DE102014015281A1

DE102014015281A1 - Verfahren und Anordnung zur Verbesserung der Effektivität von Pyrolyseprozessen

Info

Publication number: DE102014015281A1
Application number: DE201410015281
Authority: DE
Inventors: Eckart A. Pelz
Original assignee: CRR CARBON RESOURCES RECOVERY GmbH
Current assignee: CRR CARBON RESOURCES RECOVERY GmbH
Priority date: 2013-10-19
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2015-04-23

Abstract

Aus der Pyrolysereaktion resultierendes Reaktiongas wird zunächst mindestens einer Quenche zugeführt, in der im Gegenstrom unter Kühlung die kondensierbaren Anteile, insbesondere Pyrolyseöl, und ggf. mitgerissene feste Bestandteile mit einem Teil des bei der Quenche zuvor abgeschiedenen Pyrolyseöls abgetrennt werden, und das verbleibende Pyrolysegas oben abgesaugt und falls erforderlich nach einer Reinigung von Schwefelverbindungen thermisch behandelt wird, ehe es gekühlt als Heizgas zur indirekten Beheizung des Pyrolysereaktors eingesetzt wird. Durch Einsatz von mehr als einer Quenche mit unterschiedlicher Kühlung werden Öle unterschiedlicher Flammpunkte erhalten. Die Anordnung zur Ausführung dieser Verfahrensweise besteht aus mindestens einer am Ausgang eines Pyrolysereaktors angeschlossenen Quenche für das entstandene Ölgas zur Abtrennung des Pyrolyseöls vom Pyrolysegas mit einer Einsprühvorrichtung am Kopf für einen Teil des aus der Quenche aufgefangenen Pyrolyseöls, und mit Kühlschlangen im Inneren, einem Sauggebläse zur Weiterleitung des Pyrolysegases, falls erforderlich einer Entschwefelungsanlage, einem Druckverstärker, sowie einer sich anschließenden Verbrennungsanlage, die mit einer Leitung für das behandelte Gas in den Heizmantel eines Pyrolysereaktors versehen ist.

Description

Pyrolyseprozesse dienen zum thermischen CO₂-armen Abbau von organischen Materialien, Restkunststoffen usw. oder auch von Gummi insbesondere Altgummi unter Gewinnung von den Ausgangsmaterialien entsprechenden definierten Produkten, wie Pyrolyseöl, Ruß oder anderen festen Pyrolyseprodukten und Pyrolysegas. Pyrolyseöl und -gas können vielfältig eingesetzt werden. Energetisch auf den Gesamtprozess gesehen ist der Einsatz des Reaktionsgases nach der Ölabscheidung im Pyrolyseprozess günstig und auch bekannt. Bei seinem Einsatz zur indirekten Wärmeerzeugung für den Prozess mittels eines Brenners über einen Außenmantel ( DE 195 22 457 ) kommt es jedoch häufig zu Störungen, insbesondere durch Ablagerungen in den Heizrohren und das resultierende Abgas erfordert eine aufwendige Reinigung aufgrund enthaltener toxischer Inhaltsstoffe.
Die Ursachen werden darin gesehen, dass im nicht kondensierbaren Anteil des Reaktionsgases, als Pyrolysegas bezeichnet, störende Stoffe enthalten sind, die zur Polymerisation führen, sowie im Abgas enthaltene nicht verbrannte toxische Stoffe. Der Einsatz eines solchen Pyrolysegases zum Heizen ist wegen der Abgasbelastung nach rechtlichen Vorschriften wie der TA Luft 2002 und der 17. BimSchV nicht zulässig. Häufig wird daher das entstandene Pyrolysegas nach einer aufwendigen Abgasreinigung abgefackelt.
Aufgabe der Erfindung war daher eine Verfahrensweise und eine Anordnung, die einen störungsfreien und zugleich energetisch günstigen Einsatz des in den Pyrolyseverfahren entstehenden Pyrolysegases in den Pyrolyseprozessen selbst ermöglichen und ein Abgas zu erhalten, das die rechtlichen Anforderungen erfüllt,
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Reinigung des Pyrolysegases von darin enthaltenen Stoffen, wie z. B. die Monomeren C₂H₄, C₂H₆, C₄H₈, die bei ihrem Einsatz zur indirekten Heizung für den Pyrolyseprozess durch Polymerisation Störungen bewirken sowie von toxischen Stoffen, die nicht in die Umwelt gelangen dürfen.
Dazu wird aus einer in bekannterweise durchgeführten Pyrolyse resultierendes Reaktionsgas zunächst von den kondensierbaren Anteilen, dem Pyrolyseöl, und ggf. mitgerissenen festen Bestandteilen getrennt, indem es mindestens einer Quenche zugeführt wird, in der im Gegenstrom unter Kühlung mit einem Teil des bei der Quenche zuvor abgeschiedenen Pyrolyseöls die nicht kondensierbaren Anteile, das Pyrolysegas, abgetrennt werden, das oben abgesaugt und falls erforderlich nach einer Reinigung von Schwefelverbindungen mit einem Druck von 50 bis 150 mb bei mindestens 850°C und einer Verweilzeit von mindestens 2 Sekunden behandelt, durch Zumischen eines Anteils von 70 bis 80% des aus dem Heizmantel des Reaktors abgeleiteten Rauchgases und erforderlichenfalls Frischluft auf Temperaturen zwischen 550 bis 650°C gekühlt und danach als Heizgas zur indirekten Beheizung des Pyrolysereaktors eingesetzt wird.
Bei der Pyrolyse entstehender Ruß wird mittels eines Schachtes aus dem Reaktor ausgetragen.
Aus der Quenche unten austretendes Pyrolyseöl wird in einem Tank gesammelt und ein Teil der Quenche oben zugeführt.
Bei Einsatz einer Kaskade, d. h. mehreren Quenchen, ist eine Fraktionierung des Pyrolyseöls möglich. Je nach Temperatur bei der Gegenstrombehandlung des Gasgemisches lassen sich Öle unterschiedlicher Flammpunkte erhalten. Die Kühlung in den Quenchen erfolgt dabei von Quenche zu Quenche zunehmend intensiver. In der ersten Stufe mit geringerer Kühlung werden die leichter siedenden Bestandteile abgetrennt und Öle mit einem höheren Flammpunkt erhalten. Die abgetrennten gasförmigen Anteile werden der nächsten Quenche mit stärkerer Kühlung zugeführt, wo höher siedende Anteile kondensieren und Öle mit niedrigeren Flammpunkten erhalten werden.
Eine Anordnung zur Ausführung dieser Verfahrensweise besteht aus mindestens einer am Ausgang eines Pyrolysereaktors angeschlossenen Quenche für das entstandene Reaktionsgas zur Trennung des entstandenen Reaktionsgases in Pyrolyseöl und Pyrolysegas mit einer Einsprühvorrichtung am Kopf, die mit einer Leitung zur Zuführung eines Teils des aus der Quenche unten in einem Öltank aufgefangenen Pyrolyseöls mittels einer Pumpe verbunden ist, und mit Kühlschlangen im Inneren zum Abscheiden vom im heißen Reaktionsgas enthaltenen kondensierten Pyrolyseöl, und gegebenenfalls Feststoffpartikeln, einem Sauggebläse mit Drehzahlregelung zur Weiterleitung des Pyrolysegases, falls erforderlich einer Entschwefelungsanlage, einer Druckregelung, z. B. einem Druckerhöhungsgebläse, sowie einer sich anschließenden Verbrennungsanlage, die für eine Temperatur von mindestens 850°C und eine Verweilzeit von mindestens 2 sec. ausgelegt ist, und einer Leitung für das behandelte Gas als Heizgas in den Heizmantel eines Pyrolysereaktors.
Ein oder mehrere Sensoren im Reaktor dienen zur Druckkontrolle und als Signal zur Regelung des Sauggebläses, um einen zu großen Unterdruck im Reaktor zu verhindern. Der Auffangbehälter für das ablaufende Öl am unteren Ende der Quenche ist mit einer Füllstandsanzeige sowie einer Ablassvorrichtung versehen und an eine Pumpe für das oben einzusprühende Pyrolyseöl angeschlossen.
Die Verbrennungsanlage besteht aus einem Ofen mit einer, mit einem innen liegenden Brenner beheizten Brennkammer und einer Stützfeuerung, sowie einer Zuführung einer Rezirkulationsleitung für Rauchgas und/oder Frischluft in den Ofenmantel zur Temperaturregelung des die Anlage verlassenden Heizgases. Über eine Leitung erfolgt dessen Zuführung in den Heizmantel des Reaktors. In diese kann eine Klappe eingebaut sein, um einen Teil des austretendes Gases anderweitig zu nutzen, z. B. zur indirekten Heizung weiterer Pyrolysereaktoren. Am ausgangsseitigen Ende des Reaktormantels befindet sich eine Abgasleitung für das Rauchgas mit einem Abzweig in die Rezikulationsleitung und mit einer Rauchgasreinigung für abzuleitendes überschüssiges Rauchgas.
Es ist auch möglich, mit dem entstandenen Pyrolysegas nach der Druckerhöhung und erforderlichenfalls Entschwefelung zunächst Gasmotoren zur Stromerzeugung zu betreiben, und deren heiße Abgase der Verbrennungsanlage zuzuführen. Als Gasmotor eignet sich ein Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine.
Hierdurch wird eine optimale Kraftwärmekopplung erreicht. In Summe ergibt die elektrische Leistung und die Wärmeleistung in der Regel einen sehr hohen Wirkungsgrad von über 80%.
Vorteile der Erfindung sind, dass sich der Pyrolyseprozess mit dem Einsatz des eigen erzeugten und behandelten Pyrolysegases als Heizgas für das indirekte Beheizen der Pyrolysetrommel des Reaktors energetisch trägt und dadurch sowohl eine Gasspeicherung als auch das Abfackeln von Überschussgas entfällt. Zugleich erfüllt der Anteil an überschüssigem Rauchgas, der in die Atmosphäre geleitet wird, ohne zusätzlichen Aufwand die Normen für Abgase. Die Erfindung ermöglicht somit ein energetisch effektives Pyrolyseverfahren mit reduzierter Abgasbelastung gemäß den gesetzlichen Vorgaben für die Verbrennung von nicht normgerechten Brennstoffen oder Abfällen.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Anordnung für ein Pyrolyseverfahren mit einer integrierten Reinigung für das entstehende Pyrolysegas und dessen Einsatz zur indirekten Beheizung des Pyrolyseofens.
2 zeigt eine Anordnung wie in 1 mit einer weiteren Quenche
Die Erfindung soll anhand von 1 erläutert werden.
In die Pyrolysetrommel des Pyrolysereaktors (1) werden Inputstoffe wie Reifenschnitzel über eine Schnecke (2) eingetragen. Zum Anheizen der Pyrolysetrommel über den Außenmantel dient in der Anfahrphase ein Brenner (3), der mit Öl oder Gas betrieben wird und erforderlichenfalls als Stützbrenner auch für die Verbrennungsanlage (14) dient, danach erfolgt das Erhitzen mit im Pyrolyseprozess erzeugtem behandeltem Pyrolysegas, dem erhaltenen Heizgas. Der Reaktor hat über einen Schacht einen Auslass für den entstehenden Ruß (4). Der Reaktormantel hat eine Ableitung für das Rauchgas (5) mit einer Abzweigung für eine Rezirkulationsleitung (6). Das bei der Pyrolyse entstehende Reaktionsgas wird einer Quenche (7) zugeführt, in der es in Gas und Öl getrennt wird. Dazu wird unter Kühlung im Gegenstrom mit einem Teil des beim Quenschen abgeschiedenen Pyrolyseöls, das in einem Tank mit einer Entnahmeeinrichtung für den überschüssigen Teil des Öles (8) aufgefangen und über eine Leitung (9) zum Kopf der Quenche geleitet wird, das Gas von den kondensierbaren und mitgerissenen öligen und gegebenenfalls vorhandenen festen Bestandteilen, die unten ablaufen, abgetrennt. Das Pyrolysegas wird oben mittels eines Sauggebläses mit Signalen eines oder mehrerer Sensoren im Reaktor gesteuerten Drehzahlreglers zur Vermeidung eines zu hohen Unterdruckes (10) abgesaugt, in einem Wärmetauscher (11) auf ca. 50°C gekühlt und über eine Gaswäsche mit Natronlauge zur Entfernung von Schwefelverbindungen (12) und eine Druckverstärkung auf 50 bis 150 mb (13) in die Verbrennungsanlage (14) geleitet, die mit Brenner, Stützheizung und einem Einlass für die Rezirkulationsleitung ausgestattet ist. Die Verweilzeit des Gases beträgt mindestens 2 Sekunden und die Temperatur mindestens 850°C. Die Einhaltung der Temperatur wird wenn erforderlich durch die mit einem Normbrennstoff betreibbare Stützheizung gewährleistet. Über die Rezikulationsleitung erfolgt die Zuführung von ca. 80% des Rauchgases zur Temperaturregelung des die Verbrennungsanlage verlassenden Heizgases auf Temperaturen zwischen 550 und 650°C. Dieses Gas wird über eine Klappensteuerung (15) verteilt und über die Heizgasleitung (16) zum indirekten Beheizen des zu pyrolysierenden Materials in den Außenmantel des Pyrolysereaktors geleitet. Über die Klappensteuerung lässt sich ein weiterer Pyrolysereaktor (17) anschließen.
Bezugszeichenliste

1: Pyrolysereaktor
2: Schnitzeleintrag
3: Anheiz- bzw. Stützbrenner
4: Auslass für Ruß
5: Abgasleitung
6: Rezirkulationsleitung
7: Quenche
7*: Quenche
8: Öltank
8*: Öltank
9: Ölzuführung
9*: Ölzuführung
10: Sauggebläse mit Drehzahlregler
11: Wärmetauscher
12: NAOH-Wäsche für Schwefelverbindungen
13: Druckregler
14: Verbrennungsanlage mit Brenner, Stützheizung und Anschluss an Rezikulationsleitung
15: Klappensteuerung
16: Heizgasleitung
17: Anschluss für weiteren Pyrolysereaktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19522457 [0001]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Effektivität von Pyrolyseprozessen, bei denen entstehendes Pyrolysegas eingesetzt wird, um die Pyrolysetrommel über einen Außenmantel indirekt zu beheizen, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Pyrolyse resultierendes Reaktionsgas (statt: Pyrolysegas) zunächst mindestens einer Quenche zugeführt wird, in der im Gegenstrom unter Kühlung die kondensierbaren Anteile, insbesondere Pyrolyseöl, und gegebenenfalls mitgerissene feste Bestandteile mit einem Teil des bei der Quenche zuvor abgeschiedenen Pyrolyseöls abgetrennt werden, und das verbleibende Pyrolysegas oben abgesaugt und mit einem Druck zwischen 50 und 150 mb bei mindestens 850°C und einer Verweilzeit von mindestens 2 Sekunden behandelt, durch Zumischen eines Anteils von 70 bis 80% des aus dem Heizmantel des Reaktors abgeleiteten Rauchgases und erforderlichenfalls Frischluft auf Temperaturen zwischen 550 und 650°C gekühlt und danach als Heizgas zur indirekten Beheizung der Pyrolysetrommel eingesetzt wird.
Verfahren zur Verbesserung der Effektivität von Pyrolyseprozessen, bei denen entstehendes Pyrolysegas eingesetzt wird, um die Pyrolysetrommel über einen Außenmantel indirekt zu beheizen, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahren gemäß Anspruch 1 durch Einsatz von mehr als einer Quenche, wobei die weitere jeweils eine intensivere Kühlung als die vorhergehende aufweist, Öle mit unterschiedlichen, jeweils niedrigeren Flammpunkten erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Reinigung von Schwefelverbindungen entweder des Pyrolysegases vor der Verbrennung oder des Rauchgases bevor es ausgeleitet wird.
Verfahren zur Verbesserung der Effektivität von Pyrolyseprozessen, bei denen entstehendes Pyrolysegas eingesetzt wird, um die Pyrolysetrommel über einen Außenmantel indirekt zu beheizen, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem entstehenden Pyrolysegas nach der Quenche, gegebenenfalls Entschwefelung, und Druckerhöhung Gasmotoren betrieben werden, um Strom zu erzeugen, anschließend die heißen Abgase bei mindestens 850°C und einer Verweilzeit von mindestens 2 Sekunden behandelt und danach zur indirekten Heizung der Pyrolysetrommel eingesetzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasmotor ein Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine verwendet wird, an die ein Stromgenerator angeschlossen wird.
Anordnung zur Verbesserung der Effektivität von Pyrolyseprozessen, bei denen entstehendes Pyrolysegas eingesetzt wird, um die Pyrolysetrommel über einen Außenmantel mittels eines Brenners indirekt zu beheizen, gekennzeichnet durch mindestens eine am Ausgang einer Pyrolysetrommel sich anschließende Quenche zur Trennung des entstandenen Reaktionsgases in Pyrolyseöl und Pyrolysegas mit einer Einsprühvorrichtung am Kopf, die mit einer Leitung zur Zuführung eines Teils des aus der Quenche unten in einem Öltank aufgefangenen Pyrolyseöls mittels einer Pumpe verbunden und mit Kühlschlangen im Inneren zum Abscheiden vom im heißen Reaktionsgas enthaltenen Pyrolyseöl und gegebenenfalls Feststoffpartikeln versehen ist, ein Sauggebläse mit Drehzahlregler zur Weiterleitung des Pyrolysegases, einen Wärmetauscher, einen Druckverstärker sowie eine sich anschließende Verbrennungsanlage, die für eine Temperatur vom mindestens 850°C und eine Verweilzeit von mindestens 2 Sekunden ausgelegt ist, und die mit einer Leitung für das behandelte Gas in den Heizmantel eines Pyrolysereaktors versehen ist.
Anordnung gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Sensoren zur Druckkontrolle im Reaktor als Signalgeber zur Regelung des Sauggebläses.
Anordnung gemäß der Ansprüche 6 und 7, gekennzeichnet durch einen Druckregler vor der Verbrennungsanlage.
Anordnung gemäß der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Entschwefelungsanlage zur Reinigung des Pyrolysegases vor der Verbrennungsanlage und/oder des Rauchgases in der Abgasleitung.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsanlage aus einem Ofen mit einer Brenner beheizten innen liegenden Brennkammer und einer Stützfeuerung besteht sowie eine Zuführung einer Rezirkulationsleitung für Rauchgas und/oder Frischluft in den Ofenmantel zur Temperaturregelung des die Verbrennungsanlage verlassenden Gases aufweist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine Regelklappe in der Leitung für das Heizgas in den Reaktorheizmantel zum Anschluss weiterer Gasverbraucher, wie beispielsweise Pyrolysereaktoren.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch eine sich am ausgangsseitigen Ende des Reaktormantels befindende Abgasleitung für das Rauchgas mit einem Abzweig in die Rezikulationsleitung.