EP0512482A2 - Verfahren zur Verminderung der Koksbildung bei der thermischen Behandlung synthetischer, organischer Abfälle - Google Patents
Verfahren zur Verminderung der Koksbildung bei der thermischen Behandlung synthetischer, organischer Abfälle Download PDFInfo
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- EP0512482A2 EP0512482A2 EP92107587A EP92107587A EP0512482A2 EP 0512482 A2 EP0512482 A2 EP 0512482A2 EP 92107587 A EP92107587 A EP 92107587A EP 92107587 A EP92107587 A EP 92107587A EP 0512482 A2 EP0512482 A2 EP 0512482A2
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- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
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Definitions
- the method according to the invention relates to the thermal treatment of synthetic, organic wastes with the cleavage of chemical bonds in a selected temperature, pressure and residence time range in which no or only little coke formation occurs.
- EP-B-0 236 701 describes a thermal pretreatment under hydrogen or inert gas in a temperature range of 75-600 ° C., a pressure range of 1-600 bar and a residence time of 1 minute to 6 hours.
- the addition of protic solvents is also disclosed in this patent as well as the addition of grinding oils and catalysts. Tables 6 and 8 of this document summarize test results which were obtained during the thermal pretreatment without the addition of rubbing oils. It was worked at temperatures of 350-470 ° C.
- the thermal treatment can also be favored by adding certain additives with or without mashing oil.
- additives for example, one or more compounds from the group: phenols, sulfur compounds, alcohols, amines and water can be added as additives. These additives are generally added in an amount of 0.1 to 3 parts additive per part waste mixture.
- the presence of the additives may also reduce the temperature during the thermal treatment to 230 to 300 ° C.
- the residence times are from 0.5 to 24 hours, with shorter residence times of, for example, 0.5 to 5 hours being possible when additives and / or mashing oils are added. In general, longer residence times are used at lower temperatures. Even in the presence of the additives and / or mashing oils, coke formation is avoided or largely avoided under the conditions according to the invention.
- the present invention accordingly allows waste for the first time.
- Common high-pressure pumps or other high-pressure conveying devices such as extruders can be used as pumps. It can be particularly advantageous at high throughputs that the heat required for the thermal treatment by an extruder with direct heat input or heat input by friction or by a heatable screw, such as a double-run screw Feed snail at least partially.
- All synthetic, organic waste such as thermoplastics, thermosets, elastomers, waste oils, shredder waste, difficult-to-dispose organic chemicals, rejects, cable waste, textile waste, etc., are suitable as mixtures according to the invention.
- mashing oils can include at least one component from the group: crude oil, crude oil components and products from crude oil, coal including lignite, coal components and products from coal, oil shale, oil shale components and products from oil shale, oil sand, pyrolysis oils, bitumen, asphalt, asphaltenes, their components and whose products are used.
- the particular advantage of the present invention is that pumpable mixtures can also be produced coke-free when using any waste mixtures, hydrocarbons, in particular in the gasoline and medium oil boiling range, can be obtained in the subsequent hydrogenative cleavage, the heteroatoms present in the waste being Hydrogen compounds, such as HCl, H2S, NH3 etc. arise.
- the splitting thermal treatment can be carried out discontinuously and continuously.
- a cascade of stirred tanks can be used for the continuous mode of operation.
- the setting of the gap temperature and residence time can be carried out particularly favorably.
- the viscosity can then be reduced Temperature by approx. 50 ° K, the further splitting can be interrupted or slowed down undesired post-reactions in further processing containers, such as in a receiver upstream of the hydrogenation reactor, can be achieved by adding a radical stopper, such as polyphenol.
- the addition of radical formers with a relatively high decomposition temperature can favor the thermal breakdown, so that the desired thermal breakdown can be achieved at lower temperatures and a shorter residence time, similar to the addition of the additives and mashing oils mentioned
- the cleavage can also be promoted by adding catalysts.
- Suitable catalysts are, for example, aluminum oxide and / or bleaching earth with or without pretreatment, such as by means of acids, iron compounds such as ferrocene and / or iron pentacarbonyl and others, the iron compounds preferably only towards the end of the thermal cleavage
- the catalysts mentioned can also prove to be advantageous in the later hydrogenative cleavage. Solid unwanted fractions in the waste mixture or those that are only formed during the thermal treatment can be separated off before or after the same by filtration, centrifuging and other separation processes. It is also possible to grind such solid fractions so that a separation is not necessary.
- a mixture of 45% by weight of polyethylene, 30% by weight Polypropylene and 25% by weight of polystyrene were subjected to a thermal treatment at 300 ° C for 5 hours.
- the viscosity of the starting mixture was not measurable at 200 ° C, but was 1200 mPas after the thermal treatment.
- the mixture was conveyable using a conventional pump Coke formation was not detectable.
- a mixture of 50% by weight of polyethylene, 30% by weight of polypropylene, 10% by weight of polystyrene and 10% by weight of polyurethane was subjected to a thermal treatment at 300 ° C. for 5 hours.
- the mixture liquefied, only that The polyurethane content was largely retained as a highly viscous second phase.
- the same mixture was thermally treated with the addition of 0.5% by weight of tert-butyl hydroperoxide for 2 hours at 360 ° C. This resulted in a homogeneous liquid without a separate polyurethane phase with a viscosity of 1000 mPas at 200 ° C, which could be pumped without problems was. Due to the high temperature during the second treatment, coke formation was noticeable.
- the second treatment was repeated at 280 ° C and a residence time of 5 hours. A homogeneous liquid was obtained with a viscosity of 1200 mPas at 200 ° C. There was no coke formation.
- a mixture of 40 wt .-% polyethylene, 30 wt .-% polypropylene, 10 wt .-% polystyrene, 10 wt .-% polyurethane and 10 wt .-% polyvinyl chloride was at 260 ° C during Thermally treated for 8 hours. After the treatment, the viscosity was 1300 mPas at 200 ° C. A small amount of coke particles was found in the mixture. The grain size of the coke could be reduced to less than 10 ⁇ by stirring during the thermal treatment. The thermal treatment was carried out at normal pressure. Chlorine was released as HCl during the thermal treatment. The residual chlorine content after treatment was 300 ppm.
- Example 3 was repeated, but nitrogen was passed through the mixture at the same time with stirring at 50 mbar.
- the residual chlorine content was 2 ppm after the treatment.
- the coke formed remained in suspension owing to its small particle size of less than 10 ⁇ .
- the pumpability of the mixture was not significantly affected by the coke content. Due to its low residual HCl content, the mixture obtained can be processed in conventional high-pressure equipment, so that chlorine-resistant, expensive steels do not have to be used.
- a plastic mixture of domestic waste was treated for 7 hours at 270 ° C. During the treatment, nitrogen was passed through the mixture at normal pressure. The treated product had a viscosity of 1400 mPas at 200 ° C and a residual chlorine content of 30 ppm. The mixture contained coke particles. The experiment was repeated, but 15% by weight of crude oil residue and 0.5% by weight of stearylamine were added. The amount of coke formed was significantly less.
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Abstract
Description
- Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft die thermische Behandlung synthetischer,organischer Abfälle unter Spaltung chemischer Bindungen in einem ausgewählten Temperatur-,Druck- und Verweilzeitbereich,in dem keine bzw. eine nur geringe Koksbildung auftritt.
- Die thermische Vorbehandlung synthetischer,organischer Abfälle hat während der letzten Jahre im Zusammenhang mit der hydrierenden Spaltung solcher Abfälle erhebliche-Bedeutung erlangt.
So ist in der EP-B-0 236 701 eine thermische Vorbehandlung unter Wasserstoff oder Inertgas in einem Temperaturbereich von 75-600°C,einem Druckbereich von 1-600 bar und einer Verweilzeit von 1 Minute bis 6 Stunden beschrieben.
Auch der Zusatz protischer Lösungsmittel ist in dieser Patentschrift offenbart sowie der Zusatz von Anreibölen und von Katalysatoren.
In den Tabellen 6 und 8 dieser Schrift sind Versuchsergebnisse zusammengefasst,die bei der thermischen Vorbehandlung ohne Zusatz von Anreibölen erhalten wurden. Es wurde bei Temperaturen von 350-470°C gearbeitet. - Spätere Untersuchungen der Anmelderin der vorliegenden Erfindung,die auch Anmelderin der EP-B 0 236 701 ist, zeigten jedoch,dass in diesem Temperaturbereich unerwünschte Koksbildung auftritt,wobei der Koks teilweise grobkörnig anfällt und zu Verstopfungen und Ablagerungen in der gesamten Anlage führen kann.
- Die Anmelderin hat nunmehr überraschend gefunden,dass bei Einsatz synthetischer,organischer Abfallgemische bzw. verunreinigter Abfälle die Koksbildung vermieden werden kann,bzw. weitgehend vermieden werden kann, durch ein Verfahren zur thermischen Behandlung synthetischer,organischer Abfälle,dadurch gekennzeichnet, dass die Abfälle einer Temperatur von 220-350°C und einem Druck von 10 mbar bis 1 bar bei einer Verweilzeit von 0,5 bis 24 Stunden unterworfen werden.
- Es wurde demgemäss überraschend gefunden,dass bereits die Anwendung von Temperaturen von 250-350°C bzw. von 250 bis kleiner 350°C,auch bei Abwesenheit von Anmaischölen ausreicht,um pumpbare Gemische zu erhalten, die problemlos in den Hydrierreaktor gefördert werden können,ohne dass Koksbildung bzw. nennenswerte Koksbildung auftritt,wobei die entstehenden Gase,insbesondere HCl,aber auch H₂S,HBr und andere durch Anwendung eines geringen Unterdrucks oder durch Einleiten inerter Trägergase wie CO₂,N₂,H₂ und anderer aus der Reaktionszone bevorzugt entfernt werden.
Bevorzugt wird daher ein Druck von 10 mbar bis kleiner 1 bar angewandt.
Um das erfindungsgemässe Ergebnis zu erreichen,sind Anmaischöle nicht erforderlich.Anmaischöle können erfindungsgemäss jedoch zugesetzt werden.So kann sich der Zusatz einer Menge von 50 Gew.-%,bevorzugt von 20 Gew.-% bezogen auf die Abfallmenge bei der Bildung eines pumpbaren Breis günstig auswirken,sodass ein solcher Brei gegebenenfalls bereits bei Temperaturen von 270-340°C erhalten werden kann. - Auch durch Zusatz bestimmter Additive mit oder ohne Anmaischöl kann die thermische Behandlung begünstigt werden. Als Additive können beispielsweise eine oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe:Phenole,Schwefelverbindungen, Alkohole,Amine und Wasser zugesetzt werden.
Diese Additive werden im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 3 Teilen Additiv pro Teil Abfallgemisch zugesetzt.
Auch durch die Gegenwart der Additive kann gegebenenfalls die Temperatur bei der thermischen Behandlung auf 230 bis 300°C gesenkt werden.
Die Verweilzeiten liegen erfindungsgemäss bei 0,5 bis 24 Stunden,wobei bei Zusatz von Additiven und/oder Anmaischölen im allgemeinen kürzere Verweilzeiten von beispielsweise 0,5 bis 5 Stunden möglich sind.
Im allgemeinen werden bei tieferen Temperaturen längere Verweilzeiten angewandt.
Auch in Gegenwart der Additive und/oder Anmaischöle wird bei den erfindungsgemässen Bedingungen die Koksbildung vermieden bzw. weitgehend vermieden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt demgemäss erstmals Abfälle,bzw. Abfallgemische bzw. verunreinigte Abfälle organischen synthetischen Ursprungs ohne bzw. weitgehend ohne Koksbildung in ein pumpbares Material umzuwandeln.
Als Pumpen können übliche Hochdruckpumpen oder andere Hochdruckfördergeräte wie z.B. Extruder eingesetzt werden. Es kann insbesondere bei hohen Durchsätzen von Vorteil sein,die für die thermische Behandlung erforderliche Wärme durch einen Extruder mit direktem Wärmeeintrag oder Wärmeeintrag durch Friktion oder durch eine beheizbare Schnecke,wie z.B. durch eine doppelläufige Schnecke zumindest teilweise zuzuführen.
Als Einsatzgemische kommen erfindungsgemäss alle synthetischen,organischen Abfälle in Frage,wie z.B. Thermoplaste,Duroplaste,Elastomere,Altöle,Shredderabfälle, schwer entsorgbare organische Chemikalien,Spuckstoffe, Kabelabfälle,Textilabfälle usw.
Als Anmaischöle können beispielsweise wenigstens eine Komponente aus der Gruppe:Rohöl,Rohölkomponenten und Produkte aus Rohöl,Kohle einschliesslich Braunkohle, Kohlekomponenten und Produkte aus Kohle,Ölschiefer, Ölschieferkomponenten und Produkte aus Ölschiefer, Ölsand,Pyrolyseöle,Bitumen,Asphalt,Asphaltene,deren Komponenten und deren Produkte eingesetzt werden. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin,dass auch bei Einsatz beliebiger Abfallgemische pumpbare Gemische koksfrei hergestellt werden können,wobei in der anschliessenden hydrierenden Spaltung Kohlenwasserstoffe,insbesondere im Benzin- und Mittelöl-Siedebereich gewonnen werden können,wobei die in den Abfällen vorhandenen Heteroatome als Wasserstoffverbindungen,wie z.B.HCl,H₂S,NH₃ usw. anfallen.
Die spaltende thermische Behandlung kann diskontinuierlich und kontinuierlich durchgeführt werden.Für die kontinuierliche Fahrweise kann beispielsweise eine Rührkesselkaskade eingesetzt werden.Bei diskontinuierlicher Fahrweise kann mit Hilfe eines Vorbehälters die Einstellung von Spalttemperatur und Verweilzeit beonders günstig erfolgen.Nach Erreichen einer bestimmten Viskosität kann dann durch Absenken der Temperatur um ca. 50°K die weitere Spaltung unterbrochen werden bzw. abgebremst werden.Das Stoppen unerwünschter Nachreaktionen in Weiterverarbeitungsbehältern,wie z.B. in einer Vorlage vor dem Hydrierreaktor kann durch Zugabe eines Radikalstoppers,wie z.B. von Polyphenol erzielt werden.
Andererseits kann durch Zugabe von Radikalbildnern mit relativ hohen Zersetzungstemperatur wie z.B. von tert.-Butylhydroperoxid die thermische Spaltung begünstigt werden,sodass ähnlich wie bei Zusatz der genannten Additive und Anmaischöle bereits bei tieferen Temperaturen und kürzerer Verweilzeit die gewünschte thermische Spaltung erzielt werden
Die Spaltung kann auch durch Zusatz von Katalysatoren begünstigt werden.Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Bleicherde mit oder ohne Vorbehandlung,wie z.B. durch Säuren,Eisenverbindungen wie Ferrocen und/oder Eisenpentacarbonyl und andere, wobei die Eisenverbindungen vorzugsweise erst gegen Ende der thermischen Spaltung zugesetzt werden.Die genannten Katalysatoren können sich auch bei der späteren hydrierenden Spaltung als günstig erweisen.
Feste unerwünschte Anteile im Abfallgemisch oder solche die erst während der thermischen Behandlung gebildet werden,können vor derselben oder hinter derselben durch Filtration,Abzentrifugieren und andere Trennverfahren abgetrennt werden.Möglich ist auch das Vermahlen solcher fester Anteil,sodass eine Abtrennung nicht erforderlich ist. - Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
- Ein Gemisch aus 45 Gew.-% Polyethylen,30 Gew.-% Polypropylen und 25 Gew.-% Polystyrol wurde einer thermischen Behandlung bei 300°C während 5 Stunden unterworfen.Die Viskosität der Ausgangsmischung war bei 200°C nicht messbar,betrug jedoch nach der thermischen Behandlung 1200 mPas.Das Gemisch war mit einer üblichen Pumpe förderbar.Koksbildung war nicht feststellbar.
- Ein Gemisch aus 50 Gew.-% Polyethylen,30 Gew.-% Polypropylen,10 Gew.-% Polystyrol und 10 Gew.-% Polyurethan wurde einer thermischen Behandlung bei 300°C während 5 Stunden unterworfen.Das Gemisch verflüssigte sich,nur der Polyurethananteil blieb weitgehend als hochviskose zweite Phase erhalten.
Das gleiche Gemisch wurde mit Zusatz von 0,5 Gew.-% tert.-Butylhydroperoxid 2 Stunden bei 360°C thermisch behandelt.Danach ergab sich eine homogene Flüssigkeit ohne getrennte Polyurethanphase mit einer Viskosität von 1000 mPas bei 200°C,die problemlos pumpbar war. Durch die hohe Temperatur bei der zweiten Behandlung trat eine merkliche Koksbildung auf.
Die zweite Behandlung wurde wiederholt bei 280°C und einer Verweilzeit von 5 Stunden.Es wurde eine homogene Flüssigkeit erhalten mit einer Viskosität von 1200 mPas bei 200°C. Es trat keine Koksbildung auf. - Ein Gemisch aus 40 Gew.-% Polyethylen,30 Gew.-% Polypropylen,10 Gew.-% Polystyrol,10 Gew.-% Polyurethan und 10. Gew.-Polyvinylchlorid wurde bei 260°C während 8 Stunden thermisch behandelt.
Die Viskosität lag nach der Behand ung bei 1300 mPas bei 200°C.Im Gemisch wurde eine kleine Menge an Koksteilchen gefunden.Durch Rühren während der thermischen Behandlung konnte die Korngrösse des Kokses auf kleiner 10 µ herabgesetzt werden.
Die thermische Behandlung erfolgte bei Normaldruck. Während der thermischen Behandlung wurde Chlor als HCl freigesetzt.Der Restgehalt an gelöstem Chlor betrug nach der Behandlung 300 ppm.
Der gleiche Versuch wurde unter Anwendung eines Vakuums von 50 mbar wiederholt.Der Restgehalt an Chlor betrug nunmehr 20 ppm.Koksbildung konnte nicht mehr festgestellt werden.
Auch durch Zugabe von 10 Gew.-% Vakuumgasöl konnte die bei Versuch 3 gebildete Koksmenge durch Herabsetzen der Behandlungstemperatur auf 230°C deutlich vermindert werden. - Beispiel 3 wurde wiederholt,jedoch wurde unter Rühren bei 50 mbar gleichzeitig Stickstoff durch das Gemisch geleitet.Der Restgehalt an Chlor betrug nach der Behandlung 2 ppm.Der gebildete Koks blieb aufgrund seiner geringen Korngrösse kleiner 10 µ in der Schwebe. Die Pumpfähigkeit des Gemischs wurde durch den Koksgehalt nicht wesentlich beeinträchtigt.
Die erhaltene Mischung ist aufgrund ihres geringen Restgehalts an HCl in üblichen Hochdruckapparaturen verarbeitbar,sodass keine chlorfesten,teuren Stähle eingesetzt werden müssen. - Eine Kunststoffmischung aus Hausmüll wurde 7 Stunden bei 270°C behandelt.Während der Behandlung wurde bei Normaldruck Stickstoff durch das Gemisch geleitet. Das behandelte Produkt besass eine Viskosität von 1400 mPas bei 200°C und einen Restgehalt an Chlor von 30 ppm. Das Gemisch enthielt Kokspartikel.
Der Versuch wurde wiederholt,jedoch 15 Gew.-% Rohölrückstand und 0,5 Gew.-% Stearylamin zugesetzt. Die gebildete Koksmenge war deutlich geringer.
Claims (15)
- Verfahren zur thermischen Behandlung synthetischer, organischer Abfälle,dadurch gekennzeichnet,dass die Abfälle einer Temperatur von 220-350°C und einem Druck von 10 mbar bis 1 bar bei einer Verweilzeit von 0,5 bis 24 Stunden unterworfen werden.
- Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass die bei der thermischen Behandlung entstehenden Gase durch Anlegen von Vakuum und/oder Einleiten von Inertgas aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,dass bei einer Temperatur von 270-340°C gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-3,dadurch gekennzeichnet, dass in Gegenwart von Additiven und/oder Anmaischölen gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-4,dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druck von 10 mbar bis kleiner 1 bar gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-5,dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur von 250 bis kleiner 350°C gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-6,dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur von 230-300°C gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-7,dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verweilzeit von 0,5-5 Stunden gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-8,dadurch gekennzeichnet,dass als Additive wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe:Phenole,Schwefelverbindungen, Alkohole,Amine und Wasser zugesetzt werden.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-9,dadurch gekennzeichnet,dass als Alkohole C₁-C₄-Alkohole eingesetzt werden.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-10,dadurch gekennzeichnet, dass Radikalbildner zugesetzt werden, bevorzugt solche mit relativ hoher Zersetzungstemperatur.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-11,dadurch gekennzeichnet, dass tert-Butylhydroperoxid eingesetzt wird
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-12,dadurch gekennzeichnet,dass Anreiböl in einer Menge bis 50 Gew.-% bezogen auf das Abfallgemisch,bevorzugt bis zu 20 Gew.-% zugesetzt wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-13,dadurch gekennzeichnet,dass ohne Anreiböl gearbeitet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1-14,dadurch gekennzeichnet,dass während der thermischen Behandlung gerührt oder auf andere Weise gemischt wird.
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