DE102008047563A1 - Producing gaseous, liquid or solid-like carbonaceous intermediate products for use in plants to produce synthetic hydrocarbon, by obtaining plastic as starting material from waste material, and mixing plastic to other organic feedstock - Google Patents
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Abstract
Description
1. Ausgangssituation und Stand der Technik1. Initial situation and status of the technique
Es besteht aufgrund der zu erwartenden Verknappung natürlicher Ressourcen an Kohlenwasserstoffen (Erdöl, Erdgas) der Bedarf zur Erzeugung von synthetischen Kohlenwasserstoffen aus organischen bzw. kohlenstoffhaltigen Stoffen. Beim Einsatz von Kohle spricht man von Coal-to-Liquid (CTL) und beim Einsatz von biologischen Stoffen von Biomass-to-Liquid (BTL).It exists due to the expected shortage of natural Resources of hydrocarbons (petroleum, natural gas) the need for the production of synthetic hydrocarbons from organic or carbonaceous substances. The use of coal is called Coal-to-Liquid (CTL) and the use of biological substances from biomass to liquid (BTL).
Die Verwendung von Feldfrüchten (Mais, Raps, Soja, Getreide) bei BTL als Einsatzstoffe zur Erzeugung von Bio-Ethanol gerät dabei zunehmend in die Kritik, weil sich die weltweite Ernährungssituation damit zuspitzt – und noch große Mengen an biologischen Reststoffen (Pflanzen) durch Verrottung zu einer Erhöhung der CO2-Belastung beitragen. Wenn statt der Feldfrüchte direkt die ganzen Pflanzen als Einsatzstoff verwendet werden (wie z. B. bei bioliq, Choren) oder Reste wie z. B. Ölsaat-Schrote (HAW Hamburg) zum Einsatz kommen, so wird dies als BTL2 (2nd generation) bezeichnet. Dies ist zwar für die CO2-Bilanz besser, aber die zu verarbeitenden Volumen sind aufgrund der geringen Dichte sehr groß, insbesondere beim Einsatz von Gras, Stroh, Blättern, Baumrinden und Ästen. Die Pilotanlage von Choren ist die erste Anlage, die im nahezu industriellen Maßstab (15 000 jato) Synthesediesel produziert. Mit dem bioliq-Verfahren sind erste erfolgreiche Versuche mit der gleichen Zielsetzung durchgeführt worden. Etliche andere Entwicklungsvorhaben sind im Labormaßstab in der Erprobung (Cutec, HAW Hamburg).The use of crops (maize, oilseed rape, soy, cereals) in BTL as starting materials for the production of bio-ethanol is increasingly coming under criticism, because the global food situation is worsening - and still large amounts of biological waste (plants) by rotting contribute to an increase in CO 2 pollution. If, instead of the crops, all the plants are used directly as feedstock (such as in bioliq, Choren) or residues such. As oil seed shot (HAW Hamburg) are used, this is referred to as BTL2 (2nd generation). Although this is better for the CO 2 balance, the volumes to be processed are very large due to the low density, especially when using grass, straw, leaves, tree bark and branches. The Choren pilot plant is the first plant to produce synthesis diesel on an almost industrial scale (15,000 tpy). The bioliq process has been the first successful experiment with the same objective. Several other development projects are being tested on a laboratory scale (Cutec, HAW Hamburg).
Bei diesem Verfahren wird aus den biologischen Einsatzstoffen in einer ersten Verfahrensstufe ein Zwischenprodukt gewonnen, das in einer zweiten Stufe zu einem flüssigen Kraftstoff, beispielsweise einem Dieselkraftstoff verarbeitet wird. Dies geschieht beispielsweise durch eine Fischer-Tropsch-Synthese.at This method is from the biological inputs in one first process step, an intermediate obtained in a second stage to a liquid fuel, for example a diesel fuel is processed. This happens, for example by a Fischer-Tropsch synthesis.
Bei CTL wird Kohle im großtechnischen Maßstab einer Hochdruckvergasung und anschließend einer hydrierenden Synthese zugeführt. Großtechnische Anlagen nach dem Fischer-Tropsch- und Bergius-Pier-Verfahren sind vor allem in Südafrika in Betrieb und werden in China und Indien gebaut. Bei der Fischer-Tropsch-Synthese wird ein Gasgemisch aus CO und Wasserstoff bei rund 25–30 bar und unter 200°C in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt und beim Bergius-Pier-Verfahren entstehen flüssige Kohlenwasserstoffe aus der Hydrierung von Kohle unter sehr hohem Druck von über 150 bar bei Temperaturen von rund 450°C.at CTL will become coal on an industrial scale High-pressure gasification and then a hydrogenating Synthesis supplied. Large-scale plants after The Fischer-Tropsch and Bergius-Pier procedures are mainly in South Africa in operation and are built in China and India. In the Fischer-Tropsch synthesis, a gas mixture of CO and Hydrogen at around 25-30 bar and below 200 ° C converted into liquid hydrocarbons and the Bergius-Pier process arise liquid hydrocarbons from the hydrogenation of coal under very high pressure of over 150 bar at temperatures from around 450 ° C.
Diese Beispiele zeigen die ökologische und wirtschaftliche Bedeutung dieser Verfahren.These Examples show the ecological and economic importance this procedure.
Ein Schwachpunkt insbesondere von BTL2 ist die große Menge an Einsatzstoffen (bzw. ihre geringe Dichte) und der Transport dieser Einsatzstoffe zu entsprechenden, großtechnischen und industriellen Konversionsanlagen. Eine Erhöhung der Leistungsdichte (verwertbarer Kohlenstoffanteil pro Volumeneinheit) würde die Effizienz dieser Anlagen erhöhen bzw. eine weitere Dezentralisierung und damit kürzere Transportwege ermöglichen. Die BTL- Verfahren basieren ausschließlich auf dem Einsatz von biologischen Abfallstoffen als Einsatzstoffe für diesen Prozess.One The weak point in particular of BTL2 is the large amount on starting materials (or their low density) and the transport of these Starting materials to corresponding, large-scale and industrial Conversion plants. An increase in power density (recoverable Carbon content per unit volume) would increase the efficiency of these investments or further decentralization and thus enable shorter transport routes. The BTL procedures are based solely on the use of biological Waste materials as feedstocks for this process.
Neben Reststoffen aus der Landwirtschaft enthalten auch Rest-Kunststoffe sehr hohe Anteile an Kohlenwasserstoffen, die sich für ein wertstoffmäßiges Verwerten anbieten. Wertstoffmäßiges Recycling ist dann zulässig, wenn der Reststoff nicht in Form seines ursprünglichen Werkstoffes verwendet werden kann, aber als Ausgangsmaterial für ein anderes Produkt dienen kann. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, auch Polymere (inklusive Gummi, beispielsweise aus geschredderten Autoreifen, und Lackrückstände der Farbenindustrie) als Einsatzstoffe für Konversionsprozesse zu synthetischen Kohlenwasserstoffen zu verwenden.Next Residues from agriculture also contain residual plastics very high levels of hydrocarbons that are suitable for offer a valuable recycling. Recyclables Excessive Recycling is allowed if the residue is not in Form of his original material can be used can, but as a starting material for another product can serve. This gives the possibility, even polymers (including rubber, such as shredded car tires, and paint residues of the paint industry) as starting materials for conversion processes to synthetic hydrocarbons to use.
Bei Altkunststoffen ist die Pyrolyse, also die Verschwelung zu Monomeren und Oligomeren, sowie Wachsen unter Sauerstoffabschluss, bereits seit den 1970er Jahren bekannt. Dieses Verfahren ist von Prof. Kaminski (Universität Hamburg) vorangetrieben worden, wobei der Pyrolyse-Prozess in einer Wirbelschicht stattfindet. Das entstehende Pyrolysegas mit hohen Monomeranteilen kann anschließend als Einsatzstoff in der chemischen Industrie verwendet werden. Als Wirbelschichtmedium wird dabei Quarzsand eingesetzt, der in der Wirbelschicht umläuft. Eine Pilotanlage ist seit 1998 im schottischen Grangemouth bei BP in Betrieb.at Used plastics is pyrolysis, ie the carbonization to monomers and oligomers, as well as waxes under oxygen exclusion, already known since the 1970s. This procedure is by Prof. Kaminski (University of Hamburg), where the Pyrolysis process takes place in a fluidized bed. The resulting Pyrolysis gas with high monomer proportions can subsequently used as feedstock in the chemical industry. When Fluidized bed medium quartz sand is used in the Fluidized bed revolves. A pilot plant has been in operation since 1998 Scottish Grangemouth at BP in operation.
Ähnliche Konzepte sind vor rund 15 Jahren auf vielfältige Weise in großtechnischen Pilotanlagen oder industriellen Anlagen entwickelt und erprobt worden, allerdings jeweils mit anderen Zielsetzungen, teilweise anderen Technologien bzw. Verfahren und zur Herstellung anderer Produkte.Similar Concepts are around 15 years ago in many ways in large-scale pilot plants or industrial plants developed and tested, albeit with different objectives, partly different technologies or processes and for the production other products.
Zu diesen Verfahren gehören nach jetziger Erkenntnis die folgenden:
- 1. Die Kohleöl-Anlage Bottrop (KAB) der Veba Oel (VTA) und Ruhrkohle wurde zunächst zur Hydrierung von Raffinerie-Rückständen mittels Fischer-Tropsch-Synthese gebaut und später (unter Mitwirkung von Zeppelin) in eine Anlage zur Depolymerisierung von Restkunststoffen mit anschließender Hydrierung zu Kohlenwasserstoffen für den Einsatz in Raffinerien umgebaut. Die Depolymerisierung erfolgte durch Lösung des Polymers in einem Lösungsmittel.
- 2. Die BASF hat unter Mitwirkung von Zeppelin eine Pilot-Anlage zur Kunststoffeinblasung in einen Cracker zur Ethylen-Erzeugung in Ludwigshafen gebaut und vorübergehend betrieben. Bei dieser Anlage wurde der Kunststoff direkt in den Cracker eingespeist. Dabei lag kein signifikanter Gegendruck vor. Chemisch erfolgte ein direktes Depolymerisieren/Cracken der Kunststoffmoleküle in Kohlenwasserstoffe im Steam Cracker. Dies waren dann die Ausgangsstoffe für eine Synthese zu Ethylen.
- 3. Einen ähnlichen Weg haben die Stahlwerke Bremen
(früher Klöckner, heute Arcelor-Mittal) beschritten:
Dort wurde granulärer Altkunststoff über eine
Hochdruck-Einspeisung (gegen rund 4 bar Hochofendruck) in einen
Hochofen eingespeist, um die äquivalente Menge an Koks
einzusparen. Prozesstechnisch war es jedoch keine Verbrennung, da
der Kunststoff bei der hohen Umgebungstemperatur und unter dem dort
herrschenden Sauerstoffmangel nicht verbrannte (oxidierte), sondern
zu den zur Reduktion notwendigen Gasen CO und H2 aufgebrochen
wurde. Dieses Verfahren ist zum Patent angemeldet worden, vergl.
EP-Anmeldung 0 622 465 A1
- 1. The coal oil plant Bottrop (KAB) of Veba oil (VTA) and Ruhr coal was initially built for the hydrogenation of refinery residues by Fischer-Tropsch synthesis and later (with the cooperation of Zeppelin) in a plant for depolymerization of residual plastics with subsequent Hydrogenation converted to hydrocarbons for use in refineries. The de Polymerization was carried out by dissolving the polymer in a solvent.
- 2. With the cooperation of Zeppelin, BASF has built and temporarily operated a pilot plant for injection of plastic into a cracker for ethylene production in Ludwigshafen. In this plant, the plastic was fed directly into the cracker. There was no significant back pressure. Chemically, a direct depolymerization / cracking of the plastic molecules into hydrocarbons took place in the steam cracker. These were then the starting materials for a synthesis to ethylene.
- 3. Stahlwerke Bremen (formerly Klöckner, now Arcelor-Mittal) followed a similar path: There, granular waste plastic was fed into a blast furnace via a high-pressure feed (around 4 bar blast furnace pressure) in order to save the equivalent amount of coke. In terms of process technology, however, it was not combustion, since the plastic was not burned (oxidized) at the high ambient temperature and under the prevailing lack of oxygen, but was broken up into the CO and H 2 gases necessary for the reduction. This method has been applied for a patent, see.
EP Application 0 622 465 A1
Alle diese Verfahren haben sich wirtschaftlich nicht durchsetzen können, weil ihre Wirtschaftlichkeit auf der Subvention (Verbilligung) des Einatzstoffes Altkunststoff aus dem ,Grünen Punkt' basierte. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass sich diese Verfahren heute bei den gestiegenen Preisen für Primärenergie (Koks, Gas, Öl) wieder rentieren.All these methods have not been successful economically, because their profitability is based on the subsidy (cheapening) of the Einatzstoffes old plastic from the 'Green Dot' based. However, it is likely that these procedures are included today the increased prices of primary energy (coke, Gas, oil).
2. Beschreibung der Erfindung2. Description of the invention
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Dieselkraftstoffen und dergleichen, aus kohlenstoffhaltigen Reststoffen mit ausreichender Dichte und insbesondere den Einsatz einer Mischung aus biologischen, organischen und polymeren Abfallstoffen ermöglicht.Of the Invention is therefore based on the object to develop a method that the production of synthetic hydrocarbons, especially diesel fuels and the like, of carbonaceous residues with sufficient Density and in particular the use of a mixture of biological, organic and polymeric waste.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass statt der rein biologischen Einsatzstoffe bei BTL2-Verfahren (z. B. Gras, Stroh, Blätter, Ölsaatschrote) und CTL-Verfahren (Kohle) eine Mischung dieser Stoffe mit polymeren Abfallstoffen (Kunststoffabfälle, Rezyklate, Gummireifen, Mahlgut, Lackrückstände) verwendet wird oder ausschließlich polymere Reststoffe eingesetzt werden.These The object is achieved according to the invention that instead of purely biological feeds in BTL2 processes (eg grass, straw, leaves, oilseed meal) and CTL method (coal) a mixture of these substances with polymeric Waste (plastic waste, recyclates, rubber tires, Regrind, paint residues) is used or exclusively polymeric Residues are used.
Es handelt sich also um ein Verfahren zur Herstellung von gasförmigen, flüssigen oder feststoffartigen kohlenstoffhaltigen Zwischenprodukten zum Einsatz in Anlagen zur Herstellung von synthetischen Kohlewasserstoffen nach ansonsten bekannten Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Ausgangsmaterial ganz oder teilweise Kunststoffe eingesetzt wird. Dieser Kunststoff stammt insbesondere aus Abfällen oder Verarbeitungsresten.It is therefore a process for the production of gaseous, liquid or solid carbonaceous intermediates for Use in plants for the production of synthetic hydrocarbons according to otherwise known methods, characterized that completely or partially used as starting material plastics becomes. This plastic comes especially from waste or processing residues.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn der Kunststoff anderen organischen Einsatzstoffen beigemischt wird, insbesondere im Verhältnis von 10–90%.in this connection It is preferred if the plastic other organic feeds is admixed, in particular in the ratio of 10-90%.
Die Kunststoff-Beimischung insbesondere zu biologischen Reststoffen aus der Landwirtschaft erfolgt in einem BTL-Prozess.The Plastic admixture in particular to biological residues from agriculture takes place in a BTL process.
Die Kunststoff-Beimischung bewirkt die Erhöhung der spezifizierten Kohlenstoffdichte (Kohlenstoffanteil je Volumeneinheit) und somit eine Leistungserhöhung des Reaktors gegenüber dem Einsatz rein biologischer Einsatzstoffe.The Plastic admixture causes the increase of the specified Carbon density (carbon content per unit volume) and thus a power increase of the reactor compared the use of purely biological starting materials.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn die Kunststoff-Beimischung direkt am Eingang in den Reaktor erfolgt.in this connection It is preferred if the plastic admixture is right at the entrance into the reactor.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kunststoff-Beimischung bereits bei der Aufbereitung der biologischen Einsatzstoffe erfolgt.In Another embodiment provides that the plastic admixture already takes place during the processing of biological feedstocks.
Es ist vorteilhaft, wenn Kunststoff-Beimischung und Reaktorleistung über eine Regelung optimiert werden.It is advantageous when plastic admixture and reactor power over a scheme to be optimized.
Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einem Reaktor, in dem der polymere Einsatzstoff (polymere Reststoffe oder Gemisch aus polymeren Reststoffen mit biologisch/organischen Reststoffen und/oder Kohle) durch ein [Feststoff-]Trägermedium, beispielsweise heißen Sand, bis zur Zersetzungstemperatur aufgeheizt wird und dabei einer intensiven Durchmischung sowie Bewegung entlang beheizter Reaktorwände mittels Schnecken oder Wendeln oder Rührwerken oder durch Dichteunterschiede unterworfen wird. Ein solches Trägermedium kann (bei Verwendung z. B. eines Schlaufenreaktors) auch ein Fluid sein.A there is a device suitable for carrying out the method from a reactor in which the polymeric feed (polymeric residues or Mixture of polymeric residues with biological / organic residues and / or coal) through a [solid] carrier medium, for example hot Sand, is heated to the decomposition temperature while one intensive mixing and movement along heated reactor walls by means of Screws or coils or agitators or by density differences is subjected. Such a carrier medium may (when used z. B. a loop reactor) may also be a fluid.
Kernstück des Verfahrens ist demgemäß in einem ersten Verfahrensschritt die Herstellung eines Synthesegases für dessen Erzeugung entweder polymere Reststoffe oder ein Gemisch aus polymeren und biologisch/organischen Reststoffen oder ein Gemisch aus polymeren Reststoffen und Kohle verwendet wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt aus diesem Synthesegas ein dieselkraftstoffartiger Kohlenwasserstoff synthetisiert wird. Dabei werden auch ölige oder feste Reststoffe auch aus der ersten Verfahrensstufe in die zweite Verfahrensstufe eingebracht. Dieser Einsatzstoff wird im Folgenden als „polymerer Einsatzstoff” bezeichnet.core of the method is accordingly in a first method step the production of a synthesis gas for its production either polymeric residues or a mixture of polymeric and biological / organic residues or a mixture of polymeric Residues and coal is used, wherein in a second process step This synthesis gas is a diesel fuel-like hydrocarbon is synthesized. It also oily or solid Residues also from the first stage of the process in the second stage of the process brought in. This feedstock is hereinafter referred to as "polymeric Starting material ".
Je nach Einsatzstoffen kann statt des Synthesegases auch ein flüssigkeitsartiges Kohlenwasserstoffgemisch oder ein feststoffartiges Koksprodukt bei der Depolymerisierung/Zersetzung erzeugt werden. Diese Zwischenprodukte werden dann zur weiteren Hydrierung beispielsweise mittels der Fischer-Tropsch-Synthese oder des Bergius-Pier-Verfahrens in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Dabei sind diese nachgeschalteten Verfahrensschritte zur Hydrierung/Verflüssigung nach den Verfahren von Fischer-Tropsch oder Bergius-Pier nur als Beispiele für einige typische Verfahrensvarianten genannt und stellen somit keine einschränkende Auswahl dar.ever after starting materials, instead of the synthesis gas, a liquid-like Hydrocarbon mixture or a solid-like coke product at depolymerization / decomposition. These intermediates are then used for further hydrogenation, for example by means of the Fischer-Tropsch synthesis or the Bergius-Pier process into liquid hydrocarbons transformed. These are downstream process steps for hydrogenation / liquefaction according to the methods of Fischer-Tropsch or Bergius Pier just as examples of some typical ones Process variants called and thus do not limit Selection is.
Der Gesamtprozess vom Kunststoff zum synthetischen Treibstoff wird dabei in Anlehnung an die Kohleverflüssigung als PTL (Polymer-to-Liquid) bezeichnet.Of the The entire process from plastic to synthetic fuel is thereby referred to as coal liquefaction PTL (polymer-to-liquid).
Für die Durchführung des Verfahrens kommen zahlreiche Reaktoren in Betracht. Zum einen ist die Durchführung des Verfahrens in einer Wirbelschicht vorgesehen, wie ja schon die Versuchsanlage von BP, basierend auf dem Kaminski-Verfahren zur Pyrolyse, demonstriert.For the implementation of the process come numerous reactors into consideration. First, the implementation of the procedure provided in a fluidized bed, as already the pilot plant by BP based on the Kaminski pyrolysis process.
Da es sich jedoch bei den biologisch/organischen Einsatzstoffen um sehr heterogene Materialien mit sehr unterschiedlichen Fließ- und Fluidisiereigenschaften handelt, ist ein Reaktorprozess mit einer zwangsgeführten Schüttgutbewegung erfolgversprechender.There However, it is at the biological / organic feeds to very heterogeneous materials with very different flow and fluidizing properties is a reactor process with a positively guided bulk material movement more promising.
Denkbare Reaktortypen zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens sind somit Pflugscharmischer, Kegelschneckenmischer, Wendelrührerreaktoren und Schneckenreaktoren, sowie Schlaufenreaktoren. Allen Reaktortypen ist gemein, dass eine zwangsförmige Bewegung entlang der (beheizten) Reaktorwände erfolgt und ein verschleißarmes Trägermedium wie beispielsweise Sand, Glaskugeln oder Inertgas verwendet wird. Es sind auch andere Trägermedien wir Stahlkugeln, Keramikkugeln oder dergleichen vorstellbar. Die Verwendung von Sand als Wärmeträgermedium ist auch vom bioliq-Prozess bekannt. Als Trägermedium ist auch der Einsatz eines granulären Brennmaterials, beispielsweise Kohle, denkbar. In diesem Fall entfällt die Kreislaufführung des Trägermediums.conceivable Reactor types for carrying out the method described above are thus plowshare mixer, cone screw mixer, Wendelrührerreaktoren and screw reactors, as well as loop reactors. All reactor types is mean that a compulsive movement along the (heated) reactor walls and a wear-resistant Carrier medium such as sand, glass beads or inert gas is used. There are other carrier media like steel balls, Ceramic balls or the like conceivable. The use of sand as a heat transfer medium is also from the bioliq process known. The carrier medium is also the use of a granular Fuel, such as coal, conceivable. In this case is omitted the circulation of the carrier medium.
Im
Einzelnen werden die Reaktortypen wie folgt beschrieben:
Pflugscharmischer:
In einer horizontalen, stationären Trommel wird ein Gemisch
aus Sand und polymeren Einsatzstoffen mit einem Rührwerk
an einer horizontalen Achse bewegt. Bei erhöhten Temperaturen
zersetzt sich der polymere Einsatzstoff. Das Rührwerk sorgt
für einen innigen Temperaturaustausch zwischen Reaktorwand
und Trägermedium einerseits und dem Einsatzstoff andererseits.
Das Synthesegas wird am Kopf abgezogen und die flüssigen
und feststoffartigen Kohlenstoffhaltigen Produkten mit dem Sand
ausgetragen. Das Verfahren kann kontinuierlich im Durchlauf (z.
B. mit Überlaufwehr) oder chargenweise betrieben werden.
Die Energiezufuhr erfolgt über eine Beheizung des Reaktors
und/oder über eine Vorwärmung des Trägermediums.In detail, the reactor types are described as follows:
Ploughshare mixer: In a horizontal, stationary drum, a mixture of sand and polymeric feedstocks is moved on a horizontal axis with a stirrer. At elevated temperatures, the polymeric feed decomposes. The agitator ensures an intimate temperature exchange between the reactor wall and the carrier medium on the one hand and the feedstock on the other hand. The synthesis gas is drawn off at the top and the liquid and solids-like carbonaceous products are discharged with the sand. The process can be operated continuously in a continuous process (eg with overflow weir) or batchwise. The energy is supplied by heating the reactor and / or by preheating the carrier medium.
Kegelschneckenmischer: In einem konischen Reaktorbehälter läuft eine Schnecke entlang der Reaktorwand um und fördert gleichzeitig Einsatzstoff und Trägermedium von unten nach oben. Die Schüttgutbewegung ist im Wesentlichen auf den direkten Bereich der Schnecke begrenzt. Beheizte Reaktorwand und Trägermedium sorgen für die zur Zersetzung des polymeren Einsatzstoffes erforderliche Wärmeübertragung. Das Synthesegas wird am Kopf abgezogen und die flüssigen und feststoffartigen Kohlenstoffhaltigen Produkten mit dem Sand ausgetragen. Das Verfahren arbeitet in der Regel chargenweise, kann aber auch über ein in das Zentrum eintauchendes Absaugrohr kontinuierlich betrieben werden. Der Feststofftransport erfolgt dabei aufwärts entlang der Behälterwand und abwärts in den anderen Bereichen außerhalb der Schneckenposition.Cone screw mixer: In a conical reactor tank runs one Snail along the reactor wall and promotes at the same time Feedstock and carrier medium from bottom to top. The bulk material movement is essentially limited to the direct area of the screw. Heated reactor wall and carrier medium provide for the heat transfer required to decompose the polymeric feedstock. The synthesis gas is withdrawn at the head and the liquid and solid carbonaceous products with the sand discharged. The process usually works batchwise, can but also about a dipping into the center suction tube be operated continuously. The solids transport takes place doing so up along the tank wall and down in the other areas outside the screw position.
Eine besonders vorteilhafte Variante stellt der Kegelwendelreaktor dar, bei dem statt einer umlaufenden Schnecke eine einzelne, konisch gestaltete Wendel an der konischen Reaktorwand umläuft und das gesamte Volumen (Trägermedium und polymerer Einsatzstoff) in Bewegung hält. Der Feststofftransport erfolgt dabei aufwärts entlang der Behälterwand und abwärts im Zentrum.A particularly advantageous variant represents the cone helix reactor, in which instead of a rotating snail a single, conical designed helix on the conical reactor wall rotates and the entire volume (carrier medium and polymeric feedstock) keeps moving. The solids transport takes place here upwards along the tank wall and downwards downtown.
Wendelrührerreaktor: Hierbei rotiert ebenfalls eine der Druckbehälterform angepasste Wendel und transportiert das Gemisch aus Trägermedium und polymerem Einsatzstoff entlang der Behälterwand aufwärts. Die Abwärtsbewegung erfolgt im Zentrum. Das Synthesegas wird am Kopf abgezogen und die flüssigen und feststoffartigen Kohlenstoffhaltigen Produkten mit dem Sand ausgetragen. Auch hier kann der chargenweise Betrieb über eine kontinuierliche Zugabe des Gemisches aus polymerem Einsatzstoff und Trägermedium bei gleichzeitigem Abzug über ein Tauchrohr in eine kontinuierliche Fahrweise umgewandelt werden.Wendelrührerreaktor: Here also one of the pressure vessel shape adapted rotates Wendel and transports the mixture of carrier medium and polymeric feed along the vessel wall upwards. The downward movement takes place in the center. The synthesis gas is deducted at the head and the liquid and solid-like Carbonaceous products discharged with the sand. Here too Can the batch operation over a continuous Addition of the mixture of polymeric feedstock and carrier medium with simultaneous withdrawal via a dip tube in a continuous driving being transformed.
Eine besonders vorteilhafte Variante verwendet im Zentrum ein Zentralrohr, das mit geringem Abstand zur Innenkontur der Wendel ausgeführt ist. Dieses Zentralrohr wird dann als Doppelmantel ausgeführt und mit einem Wärmeträgermedium beheizt, um die Energiezufuhr im Ringraum zu intensivieren.A particularly advantageous variant uses a central tube in the center, this is done at a short distance from the inner contour of the helix is. This central tube is then designed as a double jacket and heated with a heat transfer medium to the Intensify energy supply in the annulus.
Schneckenreaktor: Beim Schneckenreaktor erfolgt in einer im wesentlichen horizontalen Schnecke der Transport von einzeln oder gemeinsam eingetragenen polymeren und biologischen Reststoffen oder von polymeren Reststoffen und Kohle der Transport in und durch den Reaktorraum und gleichzeitig wird durch den Wärmeeintrag die Einsatzstoffe auf die für die Zersetzung notwendige Temperatur gebracht. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung einerseits über die Schnecke und die begrenzenden Flächen des Schneckentroges (Reaktorwand) und andererseits über ein optional mit gefördertes Trägermedium. Anstelle einer einzigen Schnecke können auch mehrere parallel arbeitende Schnecken eingesetzt werden, wobei die Schnecken auch ineinander kämmen können.Screw reactor: In the case of the screw reactor, the transport is carried out individually or jointly in a substantially horizontal screw carried polymeric and biological residues or polymeric residues and coal the transport into and through the reactor space and at the same time the feed materials is brought to the necessary temperature for the decomposition by the heat input. The heat transfer takes place on the one hand via the screw and the limiting surfaces of the screw trough (reactor wall) and on the other hand via an optionally supported with carrier medium. Instead of a single screw also several parallel operating screws can be used, the screws can also mesh with each other.
Schlaufenreaktor: Beim Schlaufenreaktor wird zur Schüttgutbewegung der Dichteunterschied zwischen der geringeren Dichte einer fluidisierten Schüttgutsäule im Zentrum des Reaktors und der höheren Dichte im nicht-fluidisierten Ringraum genutzt. Der Energieeintrag erfolgt über die Aufheizung des Fluidisierungsgasstromes. Das Synthesegas wird am Kopf abgezogen und die flüssigen und feststoffartigen Kohlenstoffhaltigen Produkten mit dem Sand ausgetragen. Der Betrieb ist in der Regel chargenweise, kann aber auch durch kontinuierliche Zugabe von Trägermedium dun Polymerem Einsatzstoff und kontinuierlichen Abzug von Trägermedium und kohlenstoffhaltigen Reststoffen vorgesehen werden.Loop reactor: In the case of the loop reactor, the difference in density between the bulk material movement the lower density of a fluidized bulk column in the center of the reactor and the higher density in the non-fluidized Used annulus. The energy input is via the heating the fluidizing gas flow. The synthesis gas is withdrawn at the head and the liquid and solid carbonaceous ones Products discharged with the sand. The operation is usually but also by continuous addition of carrier medium dun Polymeric feedstock and continuous withdrawal of carrier medium and carbonaceous residues.
Die abgezogenen Synthesegase und die mit dem Trägermedium ausgetragenen kohlenstoffhaltigen Reststoffe werden wie bisher aufbereitet, beispielhaft kann hier das bioliq-Verfahren angeführt werden.The withdrawn synthesis gases and discharged with the carrier medium carbonaceous residues are treated as before, by way of example here can be cited the bioliq method.
Es ist vorausgehend ein Verfahren für den Einsatz von Altkunststoffen zur Erzeugung von synthetischen Kohlenwasserstoffen beschrieben worden. Nachfolgend werden Reaktorkonzepte für die Durchführung beschrieben.It is previously a process for the use of waste plastics for the production of synthetic hydrocarbons Service. The following are reactor concepts for implementation described.
Für die Depolymerisierung von Kunststoffen müssen die Kunststoff-Teilchen (granuläre Stoffe, Recyclate, Mahlgut, Shredderware) über einen bestimmten Zeitraum bestimmten Umgebungsbedingungen (Temperatur, Druck, Zusammensetzung der Atmosphäre, etc.) ausgesetzt werden. Diese geschieht üblicherweise in Reaktoren. Dabei ist die Bewegung der Teilchen (Schüttgutbewegung) entlang der beheizten Flächen wesentlich, damit es einerseits nicht zu Anbackungen vor der Depolymerisierung (Erweichungspunkt) und anderseits zu einem verbesserten Wärmeübergang (Kontaktwärmeübergang) kommt.For The depolymerization of plastics requires the plastic particles (granular materials, recycled, regrind, shredder) over certain ambient conditions (temperature, Pressure, composition of the atmosphere, etc.) become. This usually happens in reactors. there is the movement of the particles (bulk material movement) along the heated surfaces essential, on the one hand not to caking before depolymerization (softening point) and on the other hand to an improved heat transfer (Contact heat transfer) comes.
Sofern die Reaktoren unter einem von der umgebenden Atmosphäre abweichenden Druck arbeiten, müssen entsprechende Schleusenkonzepte zur Einspeisung und Ausspeisung zum Einsatz kommen.Provided the reactors under one of the surrounding atmosphere work deviating pressure, must have appropriate lock concepts for Infeed and outfeed are used.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.Of the Subject of the present invention does not arise only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims among themselves.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All in the documents, including the abstract Information and features, in particular the spatial shown in the drawings Training, are claimed as essential to the invention, as far as individually or in combination with the state of the art Technology is new.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.in the Below, the invention will be described with reference to only one embodiment illustrative drawings explained in more detail. in this connection go from the drawings and their description further essential to the invention Features and advantages of the invention.
Es zeigt:It shows:
Nach
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung wird der Begriff „Biomasse” begrifflich weit verstanden, d. h. es sind nicht nur entsprechend der eingangs genannten Beschreibung biologische Reststoffe gemeint, sondern darüber hinaus auch noch anorganische Reststoffe, wie z. B. Kohle, Koks, Braunkohle oder andere kohlenstoffhaltige Materialien, sowie Früchte von Nutzpflanzen (Mais, Weizen, Sojabohnen).Corresponding From the above description, the term "biomass" becomes conceptual well understood, d. H. It's not just according to the beginning meant biological residues, but above In addition, even inorganic residues such. As coal, coke, lignite or other carbonaceous materials, as well as fruits of crops (corn, wheat, soybeans).
Die Biomasse-Aufbereitung erfolgt beispielsweise durch Zerkleinern, Zerhäckseln, Reinigen, durch die Befreiung von metallischen oder mineralischen Reststoffen, sowie durch Trocknung. Hiermit wird sichergestellt, dass in der Biomasse-Aufbereitung die reine Biomasse dem Verwertungsprozess zugeführt wird, ohne unerwünschte Fremdstoffe und Beimengungen zuzuführen.The Biomass treatment takes place, for example, by crushing, Chop, clean, by the liberation of metallic or mineral residues, as well as by drying. Hereby becomes ensured that in biomass treatment the pure biomass is fed to the recycling process without unwanted Add foreign substances and admixtures.
Außerdem sind nach der Biomasse-Aufbereitung die Abmessungen der einzelnen Teilchen so beschaffen, dass sie problemlos in die nachgeschaltete Verfahrensstufe eingebracht werden können.Furthermore are after the biomass treatment, the dimensions of each Particles designed so that they easily into the downstream Process stage can be introduced.
Am
Ausgang der Biomasse-Aufbereitung wird dem gemäß der
in der Biomasse-Aufbereitung hergestellte Einsatzstoff in die Leitung
Über
die Leitung
Ebenso
werden über die Leitung
In
dem Reaktor findet eine Erhitzung der eingeschleusten Stoffe statt,
die zu einer Zersetzung und Erzeugung von Zersetzungsgasen führt.
Weiterhin entsteht ein nicht gasförmiger, häufig
feststoffhaltiger oder wachsartiger Rückstand, der als
feststoffartiges Zersetzungsprodukt
Es
soll noch erwähnt werden, dass im Reaktor Mischelemente
Der
besseren Verständlichkeit halber wird jedoch in der vorliegenden
Erfindungsbeschreibung davon ausgegangen, dass auch noch Kreislaufmaterial über
die Leitung
Wird
jedoch Kreislaufmaterial
Insbesondere
kann das Kreislaufmaterial
Ein
solches Kreislaufmaterial
Am
Ausgang des Reaktors
Das
gasförmige Zersetzungsprodukt
Der
Erhitzer
In
einer alternativen Ausführungsform, bei welcher der Erhitzer
In
einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen werden,
dass auch die Misch- und Bewegungselemente
Die
am Ausgang des Reaktors entstehenden feststoffartigen Zersetzungsprodukte
Während
im Trennpunkt
Somit
ergibt sich in der Leitung
In
dieser Synthesevorrichtung
Somit
ist nachgewiesen, dass mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren aus aufbereiteter Biomasse und aufbereiteten Polymeren
ein synthetischer Kraftstoff (Leitung
Es
ist selbstverständlich nicht lösungsnotwendig,
dass die Leitung
Wichtig
hierbei ist, dass die Eingangsstoffe der Biomasse-Aufbereitung und
der Polymer-Aufbereitung einen geringen Wert, jedoch ein unerwünscht großes
Volumen aufweisen. Durch die dezentralen Aufbereitungen der Einsatzstoffe
und der zentralen Verarbeitung in der Synthesevorrichtung
Durch den Zusatz von polymeren Reststoffen zu Biomasse-Reststoffen wird der energetische Ausgangsgehalt (Leistungsdichte) signifikant erhöht, so dass größere Durchsätze bei gleicher Reaktorgröße möglich werden.By the addition of polymeric residues to biomass residues is the initial energy content (power density) is significantly increased, so that larger throughputs at the same Reactor size possible.
Damit ist nachgewiesen, dass polymere Reststoffe die Verwertung von Biomasse wesentlich verbessern und erleichtern. Darüber hinaus erfüllen sie eine Doppelfunktion, nämlich einerseits die Entsorgung von Biomasse und andererseits die Entsorgung von polymeren Reststoffen zu einem neuen Wertstoff, der dann in einer zentralen Synthesevorrichtung zu einem synthetischen Kraftstoff verarbeitet werden kann.In order to It has been proven that polymeric residues cause the utilization of biomass significantly improve and facilitate. In addition, they fulfill a double function, on the one hand the disposal of biomass and on the other hand the disposal of polymeric residues to a new recyclable, then in a central synthesizer can be processed into a synthetic fuel.
Die
Dichte von zugeführter Biomasse ist etwa nur 0,2 g/cm3, während die Dichte von zugeführten
Polymer-Reststoffen in der Größenordnung von 0,5
g/cm3 Volumen liegt. Daher wird im gleichen
Reaktorvolumen, wie er vorher für die Verarbeitung von Biomasse
allein verwendet wurde, nun zusätzlich ein weiteres energiehaltiges
Produkt hinzugeführt, was die Energieausbeute im Reaktor
wesentlich verbessert. Dadurch wird die Ausbeute an gasförmigen
und feststoffhaltigen Ausgangsprodukten aus den Leitungen
Es
ist klar, dass somit auch die Menge der gasförmigen und
feststoffartigen Zersetzungsprodukte
Somit ist die Zuführung von polymeren Reststoffen in eine an sich bekannte Verwertung von Biomasse in einem Reaktor mit wesentlichen Vorteilen verbunden.Consequently is the supply of polymeric residues in one known utilization of biomass in a reactor with substantial Benefits connected.
Erfindungsgemäß wird
demzufolge der auf der Leitung
Hier
setzt die Erfindung ein, die nun vorsieht, dass sowohl polymere
Reststoffe als auch mittels der Biomasse-Aufbereitung gewonnene
Einsatzstoffe zu einem hochenergetischen schlammartigen Wertstoff umgewandelt
werden, der dann am Eingang einer Synthesevorrichtung
Im Übrigen
sind die vorher im allgemeinen Teil der Beschreibung beschriebenen
Vorrichtungen, die die Ausbildung des Reaktors beschreiben, besonders
günstig für den Einsatz des hier beschriebenen
Verfahrens. Es handelt sich um Reaktoren, die eine erzwungene Feststoffbewegung
der eingeführten Feststoffe derart ermöglichen,
dass durch innige Beheizung der Reaktorkomponenten der Zersetzungsprozess
gefördert und optimiert wird. Gleichzeitig erfolgt eine
Abtrennung in die gasförmigen Zersetzungsprodukte
Eine
Auswahl solcher Reaktoren wird nun anhand der Zeichnungsfiguren
In
In ähnlicher
Weise funktionieren die beiden in
- 11
- Biomasse-AufbereitungBiomass processing
- 22
- Leitung (Einsatzstoff)management (Starting material)
- 33
- Biomassebiomass
- 44
- Polymer-ReststoffPolymer residue
- 55
- Polymer-AufbereitungThe polymer processing
- 66
- Leitungmanagement
- 77
- Reaktor (Zersetzungsprozess)reactor (Decomposition process)
- 88th
- KreislaufmaterialRecycled material
- 99
- Erhitzerheaters
- 1010
- Leitungmanagement
- 1111
- Mischelementmixing element
- 1212
- Bewegungselementmover
- 1313
- gasförmiges Zersetzungsproduktgaseous decomposition product
- 1414
- feststoffartiges Zersetzungsproduktsolid-like decomposition product
- 1515
- Leitungmanagement
- 1616
- Leitungmanagement
- 1717
- Abscheiderseparators
- 1818
- Leitungmanagement
- 1919
- Kondensatorcapacitor
- 2020
- Leitung (Kondensat)management (Condensate)
- 2121
- Leitung (Feststoff)management (Solid)
- 2222
- Mischstrecke (Feststoff)mixing section (Solid)
- 2323
- Trennpunkt (Gasphase)split point (Gas phase)
- 2424
- Leitung (Gasphase)management (Gas phase)
- 2525
- Brennerzuführungburner feed
- 2626
- Abgaskaminexhaust stack
- 2727
- Leitung (schlammartiges Kohlenwasserstoffgemisch Werkstoff)management (sludge-like hydrocarbon mixture material)
- 2828
- Synthesevorrichtungsynthesizer
- 2929
- Leitung (synthetischer Kraftstoff)management (synthetic fuel)
- 3030
- Schüttgutsäulebulk material column
- 3131
- Ringraumannulus
- 3232
- Wärmetauscherheat exchangers
- 3333
- Pumpepump
- 3434
- Verdichtercompressor
- 3535
- Einblaskammerinjection chamber
- 3636
- Zellenradschleuserotary
- 3737
- Verteilerdistributor
- 3838
- Pfeilrichtungarrow
- 3939
- Rohrpipe
- 4040
- Pfeilrichtungarrow
- 4141
- Pfeilrichtungarrow
- 4242
- Auslassoutlet
- 4343
- Einlassinlet
- 4444
- Öldampfoil vapor
- 4545
- Wendelspiral
- 4646
- Motorengine
- 4747
- fluidisierte Schüttgutsäulefluidized bulk material column
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 0622465 A1 [0010] EP 0622465 A1 [0010]
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Publications (1)
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DE102008047563A1 true DE102008047563A1 (en) | 2010-04-15 |
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Country Status (1)
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