte zur erneuten Spaltung nicht vorgesehen ist und somit keine zielgerichtete Orientierung auf leicht siedende Produkte vorliegt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, mit dem aus Roh- und Abfallstoffen hochwertige stoffwirtschaftliche Produkte gewonnen werden und eine Entlastung der Umwelt durch die Aufarbeitung dieser Stoffe erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, während des Gesamtprozesses der Aufarbeitung von Roh- und Abfallstoffen den Reaktionsraum thermisch und hydraulisch voll zu nutzen, so daß eine, bezogen auf das Ausgangsprodukt, vollständige, abproduktfreie Pyrolyse gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das Wirbelgas vor Eintrag in die Wirbelschicht auf die dort notwendige Pyrolysetemperatur vorgewärmt und pulsierend zugeführt wird. Somit gelangt das Wirbelgas mit der Prozeßtemperatur in den Reaktionsraum. Das Wirbelgas wird pulsierend in die Wirbelschicht eingegeben, wobei die Pulsation lediglich auf den unteren Bereich der Wirbelschicht abgegrenzt bleibt, während der obere Bereich derselben pulsationsfrei arbeitet. Die Pulsation kann hierbei den gesamten Querschnitt des betreffenden Bereiches erfassen, der pulsierende Eintrag des Wirbelgases ist aber auch differenziert möglich, so daß bestimmte Regionen des Bereiches in Intevallen mit Wirbelgas versorgt werden. Diese Zuführung des Wirbelgases erhöht den Umwälzeffekt in der Wirbelschicht und bedingt eine Intensivierung des Wärmeüberganges.