WO2022248698A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von altöl - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the processing of waste oil within the meaning of the Waste Oil Ordinance.
- oils that are generated as waste and consist entirely or partly of mineral oil, synthetic or biogenic oil.
- this includes liquid, oily residues such as contaminated diesel, heating oil or shipping oils.
- This waste oil is used as a feedstock in the process.
- the cleaning of the used oil can be done via pure
- Distillation can take place without changing the molecular structures.
- the invention can also be used in a temperature range in which so-called cracking takes place, i.e. long molecular chains are broken up into shorter ones.
- the invention relates to a method for cleaning waste oil, in which the starting material is heated to the gas phase and the resulting vapor is rectified, with cleaned oil being removed as condensate from a vent in a rectification column.
- the invention also relates to a device for cleaning used oil with a main reactor and a rectification column connected to it.
- DE 19820 635 A1 discloses a process for processing used oil, in which the used oil is subjected to a rough cleaning and subsequent drying, then thermally cracked at 400 to 500° C. and the cracked product is subjected to distillation. To lower the chlorine content alkaline compounds are added to the pre-cleaned waste oil.
- the starting material comes into contact with a hot gas via a heat exchanger.
- a heat exchanger For sufficient heating of the starting material, it is necessary to choose such a temperature difference that allows heating up to the target temperature.
- the inner tube of the heat exchanger tends to clog because combustion residues adhere to the inside.
- the outside is also exposed to heavy stress from the heating gas. This results in a not inconsiderable maintenance effort. This is not a problem in large stationary plants, since several reactors can be used, so that one or more are always available for operation, even if others have to undergo maintenance. In smaller and mobile systems the choice of such a redundancy is not possible, but at least disadvantageous.
- DE 102012 008 458 A1 discloses a reactor for gasifying starting material which is filled with a filler and a metal which can be brought into the liquid phase by external heating elements.
- the starting material is introduced into this liquid metal bath on the underside. It is intended to use solid starting material in granular form. This starting material will undergo depolymerization due to the temperature of the metal bath.
- the starting material thereby changes to the liquid phase and, due to the delayed penetration of the filler, into the vapor phase and is condensed in a condenser into an output material and collected in an accumulator.
- EP 0592 057 B1 describes a method in which solid starting material is also subjected to pyrolysis in a metal bath.
- WO 2014/106650 A2 describes a process for converting hydrocarbon-containing starting material into oil, also in a metal bath.
- a treatment of waste oil as a starting material with a metal bath is known from WO 2020/104472 A1, the content of which is included here.
- a disadvantage is seen in their disclosure, according to which the starting material was fed directly through the melt bath, that acidifiers and other uncontrollable side reactions occur, which lead to the product quality suffering. Carbon deposits also occur on the outer wall. This causes the carbon to form an insulating layer, which can burn through the heating sleeves. The object of the invention is then to avoid the disadvantages of the prior art.
- the method can combine known methods of the crude oil industry with a depolymerization method of hydrocarbon-containing raw materials designed according to the invention and so-called cold cracking technologies.
- Plastics are usually made from petroleum and - to put it simply - their hydrocarbons are linked together (polymerization) in such a way that solid materials are made from a formerly liquid substance. Depolymerization reverses this process. The chains are going through
- oils medium length
- waxes lightly longer chains, also liquid when heated
- gases very short chains
- the inventive method provides that the waste oil as Starting material used and an evaporation by at least indirect contacting of the starting material with a molten bath whose melting temperature is above the evaporation temperature but below the ignition temperature of the waste oil, and the vapor is rectified in the rectification column.
- the used oil is distilled in the process.
- the special energy input system in the main reactor ensures very controllable and rapid heating of the used oil.
- the process is carried out under vacuum.
- a procedural solution had to be created in which the products distilled off under vacuum are continuously transported into an atmospherically open environment.
- the starting material is supplied to the molten bath indirectly, in that it is passed through the molten bath without a direct connection and via a thermally conductive connection with the latter.
- This thermally conductive evaporation ensures an even transfer of energy into the waste oil, which prevents slagging on the heat exchanger surfaces and, at least as a result, significantly reduces the maintenance effort.
- the gas phase is separated into predefined and controlled fractions of high to low boilers in a special rectification process previously reserved for the heavy oil industry. This is how different distillate qualities are created. Fuels suitable for engines are discharged, unclean fractions can repeat the process until they are also completely separated into usable and waste components. The different oil fractions are further depending on the area of application refined or delivered to distributors or end customers in the form of finished products. In the waste discharge, 5 to 10 percent of the raw material accumulates as tar-like waste. This can be used for bitumen production in road construction or as a substitute fuel. No other waste is generated.
- the focus of the invention is the use of the rectification process in the small plant sector, combined with melt bath evaporation.
- the main reactor is designed as a melt bath evaporator, in that a reactor chamber is filled with a melt bath material whose melting temperature is above the evaporation temperature but below the ignition temperature of the waste oil, the reactor chamber is provided with a heating device and in the reactor there is an inlet for the Waste oil is arranged.
- the dividing wall is formed by a long spiral in which the input material is circulated at high speed and lies in the molten bath, with the molten bath being formed by a stainless steel tube which is filled with liquid metal and fitted with heating sleeves on the outside and which Melting pool absorbs the energy and absorbs it over the entire spiral distributed.
- the high convection energies for heat transfer that occur in molten baths are able to supply the stored energy to the fluid to be evaporated in milliseconds.
- the solution to the problem according to the invention is aimed at avoiding the interruption of operating times.
- the metal bath losses that occur in continuous operation are counteracted in molten bath reactors.
- baffle plates are placed one behind the other above the molten bath in the steam flow direction, each of these baffle plates having a lateral opening and these openings being offset in such a way that they do not lie one above the other in the steam flow direction, but cover one another.
- the baffle plates can be arranged in the reactor space of the main reactor.
- a metal bath return can also be provided.
- the metal bath return is a component that was specially built for this application in order to collect the smallest amounts of liquid metal in the reactor space above the metal bath surface and to feed it back into the reactor zone. Despite the steel balls, small amounts can still occur, which get caught in the metal bath return and returned to the reactor are returned.
- the component ensures that gas can flow through but liquid metal is trapped and flows back into the actual metal bath.
- thermal energy is introduced into the waste oil through thermal conduction, whereby the excellent properties of the molten bath, which equalize the temperature differences, are used to cause evaporation without slagging or similar phenomena occurring at the thermally conductive connection, as is the case, for example, with the known tube furnaces is the case.
- a heat exchanger can be introduced into the reactor space of the main reactor, which has an inlet and an outlet, the inlet forming the inlet for the waste oil and the outlet of which opens into the inlet of the rectification column.
- a heat exchanger of this type achieves a highly efficient and uniform input of energy into the used oil, without there being any losses in the melt pool as a result of gas bubbles bursting in the melt pool.
- the heat exchanger can be designed as a tube whose one side is the entrance and the other side is the exit. This tube can be spirally wound.
- the molten bath in particular a metal bath, surrounds the heat exchanger.
- the molten pool causes the uniform input of energy, because newly fed in waste oil must first be heated.
- the large thermal capacity of the melt pool allows the waste oil to be heated quickly without the temperature of the melt pool falling significantly or slagging when the energy is input.
- the invention is based on a first
- FIG. 1 is a representation of the prior art
- Fig. 2 is a schematic overview of a
- FIG. 3 shows a design of a main reactor for a once-through principle
- FIG. 4 shows a design of a main reactor for a countercurrent principle
- FIG. 6 shows the main reactor according to FIG. 4 with a bubble distribution of the depolymerization material
- Fig. 7 shows the main reactor in the countercurrent principle with a bubble distribution of the depolymerization material
- FIG. 8 shows the main reactor in the countercurrent principle with filling elements and bubble distribution of the depolymerization material
- FIG. 11 shows an arrangement of the metal bath return on the main reactor
- FIG. 12 shows the arrangement of the metal bath return according to FIG
- FIG. 16 shows a front view of a device according to the invention according to the second exemplary embodiment
- Fig. 17 is a sectional view corresponding to section line B - B in Fig. 16, Fig. 18 shows a cross-sectional representation according to the line A - A in Fig. 17,
- FIG. 19 shows a plan view of the arrangement according to the invention of the second exemplary embodiment
- FIG. 20 shows a tank management system
- the crude oil is heated to over 360° C. in the tube furnace TI, so that the components largely evaporate.
- the distillates T4 to T9 of the individual fractions collect in the bubble trays T3.
- the tube T10 in which the used oil is conducted, comes into direct contact with the heating gas generated by the combustion chamber TU.
- the heating gas is not evenly distributed in the tube furnace TI, so that the tube T10 partially overheats.
- the thermal capacity of the heating gas is also low, so that high temperature differences have to be used, ie the heating gas is heated up considerably, which in turn can lead to overheating of the tube T10.
- waste oil is provided in an external input tank 1 according to FIG. 2 for the purpose of cleaning by the device according to the invention shown. From this input tank 1, this waste oil is using a template pump 2 in an internal Reservoir 3 and pumped from there into the main reactor 5. The amount of waste oil fed in is controlled via the temperature in the rectification column 6 as a controlled variable.
- the used oil mixes with the distillate and bottom returns described below to form a depolymerization material 4, which is fed to the main reactor 5 and abruptly evaporated there by means of so-called flash evaporation.
- the main reactor in the second embodiment does not perform flash evaporation but conduction heat evaporation. In both exemplary embodiments, however, steam is produced which is fed to a rectification column 6 .
- the vapor condenses in different stages, i.e. at different temperatures. Deductions 7 to 10 are provided at these levels. While the condensate at the first side draw 7 and the second side draw 8, cooled via heat exchanger 11, is fed back to receiver 3, the product, i.e. a cleaned oil, is removed from the third side draw 9 and top draw 10 and also cooled via heat exchanger 11 , a product tank 12 is supplied. From here it is then conveyed into an output tank 14 by means of a product pump 13 .
- Condensate which is not derived from the deductions 7 to 10, and components of the Depolymerisationsgutes 4, the are not evaporated and float in the metal bath of the main reactor 5 are fed back to the main reactor 5 via a circulation line 31 by means of a circulation pump 32 for renewed evaporation as depolymerization material 4 .
- the condensate that can no longer be distilled collects as a sump at the bottom of the rectification column. From there, the sump is fed to the disposal container 15 via a sump return 16 . From there, the content of the
- the main reactor 5 can be designed on the once-through principle.
- the entrance 17 for the is located at the lower end
- a metal bath 19 which consists of a metal which has a melting point above the vaporization temperature of the
- Depolymerisationsgutes 4 has.
- the metal is kept in the liquid phase by heating collars 20 . Since the Depolymerisationsgut 4 by the temperature of the metal bath
- Evaporation temperature must be, is immediately evaporated as soon as it enters the metal bath 19, this is referred to as a flash evaporation.
- Fig. 3 represents the flow principle, in which the Deploymerizationsgut 4 arranged directly on the underside of the main reactor 5 inlet 17 directly Underside of the metal bath 19 is fed and evaporated there immediately.
- FIG. 4 represents the counterflow principle, in which the inlet 17 has a counterflow tube 21 .
- the depolymerization material 4 is passed through the metal bath 19 through this counterflow tube 21 .
- the depolymerization material 4 already heats up almost to the vaporization temperature, so that the flash vaporization proceeds even faster when it exits from the inlet 17 .
- FIG. 7 parts of the depolymerization material 4 are not vaporized by the temperature of the metal bath 19.
- FIG. The non-evaporated part 22 is mostly higher-chain compounds, which largely come from the contamination of the used oil in the input tank. As can be seen from FIG. 7, this part 22 floats on the metal bath 19 and flows into the bottom container 15 at the connecting edge between the main reactor 3 and the rectification column.
- a metal bath return line 24 is arranged above the metal bath 19.
- This metal bath return 24 can, for example, be in the reactor space of the main reactor 5 or in the rectification column 6 to be ordered.
- This metal bath return has baffle plates 26 lying in the steam flow direction 25, as shown in FIGS.
- Each of these baffle plates 26 has a lateral opening 27, these openings being offset in such a way that they do not lie one above the other in the steam flow direction, but cover one another.
- the baffle plates 26 can be braced in the metal bath return 24 by means of a nut 28 which is screwed onto a tie rod 29 .
- FIG. 12 shows the principle of the outflow of the non-evaporated part as shown in FIG. 7, but with the metal bath return flow.
- the unevaporated part 22 also floats on the metal bath 19, but fills the metal bath return flow 24 up to its upper edge. Since the unevaporated part 22 is always growing, the excess flows over the upper edge of the metal bath return 24 into the sump tank 15.
- baffle plates 26 than in the non-evaporated part 22. The metal tips of the metal bath 19 therefore reach the baffle plates 26 within the non-evaporated part 22 and flow from there through the non-evaporated part 22 back into the metal bath 19.
- a further measure to prevent the material being discharged from the metal bath can consist in introducing packing 27 into the main reactor 5 .
- These fillers can be made of a metal with a higher melting temperature than the metal bath 19 or other--possibly inert--materials, such as ceramics.
- Such a filling with filler bodies 30 is possible both with the continuous flow principle according to FIG. 3, shown in FIGS. 5 and 6, and with the counterflow principle according to FIG. 4, shown in FIGS. 7 and 8.
- a combination of the packing 30 with a metal bath return 24, as shown in FIGS. 11 to 13, is also possible.
- the effect can be seen in the fact that the vapor bubbles 23 that emerge from the inlet are still quite large and are broken up into smaller bubbles by the packing 30. Vapor bubbles 23 reduced in size in this way only have less energy to emit metal spatter when they burst on the surface of the metal bath 19 .
- tin is used as the metal for the metal bath 19 for the purpose of evaporating waste oil, since its melting point of 300° C. optimally matches the vaporization temperature of the waste oil.
- the use of other melting materials is also possible. The only decisive factor is that the melting temperature of the melting material used is equal to or higher than the vaporization temperature of the depolymerization material. However, the melting temperature selected must not be so high that the depolymerization material is not even partially burned.
- the material to be depolymerized is heated directly, i.e. without a molten bath, e.g. by an input of thermal energy from outside through the wall of the main reactor, the temperature gradient will inevitably lead to overheating of the material to be depolymerized on the wall and thus to the deposit of combustion residues, which will soon require complex cleaning of the main reactor become necessary.
- melt pool solution This also reveals other areas of application for the melt pool solution. This makes it possible, for example, to process contaminated solvents or cleaning agents or fuels. Then, in particular, a design of the device will be chosen that works under vacuum. However, it is also possible to feed granulated plastics to a molten bath, preferably made of metal. The vapors emitted as a result of heating can then be rectified into valuable raw materials. But other heat carriers, such as saturated salt solutions, melting plastics, and even liquid gases, in addition to the metals already described above, can be used as melt bath materials for various fields of application.
- the second exemplary embodiment as illustrated in FIGS. 14 to 19, is also aimed at preventing a melt pool loss and avoiding combustion residues.
- FIG. 14 shows a main reactor 5 which has a reactor vessel 34 .
- Heating jackets 20 are arranged on the outside of the reactor vessel.
- the heaters can also be designed differently, for example alternatively as induction heaters.
- the metal bath 19 is located inside the reactor vessel 34.
- a heat exchanger or heating register 35 is completely immersed in this bath.
- the metal bath 19 flows around the heating register when it has liquefied.
- At the top is the reactor vessel 34 with a
- Flange 36 is provided, by means of which the reactor vessel 34 can be connected to the main reactor 5.
- a drain hole 37 is provided in this flange 36, through which non-condensable liquid can be drained directly into the sump.
- the heating register consists of a spirally bent tube with a first end 38 and a second end 39.
- the cold waste oil is introduced into the first end 38 and guided to the heating register 35 at its end facing the flange 36.
- the used oil which has been heated to the vapor phase, enters the rectification column 6 connected to it at the second end 39.
- the distillation already described takes place there.
- the pipe jacket of the pipe of the heating register 35 thus forms the partition between the used oil and the metal bath 19.
- the dividing wall consists of the pipe shell of a 15 meter long spiral pipe in which the input material is circulated at high speed and lies in the melt pool. (0.1mmx10mm).
- the weld pool is a 1000mm x 80mm long stainless steel tube filled with liquid metal.
- the heating sleeves on the outside fire this tube with a maximum of 650°C.
- the weld pool absorbs the energy and distributes it over the entire spiral.
- the heat transfer is very good and the space requirement is minimal.
- the device according to the invention is arranged in a frame 40 as a transportable mobile device. It contains the storage container 3, the product tank 12 and the disposal container 15. There are four to increase the production capacity
- Main reactors 5.1 to 5.4 and of the type according to FIG. 14 are provided, the second ends of which each open into the rectification column 6, which is arranged centrally.
- a controller 41 is provided for the proper operation of the system.
- TMS tank management system
- Each rectification column outlet has a product lock.
- the two tanks (top 44 and bottom 45) are under vacuum. They are connected to a central vacuum system 46 .
- the lower tank 45 is emptied (about 10 seconds). Then the ventilation valve 48 closes again, the vacuum valve 47 to the buffer tank (upper tank 44) is opened and the lower one
- Tank 45 is again placed under vacuum. Due to the small filling volume of the tanks 44 and 45, the pressure fluctuations that cannot be ruled out are negligible.
- the control is fully automatic via a PLC
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Abstract
Der Erfindung, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Altöl betrifft, bei dem Ausgangsmaterial bis zur Gasphase erwärmt und der dabei entstehende Dampf rektifiziert wird, wobei gereinigtes Öl als Kondensat aus einem Abzug in einer Rektifikationskolonne entnommen wird, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Altöl anzugeben, welches auch in Kleinstanlagen eine effiziente Arbeit ermöglicht, so dass eine kompakte Anlagenkonfiguration und damit insbesondere ein mobiler Einsatz durch einen Containeraufbau ermöglicht wird. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Wartung zu verringern. Die erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, dass Altöl einer Verdampfung durch eine zumindest mittelbare Kontaktierung des Ausgangsmaterials mit einem Schmelzbad, dessen Schmelztemperatur über der Verdampfungstemperatur jedoch unter der Zündtemperatur des Altöls liegt, unterzogen wird und der Dampf in der Rektifikationskolonne rektifiziert wird.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Altöl
Die Erfindung bezieht sich auf die Verarbeitung von Altöl im Sinne der Altölverordnung. Dies sind Öle, die als Abfall anfallen und die ganz oder teilweise aus Mineralöl, synthetischem oder biogenem Öl bestehen. Dies schließt insbesondere flüssige ölhaltigen Reststoffe wie verschmutzter Diesel, Heizöl oder Schifffahrtsölen ein. Dieses Altöl wird als Ausgangsmaterial in dem Verfahren eingesetzt. Die Reinigung des Altöls kann über reine
Destillation erfolgen, ohne dass die Molekülstrukturen verändert werden. Die Erfindung kann aber auch in einem Temperaturbereich eingesetzt werden, in dem ein sogenanntes Cracken erfolgt, d.h. eine Zerschlagung langer Molekülketten in kürzere.
Dabei betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Altöl, bei dem Ausgangsmaterial bis zur Gasphase erwärmt und der dabei entstehende Dampf rektifiziert wird, wobei gereinigtes Öl als Kondensat aus einem Abzug in einer Rektifikationskolonne entnommen wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Reinigung von Altöl mit einem Hauptreaktor und einer daran angeschlossenen Rektifikationskolonne.
Aus der DE 19820 635 Al ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Altöl bekannt, bei dem das Altöl einer Grobreinigung und einer anschließenden Trocknung unterzogen, anschließend bei 400 bis 500°C thermisch gecrackt und das Crackprodukt einer Destillation unterzogen wird. Zur Senkung des Clorgehalts
werden dem vorgereinigten Altöl alkalische Verbindungen zugesetzt.
Vorgang des Crackens und der anschließenden Destillation ist aus der Schwer- oder Rohölindustrie bekannt und beispielsweise in www.seilnacht.com/versuche/erdoeld.gif beschrieben und noch einmal in Fig. 1 dargestellt. Dabei wird das Rohöl in einem Röhrenofen auf über 360°C erhitzt, so dass die Bestandteile weitgehend verdampfen. Diese gelangen in einen Destillationsturm, der aus zahlreichen Glockenböden aufgebaut ist. In den Glockenböden sammeln sich die Destillate der einzelnen Fraktionen. Nach oben nehmen die Temperaturen der Glockenböden ab. Der aufsteigende Dampf kondensiert dann in jedem Glockenboden, dessen Temperatur unter der Siedetemperatur eines Bestandteils liegt, diesen Bestandteil liegt, aus. Somit kann eine Separierung der einzelnen Bestandteile vorgenommen werden.
In dem Röhrenofen kommt das Ausgangsmaterial über einen Wärmetauscher mit einem heißen Gas in Kontakt. Zur ausreichenden Erwärmung des Ausgangsmaterials ist es erforderlich, eine solche Temperaturdifferenz zu wählen, die Erwärmung bis zur Zieltemperatur ermöglicht. Das führt dazu, dass das Innenrohr des Wärmetauschers zur Verstopfung neigt, da an der Innenseite Verbrennungsrückstände anhaften. Auch die Außenseite ist einer starken Beanspruchung durch das Heizgas ausgesetzt. Hierdurch entsteht ein nicht unerheblicher Wartungsaufwand. In stationären Großanlagen stellt dies kein Problem dar, da mehrere Reaktoren eingesetzt werden können, so dass stets einer oder mehrere zum Betrieb bereitstehen, auch wenn andere einer Wartung unterzogen werden müssen. In kleineren und mobilen Anlagen
ist die Wahl einer solchen Redundanz nicht möglich, zumindest jedoch nachteilig.
In der DE 102012 008 458 Al ist ein Reaktor zum Vergasen von Ausgangsmaterial bekannt, der mit einem Füllstoff und einem Metall gefüllt ist, welches durch äußere Heizelemente in die Flüssigphase gebracht werden kann. In dieses flüssige Metallbad wird an der Unterseite das Ausgangsmaterial eingebracht. Dabei ist vorgesehen, festes Ausgangsmaterial in Granulatform einzusetzen. Dieses Ausgangsmaterial wird durch die Temperatur des Metallbades eine Depolymerisation erfahren. Dabei geht das Ausgangsmaterial in die Flüssigphase und infolge des verzögerten Durchdringens des Füllstoffes in die Dampfphase über und wird in einem Kondensator zu einem Ausgabematerial kondensiert und in einem Sammler aufgefangen.
In dem EP 0592 057 Bl wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ebenfalls festes Ausgangsmaterial einer Pyrolyse in einem Metallbad unterzogen wird.
Die WO 2014/106650 A2 beschreibt ein Verfahren zur Verölung von kohlenwasserstoffhaltigem Ausgangsmaterial ebenfalls in einem Metallbad.
Eine Behandlung von Altöl als Ausgangsmaterial mit einem Metallbad ist aus der WO 2020/104472 Al bekannt, deren Inhalt hier mit einbezogen wird. Nachteilig ist in deren Offenbarung, wonach das Ausgangsmaterial direkt in durch das Schmelzbad geführt wurde, zu sehen, dass es zu Säurebildnern und anderen nicht kontrollierbaren Nebenreaktionen kommt, die dazu führen, dass die Produktqualität leidet.
Weiterhin kommt es zu Kohlenstoffablagerungen an der Außenwand. Dies führt dazu, dass der Kohlenstoff eine Isolationsschicht bildet und dadurch die Heizmanschetten durchbrennen können. Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen Ausführungsformen dar. Bei der Wahl des Schmelzbades wurde mit klassischem hochreinen Zinn gestartet. Im Prozess stellte sich heraus, dass dieses Zinn nach einer Dauer von ca. 3 Monaten eine kristalline Struktur ausbildete und der Wärmeübertrag signifikant abnahm. Weitere Untersuchungen zeigten, dass ein minimaler Anteil von Eisen, der im Zinn enthalten ist sich über einen längeren Zeitraum löst und dadurch zu nadeligen Ausbildungen führt.
Eine Verbesserung zeigte der Einsatz einer Legierung Namens Rosemetall mit 55% Bismut, 25% Blei und dem Rest Zinn, welche bereits bei 120°C flüssig wird.
Damit können oxidativen Erscheinungen, und ein Abbau des Wärmeträgers etc. vermieden werden.
Allerdings sind die Eigenschaften des Bismuts (Bi) nicht unproblematisch. Dieses weist eine Anomalie, ähnlich wie bei Wasser auf, nämlich, dass sich diese Legierungskonstellation beim Erkalten ausdehnt.
Im Ergebnis führt diese Ausdehnung dazu, dass die Kräfte ausreichen, dass die Spiralen (es sind immer Zwei in jeder Anlage) zusammengedrückt werden. Auch das Außenrohr kann auseinander gedrückt werden. Es hat sich gezeigt, dass eine Senkung des Anteils von Bi auf unter 50% dieses Problem löst. Diese führt dazu, dass die Anomalie minimiert wird.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden verschmutzte ölhaltige Reststoffe automatisch gereinigt, kondensiert und somit innerhalb weniger Minuten wieder in nutzbaren
Kraftstoff verwandelt. Dabei kann das Verfahren bekannte Verfahren der Rohölindustrie mit einem erfindungsgemäß gestalteten Depolymerisationsverfahren von kohlenwasserstoffhaltigen Rohstoffen und sogenannten Cold- Cracking-Technologien kombinieren.
Kunststoffe werden meist aus Erdöl hergestellt und dabei - vereinfacht gesagt - deren Kohlenwasserstoffe so miteinander verkettet (Polymerisation), dass aus einem ehemals flüssigen Stoff feste Materialien werden. Die Depolymerisation kehrt diesen Prozess um. Die Ketten werden durch
Temperatureinfluss wieder gelöst und es entstehen Produkte verkürzter Kettenlängen wie z.B. wieder Öle (mittellang), aber auch Wachse (etwas längere Ketten, bei Erwärmung auch flüssig), und Gase (sehr kurze Ketten), die allesamt gut zur energetischen Nutzung geeignet sind, im Falle der Öle zudem hervorragend Speicher- und transportierbar. Auch diese können als Ausgangsstoff des erfindungsgemäßen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Altöl als
Ausgangsmaterial eingesetzt und einer Verdampfung durch eine zumindest mittelbare Kontaktierung des Ausgangsmaterials mit einem Schmelzbad, dessen Schmelztemperatur über der Verdampfungstemperatur jedoch unter der Zündtemperatur des Altöls liegt, unterzogen wird und der Dampf in der Rektifikationskolonne rektifiziert wird.
Das Altöl wird in dem Verfahren destilliert. Dabei sorgt das spezielle Energieeintragssystem im Hauptreaktor für eine sehr kontrollierbare und schnelle Erhitzung des Altöls.
Das Verfahren wird unter Vakuum durchgeführt. Dazu musste eine verfahrenstechnische Lösung geschaffen werden, bei der die unter Vakuum abdestillierten Produkte kontinuierlich in eine atmosphärisch offene Umgebung transportiert werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Ausgangsmaterial dem Schmelzbad mittelbar zugeführt wird, indem es ohne eine unmittelbare Verbindung und über eine wärmeleitende Verbindung mit dem Schmelzbad durch dieses geleitet wird. Durch diese Wärmeleitverdampfung sorgt für einen gleichmäßigen Energietrag in das Altöl, was ein Verschlacken der Wärmetauscherflächen vermeidet und zumindest dadurch den Wartungsaufwand erheblich reduziert.
In jeder Gestaltung wird die Gasphase in einem bisher der Schwerölindustrie vorbehaltenen Spezialrektifikations verfahren in vordefinierte und kontrollierte Fraktionen von Schwer- bis Leichtsiedern getrennt. So entstehen verschiedene Destillatqualitäten. Motortaugliche Kraftstoffe werden ausgeschleust, unsaubere Fraktionen können den Prozess wiederholen, bis auch sie vollständig in nutzbare und Abfallbestandteile aufgetrennt sind. Die verschiedenen Ölfraktionen werden je nach Anwendungsbereich weiter
verfeinert oder in Form von fertigen Produkten an Distributoren oder Endkunden ausgeliefert. Im Abfallaustrag fallen 5 bis 10 Prozent des Rohstoffes als teerartiger Abfall an. Dieser kann zur Bitumenproduktion im Straßenbau oder als Ersatzbrennstoff eingesetzt werden. Weitere Abfälle entstehen nicht. Der Einsatz des Rektifikationsverfahrens im Kleinanlagenbereich, kombiniert mit einer Schmelzbadverdampfung ist der Schwerpunkt der Erfindung.
Weiterhin ist es möglich, dass ein Onboard-Generator die Vorrichtung mit Energie aus selbst produziertem Kraftstoff oder aus einem Restgas versorgt. Eine solche Vorrichtung arbeitet dann energieautark. Auf diese Weise wird aktuell ein Gesamtwirkungsgrad von ca. 75% Prozent erreicht. Jede Einheit verarbeitet bis zu 1.000 Liter Rohstoff täglich - dies kann jedoch modular auf eine unbegrenzt große Rohstoffmenge ausgeweitet werden.
Vorrichtungsseitig ist vorgesehen, dass der Hauptreaktor als Schmelzbadverdampfer ausgebildet ist, indem ein Reaktorraum mit einem Schmelzbadmaterial, dessen Schmelztemperatur über der Verdampfungstemperatur jedoch unter der Zündtemperatur des Altöls liegt, gefüllt ist, der Reaktorraum mit einer Heizeinrichtung versehen ist und in dem Reaktor ein Eintritt für das Altöl angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trennwand durch eine lange Spirale gebildet wird, in der das Inputmaterial mit hoher Geschwindigkeit zirkuliert wird und im Schmelzbad liegt, wobei das Schmelzbad durch ein Edelstahlrohr gebildet wird, welches mit Flüssigmetall gefüllt und mit außen anliegenden Heizmanschetten versehen sind und das Schmelzbad nimmt die Energie aufnimmt und diese über die gesamte
Spirale verteilt.
Der Wärmeübertrag ist sehr gut und man hat den Vorteil, dass für diese Anwendung nur minimale Platzbedarfe benötigt wird. Vergleichbar mit einer Thermalölheizung, bei den Druckausgleichsgefäßen, Leitungsplatz und aufwendige
Steuerung (Ventile etc.) erforderlich sind, wird hier nur die angesprochene Platzkonstellation benötigt.
Die bei Schmelzbädern auftretenden hohen Konvektionsenergien zur Wärmeübertragung, sind in der Lage, die gespeicherte Energie in Millisekunden dem zu verdampfenden Fluid zuzuführen .
Bei der Nutzung von Schmelzbädern als Wärmeträger kann es jedoch zu unkontrollierten Explosionen kommen, welche zur Folge haben, dass mit einem Verlust des Wärmeträgers zu rechnen ist.
Bei diesem Verfahrensschritt entstehen sehr große Gasblasen, welche an der Oberfläche sich entspannen/zerplatzen. Dadurch wird ein Teil des Metallbades mitgerissen und sammelt sich im Reaktorsumpf oder setzt Leitungen zu o.ä. Nimmt man diesen Effekt als gegeben hin, hat das zur Folge, dass nach definierten Betriebszeiten der Prozess unterbrochen werden und das Metallbad aufwendig um seine Ursprungsmenge ergänzt werden muss.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe zielt auf die Vermeidung der Unterbrechung der Betriebszeiten ab. Hierzu wird bei Schmelzbadreaktoren den im kontinuierlichen Betrieb auftretenden Metallbadverlusten, entgegengewirkt.
Hierzu kann vorgesehen werden, die bei der
Konvektionsreaktion entstehenden großen Gasblasen zu verkleinern, um bei der Entspannung dieser Gasblasen, das Mitreißen von Metallbad zu minimieren. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Reaktorzone mit Füllmaterialen wie Stahlkugeln zu füllen, damit sich die Gasblasen bei der Durchdringung der Reaktorzone dann zeiteilen und in kleinen Bläschen an der Oberfläche des Metallbades ankommen. Mit Hilfe dieser Füllmaterialien hat man zwei wesentliche Vorteile geschaffen. Zum einen wird das Mitreißen des Metallbades auf ein Minimum reduziert und zum anderen entsteht im Prozess eine bessere Verdampfungsrate, da das Gas sich besser verteilen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgesehen, mittels Prallplatten einen Metallbadrücklauf zu gewährleisten, wodurch Metallbadspritzer direkt in das Metallbad zurückgeführt werden. Hierzu sind oberhalb des Schmelzbades in DampfStromrichtung hintereinanderliegende Prallplatten eingebracht, wobei jede dieser Prallplatten eine seitliche Öffnung aufweist und diese Öffnungen so versetzt sind, dass sie in DampfStromrichtung nicht Übereinanderliegen, sondern sich gegenseitig abdecken.
Die Prallplatten können in dem Reaktorraum des Hauptreaktors angeordnet sein.
Es kann auch ein Metallbadrücklauf vorgesehen werden. Der Metallbadrücklauf ist ein Bauteil, welches speziell für diese Anwendung gebaut wurde, um Kleinstmengen an flüssigem Metall im Reaktorraum, oberhalb der Metallbadoberfläche, aufzufangen und wieder der Reaktorzone zuzuführen. Trotz der Stahlkugeln können immer noch Kleinstmengen anfallen, welche sich im Metallbadrücklauf verfangen und wieder in den
Reaktor zurückgeführt werden. Das Bauteil sorgt dafür, dass Gas durchströmen kann aber flüssiges Metall sich verfängt und wieder in das eigentliche Metallbad zurückfließt.
Zur Vermeidung von Schmelzbadverlusten kann aber auch eine andere Lösung gewählt werden. Diese sieht vor, dass in dem Reaktorraum eine mittelbare wärmeleitende Verbindung zwischen dem Altöl und dem Schmelzbad vorgesehen ist, indem eine Trennwand zwischen dem Altöl und dem Schmelzbad vorgesehen ist, durch die das Altöl von dem Schmelzbad getrennt ist.
Durch die wärmeleitende Verbindung wird in das Altöl ein Wärmeenergieeintrag durch Wärmeleitung realisiert, wobei die die Temperaturdifferenzen ausgleichenden ausgezeichneten Eigenschaften des Schmelzbades genutzt werden, um eine Verdampfung zu bewirken, ohne dass es an der wärmeleitenden Verbindung zu Verschlackungen oder ähnlichen Erscheinungen kommt, wie dies beispielsweise bei den bekannten Röhrenöfen der Fall ist.
Zur Realisierung kann in den Reaktorraum des Hauptreaktors ein Wärmetauscher eingebracht sein, der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang den Eintritt für das Altöl bildet und dessen Ausgang in den Eingang der Rektifikationskolonne mündet.
Durch einen solchen Wärmetauscher wird ein hocheffizienter und gleichmäßiger Energieeintrag in das Altöl realisiert, ohne dass es zu Schmelzbadverlusten infolge platzender Gasblasen im Schmelzbad kommen kann.
Der Wärmetauscher kann als Rohr ausgebildet sein, dessen
eine Seite den Eingang und dessen andere Seite den Ausgang bildet. Dieses Rohr kann spiralförmig gewickelt sein.
Das Schmelzbad, insbesondere ein Metallbad, umgibt den Wärmetauscher. Das Schmelzbad bewirkt den gleichmäßigen Energieeintrag, denn neu eingespeistes Altöl muss zunächst erwärmt werden. Die große Wärmekapazität des Schmelzbades erlaubt eine schnelle Erwärmung des Altöls, ohne dass es zu einem nennenswerten Absenken der Temperatur des Schmelzbades oder zu einer Verschlackung beim Energieeintrag kommen kann. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines ersten
Ausführungsbeispieles (Fig. 2 bis 13) und eines zweiten Ausführungsbeispieles (Fig. 14 bis 17) näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Darstellung des Standes der Technik, Fig. 2 eine schematische Gesamtübersicht über eine
Vorrichtung zur Reinigung von Altöl gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine Gestaltung eines Hauptreaktors für ein Durchlaufprinzip, Fig. 4 eine Gestaltung eines Hauptreaktors für ein Gegenstromprinzip,
Fig. 5 den Hauptreaktor im Durchlaufprinzip mit Füllelementen,
Fig. 6 den Hauptreaktor nach Fig. 4 mit einer Blasenverteilung des Depolymerisationsgutes,
Fig. 7 den Hauptreaktor im Gegenstromprinzip mit einer
Blasenverteilung des Depolymerisationsgutes,
Fig. 8 den Hauptreaktor im Gegenstromprinzip mit Füllelementen und Blasenverteilung des Depolymerisationsgutes, Fig. 9 eine Prinzipdarstellung eines Metallbadrücklaufs in Draufsicht,
Fig. 10 den Metallbadrücklauf im Querschnitt,
Fig. 11 eine Anordnung des Metallbadrücklaufs am Hauptreaktor Fig. 12 die Anordnung des Metallbadrücklaufs nach Fig. 10 mit einer Metallbadfüllung und unverdampftem Teil und
Fig. 13 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung im Querschnitt Fig. 14 einen Hauptreaktor nach dem Wärmeleit- Verdampfungsprinzip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 15 eine schematische Gesamtübersicht über eine Vorrichtung zur Reinigung von Altöl gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 16 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeispieles
Fig. 17 eine Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie B - B in Fig. 16,
Fig. 18 eine Querschnittsdarstellung entsprechend der Linie A - A in Fig. 17,
Fig. 19 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung des zweiten Ausführungsbeispieles, Fig. 20 eine Darstellung eines Tankmanagementsystems
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird nach dem Stand der Technik im Röhrenofen TI wird das Rohöl auf über 360 °C erhitzt, so dass die Bestandteile weitgehend verdampfen. Diese gelangen in den Destillationsturm T2, der aus zahlreichen Glockenböden T3 aufgebaut ist. In den Glockenböden T3 sammeln sich die Destillate T4 bis T9 der einzelnen Fraktionen. Wie ersichtlich, kommt das Rohr T10, in dem das Altöl geführt wird, in direkten Kontakt mit dem von dem Brennkammer TU erzeugten Heizgas. Das Heizgas verteilt sich temperaturseitig nicht gleichmäßig in dem Röhrenofen TI, so dass es zu teilweisen Überhitzungen des Rohres T10 kommt. Auch ist die Wärmekapazität des Heizgases gering, so dass mit hohen Temperaturdifferenzen gearbeitet werden muss, d.h. das Heizgas stark aufgeheizt wird, was wiederum zu einer Überhitzung des Rohres T10 führen kann. Hierdurch können Verschlackungen im Inneren des Rohres T10 nicht vermieden werden, die im Rahmen von regelmäßigen Wartungen zu entfernen sind. Derartige Wartungen verbieten jedoch den mobilen Einsatz derartiger Vorrichtungen. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird gemäß Fig. 2 Altöl zum Zwecke der Reinigung durch die dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung in einem externen Inputtank 1 bereitgestellt. Von diesem Inputtank 1 wird dieses Altöl mittels einer Vorlagenpumpe 2 in einen internen
Vorlagebehälter 3 und von dort aus in den Hauptreaktor 5 gepumpt. Die Menge des zugeführten Altöls wird über die Temperatur in der Rektifikationskolonne 6 als Regelgröße geregelt .
Vor dem Eintritt des hinzugeführten neuen Altöls in den Hauptreaktor 5 mischt sich das Altöl mit nachfolgend beschriebenen Destillat- und Sumpfrückläufen zu einem Depolymerisationsgut 4 das dem Hauptreaktor 5 zugeführt und in diesem mittels einer sogenannten Flash-Verdampfung schlagartig verdampft wird.
Bereits hier sei erwähnt, dass der gleiche prinzipielle Durchlauf, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, auch für das zweite Ausführungsbeispiel zutrifft. Der Unterschied besteht im Wesentlichen in dem Hauptreaktor. Der Hauptreaktor in dem zweiten Ausführungsbeispiel führt keine Flashverdampfung sondern eine Wärmeleitungsverdampfung aus. In beiden Ausführungsbeispielen entsteht jedoch Dampf, der einer Rektifikationskolonne 6 zugeführt wird. In dieser Rektifikationskolonne kondensiert der Dampf in verschiedenen Stufen, d.h. bei verschiedenen Temperaturen. An diesen Stufen sind Abzüge 7 bis 10 vorgesehen. Während das Kondensat an dem ersten Seitenabzug 7 und dem zweiten Seitenabzug 8, über Wärmetauscher 11 gekühlt, wieder der Vorlage 3 zugeführt werden, wird aus dem dritten Seitenabzug 9 und dem Kopfabzug 10 das Produkt, d.h. ein gereinigtes Öl entnommen und ebenfalls über Wärmetauscher 11 gekühlt, einem Produkttank 12 zugeführt. Von diesem wird es dann mittels einer Produktpumpe 13 in einen Outputtank 14 geleitet.
Kondensat, welches nicht über die Abzüge 7 bis 10 abgeleitet wird, und Bestandteile des Depolymerisationsgutes 4, die
nicht verdampft werden und im Metallbad des Hauptreaktors 5 aufschwimmen, werden über eine Zirkulationsleitung 31 mittels einer Zirkulationspumpe 32 wieder dem Hauptreaktor 5 zur erneuten Verdampfung als Depolimerisationsgut 4 zugeführt.
Die Kondensatanteile, die sich nicht mehr destillieren lassen, sammeln sich als Sumpf am Boden der Rektifikationskolonne. Von dort wird der Sumpf über einen Sumpfrücklauf 16 dem Entsorgungsbehälter 15 zugeführt. Von dort aus kann bedarfsweise der Inhalt des
Entsorgungsbehälters 15 in einen externen Entsorgungstank
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der Hauptreaktor 5 auf dem Durchlaufprinzip ausgeführt werden. Dabei befindet sich an dem unteren Ende der Eintritt 17 für das
Depolymerisationsgut 4 und an dem oberen Ende der Austritt
18. In dem Hauptreaktor 5 befindet sich ein Metallbad 19, was einem Metall besteht, welches einen Schmelzpunkt oberhalb der Verdampfungstemperatur des
Depolymerisationsgutes 4 aufweist. Durch Heizmanschetten 20 wird das Metall in der Flüssigphase gehalten. Da das Depolymerisationsgut 4 durch die Temperatur des Metallbades
19, die ja in der Flüssigphase über der
Verdampfungstemperatur liegen muss, sofort verdampft wird, sobald es auch dem Eintritt in das Metallbad 19 gelangt, spricht man von einer Flash-Verdampfung.
Zur Gestaltung des Hauptreaktors sind in Fig. 3 und in Fig.
4 zwei Ausführungsvarianten dargestellt. Fig. 3 repräsentiert dabei das Durchlaufprinzip, bei dem das Deplolymerisationsgut 4 durch den direkt an der Unterseite des Hauptreaktors 5 angeordneten Eintritt 17 unmittelbar der
Unterseite des Metallbades 19 zugeführt wird und dort sofort verdampft .
Fig. 4 repräsentiert das Gegenstromprinzip, bei dem der Eintritt 17 ein Gegenstromrohr 21 aufweist. Durch dieses Gegenstromrohr 21 wird das Depolymerisationsgut 4 durch das Metallbad 19 hindurchgeführt. Dabei erwärmt sich das Depolymerisationsgut 4 bereits bis nahezu zur Verdampfungstemperatur , so dass die Flash-Verdampfung beim Austritt aus dem Eintritt 17 noch schneller vonstattengeht.
Wie in Fig. 7 dargestellt, werden Teile des Depolymerisationsgutes 4 durch die Temperatur des Metallbades 19 nicht verdampft. Bei dem unverdampften Teil 22 handelt es sich zumeist um höherkettige Verbindungen, die zum großen Teil aus den Verschmutzungen des Altöls im Inputtank stammen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, schwimmt dieser Teil 22 auf dem Metallbad 19 auf und fließt an der Verbindungskante zwischen Hauptreaktorß und Rektifikationskolonne in den Sumpfbehälter 15. Damit kann dieser zusammen mit dem übrigen Sumpf einer erneuten Rektifikation zugeführt werden kann.
Wie in Fig. 7 dargestellt, entspannen sich die dabei entstehenden Dampfblasen 23 an der Oberfläche des Metallbades 19 und zerplatzen. Um zu vermeiden, dass bei der Expansion der Dampfblasen 23 Teile des Metallbades 19 mitgerissen werden, die dann im letzten Endes im Sumpfbehälter 15 landen oder Leitungen zusetzen und was den Füllstand des Metallbades 19 minimiert, wird oberhalb des Metallbades 19 ein Metallbadrücklauf 24 angeordnet. Dieser Metallbadrücklauf 24 kann beispielsweise in dem Reaktorraum des Hauptreaktors 5 oder in der Rektifikationskolonne 6
angeordnet werden. Dieser Metallbadrücklauf weist in Dampfstromrichtung 25 liegende Prallplatten 26 auf, wie dies in den Fig. 8 bis 12 dargestellt ist. Jede dieser Prallplatten 26 weist eine seitliche Öffnung 27 auf, wobei diese Öffnungen so versetzt sind, dass sie in Dampfstromrichtung nicht Übereinanderliegen, sondern sich gegenseitig abdecken. Die Prallplatten 26 können in dem Metallbadrücklauf 24 mittels einer Mutter 28, die auf eine Zugstange 29 aufgeschraubt ist, verspannt werden.
Werden nun Metalltropfen aus dem Metallbad 19 emittiert und vom Dampfstrom mitgeführt, so treffen diese auf eine dieser Prallplatten 25 und fließen von dort in das Metallbad 19 zurück.
Um sicherzustellen, dass das Metall des Metallbades 19 nicht an den Prallplatten 26 kondensiert, sollten diese eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Metallbades 19 aufweisen. Die kann durch eine Wärmeleitung über die Wandung des Hauptreaktors 5 und im Falle, dass die Prallplatten in der Rektifikationskolonne 6 angeordnet sind, über deren Wandung sichergestellt werden. In nicht näher dargestellter Art und Weise ist es auch möglich, die Prallplatten 25 zu beheizen .
In Fig. 12 ist das Prinzip des Abfließens des unverdampften Teils wie in Fig. 7 dargestellt, ersichtlich, allerdings bei dem Metallbadrücklauf. Hier schwimmt der unverdampfte Teil 22 ebenfalls auf dem Metallbad 19 auf, füllt dabei jedoch den Metallbadrücklauf 24 bis zu seiner Oberkante auf. Da der unverdampfte Teil 22 stets einen Zuwachs erfährt, fließt der Überschuss über die Oberkante des Metallbadrücklaufs 24 in den Sumpfbehälter 15. Wir hierbei zu sehen ist, befinden
sich die Prallplatten 26 als in dem unverdampften Teil 22. Die Metallspitzer des Metallbades 19 gelangen also innerhalb des unverdampften Teiles 22 an die Prallplatten 26 und fließen von dort durch den unverdampften Teil 22 hindurch wieder zurück in das Metallbad 19.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann eine weitere Maßnahme zur Verhinderung des Materialaustrags aus dem Metallbad darin bestehen, dass in dem Hauptreaktor 5 Füllkörper 27 eingebracht werden. Diese Füllkörper können aus einem Metall mit einer höheren Schmelztemperatur als das Metallbad 19 oder anderen - mach Möglichkeit inerten - Materialien, bestehen, wie beispielsweise Keramik.
Eine solche Füllung mit Füllkörpern 30 ist sowohl bei dem Durchlaufprinzip gemäß Fig. 3, dargestellt in Fig. 5 und 6 als auch bei dem Gegenstromprinzip gemäß Fig. 4, dargestellt in Fig. 7 und 8, möglich. Auch eine Kombination der Füllkörper 30 mit einem Metallbadrücklauf 24, wie in den Fig. 11 bis 13 dargestellt, ist möglich.
Wie in Fig. 6 und Fig. 8 dargestellt, ist die Wirkung darin zu sehen, dass die Dampfblasen 23, die aus dem Eintritt austreten noch recht groß sind und durch die Füllkörper 30 in kleinere Blasen zerteilt werden. Derartig verkleinerte Dampfblasen 23 haben beim Zerplatzen an der Oberfläche des Metallbades 19 nur noch eine geringere Energie, Metallspritzer zu emittieren.
In dem vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel wird zum Zwecke der Verdampfung von Altöl Zinn als Metall für das Metallbad 19 eingesetzt, da dessen Schmelztemperatur von 300°C optimal zur Verdampfungstemperatur des Altöls passt.
Es ist aber auch möglich, andere Metalle einzusetzen. Auch der Einsatz anderer schmelzender Materialien ist möglich. Entscheidend ist nur, dass jeweils die Schmelztemperatur des eingesetzten Schmelzmaterials gleich oder größer der Verdampfungstemperatur des Depolymerisationsguts ist. Dabei darf die Schmelztemperatur jedoch nicht so hoch gewählt werden, dass es zu einem Verbrennen des Depolymerisationsguts, auch nicht teilweise kommt.
Hierin ist im Übrigen der Vorteil der Metallbad- oder allgemeiner ausgedrückt, der Schmelzbadlösung zu sehen. Wird nämlich das Depolymerisationsgut direkt, also ohne ein Schmelzbad, z.B. durch einen Wärmeenergieeintrag von außen durch die Wandung des Hauptreaktors erwärmt, kommt es infolge des Temperaturgradienten zwangsläufig zu einer Überhitzung des Depolymerisationsguts an der Wandung und damit zur Ablagerung von Verbrennungsrückständen, die alsbald eine aufwändige Reinigung des Hauptreaktors erforderlich werden lassen.
Somit zeigen sich auch weitere Einsatzgebiete der Schmelzbadlösung. So wird es nämlich beispielsweise möglich, verunreinigte Lösungs- oder -reinigungsmittel oder Treibstoffe aufzubereiten. Dann wird insbesondere eine Gestaltung der Vorrichtung gewählt werden, die unter Vakuum arbeitet. Es ist aber auch möglich, granulierte Kunststoffe einem Schmelzbad, vorzugsweise aus Metall, zuzuführen. Die infolge des Erhitzens austretenden Dämpfe lassen sich dann zu wertvollen Rohstoffen rektifizieren. Aber auch andere Wärmeträger, wie z.B. gesättigte Salzlösungen, schmelzende Kunststoffe, ja sogar Flüssiggase sind neben den oben bereits beschriebenen Metallen als Schmelzbadmaterialien für
verschiedenste Einsatzgebiete verwendbar.
Auf die Verhinderung eines Schmelzbadverlusts und eine Vermeidung von Verbrennungsrückständen ist auch das zweite Ausführungsbeispiel gerichtet, wie es in den Fig. 14 bis 19 dargestellt ist.
In Fig. 14 ist ein Hauptreaktor 5 dargestellt, der einen Reaktorbehälter 34 aufweist. An der Außenseite des Reaktorbehälters sind Heizmanschetten 20 angeordnet. Dabei können die Heizungen auch anders ausgeführt werden, beispielsweise alternativ als Induktionsheizungen.
Im Inneren des Reaktorbehälters 34 befindet sich das Metallbad 19. In dieses taucht ein Wärmetauscher oder Heizregister 35 vollständig ein. Das Heizregister wird also von dem Metallbad 19 umspült, wenn dieses verflüssigt ist. An der Oberseite ist der Reaktorbehälter 34 mit einem
Flansch 36 versehen, mittels dessen der Reaktorbehälter 34 mit dem Hauptreaktor 5 verbunden werden kann. In diesem Flansch 36 ist eine Ablaufbohrung 37 vorgesehen, durch die nicht kondensierbare Flüssigkeit direkt in den Sumpf abgeleitet werden kann.
Das Heizregister besteht aus einem spiralförmig gebogenem Rohr mit einem ersten Ende 38 und einem zweiten Ende 39. In das erste Ende 38 wird das kalte Altöl eingeleitet und zu dem Heizregister 35 an seinem dem Flansch 36 zugewandten Ende geführt. Das zu Dampfphase erwärmte Altöl tritt an dem zweite Ende 39 in die mit diesem verbundene Rektifikationskolonne 6. Dort findet die bereits beschriebene Destillation statt. Der Rohrmantel des Rohres
des Heizregisters 35 bildet also die Trennwand zwischen dem Altöl und dem Metallbad 19.
In einer konkreten Gestaltung ist die Trennwand aus dem Rohrmantel einer 15 Meter lange Rohrspirale in der das Inputmaterial mit hoher Geschwindigkeit zirkuliert wird und im Schmelzbad liegt. (0,lmmxl0mm).
Das Schmelzbad ist eine 1000mm x 80mm langes Edelstahlrohr, welches mit Flüssigmetall gefüllt ist. Die außen anliegenden Heizmanschetten befeuern dieses Rohr mit maximal 650°C. Das Schmelzbad nimmt die Energie auf und verteilt diese über die gesamte Spirale.
Der Wärmeübertrag ist sehr gut und der Platzbedarf minimal.
Hinsichtlich des Materials für das Schmelz- oder Metallbad muss eine geeignete Legierung gefunden werden. Von der Anmelderin wurde zunächst eine Legierung Namens Rosemetall aus Bi55%/25%Bp/Rest Zinn, welche bereits bei 120°C flüssig wird, in Betracht gezogen. Damit konnte erreicht werden, das oxidative Erscheinungen oder ein Abbau des Wärmeträgers etc. vermieden werden konnten. Allerdings zeigte es sich, dass sich diese Legierungskonstellation beim Erkalten ausdehnt. Dies führt dazu, dass die Ausdehnungskräfte ausreichen, die Spiralen (es sind immer zwei in jeder Anlage) zusammenzudrücken. Auch das Außenrohr (Edelstahlrohr des Schmelzbads) wurde auseinander gedrückt. Überraschend wurde festgestellt, dass diese Anomalie verringert wird, wenn der Bi-Anteil auf unter 50% festgelegt wird. Bereits 40% bis 49% führen zu einem guten Ergebnis. Möglich sind auch 30% bis 40% oder noch geringere
Konzentrationen wie 20% bis 30%. Unter 1% sollte der Bi- Anteil nicht gewählt werden.
Fig. 15 zeigt das Prinzip, dass das zur Dampfphase erwärmte Altöl über das zweite Ende 39 der Rektifikationkolonne 6 zugeführt wird und in dieser verdampft. Die Fraktionen des Altöls, die noch nicht richtig in der Rektifikationskolonne 6 kondensieren, werden in den Hauptreaktor zusammen mit neuem Altöl als Depolymerisationsgut 4 an seiner ersten Ende 38 dem Heizregister 35 zugeführt. In den Fig. 16 bis 19 ist dargestellt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung als transportable mobile Einrichtung in einem Rahmen 40 angeordnet ist. Darin befinden sich der Vorlagebehälter 3, der Produkttank 12 und der Entsorgungsbehälter 15. Zur Erhöhung der Produktionskapazität sind vier
Hauptreaktoren 5.1 bis 5.4 und der Bauart nach Fig. 14 vorgesehen, deren zweite Enden jeweils in der Rektifikationskolonne 6 münden, die zentral angeordnet ist.
Zur ordnungsgemäßen Arbeit der Anlage ist eine Steuerung 41 vorgesehen.
In Fig. 20 ist ein sogenanntes Tankmanagementsystem (TMS) mit einem Schleusensystem 42 dargestellt.
Damit wird es möglich, eine kontinuierliche Fahrweise unter Vakuum zu realisieren. Damit wird eine verfahrenstechnische Lösung ermöglicht, bei der unter Vakuum abdestilliertes Produkt kontinuierlich in eine atmosphärisch offene Umgebung
transportiert wird. Damit wird eine Produktschleuse 43 realisiert .
Jeder Rektifikationskolonnenabgang hat jeweils eine Produktschleuse . Die beiden Tanks (oben 44 und unten 45) stehen unter Vakuum. Sie sind mit einem zentralen Vakuumsystem 46 verbunden.
Sobald der untere Tank 45 gefüllt ist wird dieser vom oberen Tank mittels eines Vakuumventils 47 abgeschiebert und vom Vakuumsystem 46 getrennt. Ein Belüftungsventil 48 belüftet den unteren Tank 45, wobei der obere Tank 44 einen Puffertank für diesen Ablauf darstellt.
Der untere Tank 45 wird entleert (ca. 10 Sek.). Danach geht das Belüftungsventil 48 wieder zu, das Vakuumventil 47 zum Puffertank (oberer Tank 44) wird geöffnet und der untere
Tank 45 wird wieder unter Vakuum gesetzt. Durch das kleine Füllvolumen der Tanks 44 und 45 sind die nicht auszuschließenden Druckschwankungen zu vernachlässigen.
Das gleiche System wurde für den Sumpf entwickelt. Somit kann man kontinuierlich diese Anlage unter Vakuum betreiben.
Die Steuerung ist vollautomatisch über eine SPS geregelt
Bezugszeichenliste
1 Inputtank
2 Vorlagenpumpe
3 Vorlagebehälter
4 Depolymerisationsgut
5 Hauptreaktor
5.1 - 5.4 Hauptreaktor
6 Rektifikationskolonne
7 erster Seitenabzug
8 zweiter Seitenabzug
9 dritter Seitenabzug
10Kopfabzug
11Wärmetauscher
12 Produkttank
13 Produktpumpe
14 Outputtank
15Entsorgungsbehälter
16 Sumpfrücklauf
17Eintritt
18Austritt
19Metallbad
20Heizmanschetten
21 Gegenstromrohr
22 unverdampfter Teil 23 Dampfbläsen
24Metallbadrücklauf
25 DampfStromrichtung
26 Prallplatte
27 seitliche Öffnung
28Mutter
29 Zugstange
30 Füllkörper 31 Zirkulationsleitung
32 Zirkulationspumpe
33 Entsorgungstank
34 Reaktorbehälter
35Wärmetauscher, Heizregister 36 Flansch
37Ablaufbohrung
38 erstes Ende
39 zweites Ende
40 Rahmen 41 Steuerung
42 Tankmanagmentsystem mit Schleusensystem
43 Produktschleuse
44 oberer Tank
45 unterer Tank
46 Verbindung zum zentralen Vakuumsystem
47 Vakuumventil
48 Belüftungsventil
Claims
1. Verfahren zur Reinigung von Altöl, bei dem Ausgangsmaterial bis zur Gasphase erwärmt und der dabei entstehende Dampf rektifiziert wird, wobei gereinigtes Öl als Kondensat aus einem Abzug in einer Rektifikationskolonne entnommen wird, wobei das Altöl als Ausgangsmaterial eingesetzt und einer Verdampfung durch eine mittelbare Kontaktierung des Ausgangsmaterials mit einem Schmelzbad (19), dessen Schmelztemperatur über der Verdampfungstemperatur jedoch unter der Zündtemperatur des Altöls liegt, unterzogen wird, wobei das Ausgangsmaterial dem Schmelzbad (19) mittelbar zugeführt wird, indem es ohne eine unmittelbare Verbindung und über eine wärmeleitende Verbindung mit dem Schmelzbad (19) durch dieses geleitet wird und der Dampf in der Rektifikationskolonne (6) rektifiziert wird, dadu rch gekenn zeichn et , dass als Schmelzbad (19) flüssiges Metall in Form einer niedrigschmelzenden Legierung, enthaltend Bismut, Zinn und Blei, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadu rch gekenn zeichn et , dass der Schmelzpunkt der Legierung bei 120°C liegt, wobei der Anteil an Bismut unter 50% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch
gekenn zeichn et , dass das Verfahren unter Vakuum durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadu rch gekenn zeichn et , dass ein Kondensat einer erneuten Rektifikation zugeführt wird.
5. Vorrichtung zur Reinigung von Altöl mit einem Hauptreaktor (5) und einer daran angeschlossen Rektifikationskolonne (6), wobei der Hauptreaktor (5) als Schmelzbadverdampfer ausgebildet ist, indem ein Reaktorraum (34) mit einem Schmelzbadmaterial (19), dessen Schmelztemperatur über der
Verdampfungstemperatur jedoch unter der Zündtemperatur des Altöls liegt, gefüllt ist, der Reaktorraum (34) mit einer Heizeinrichtung (20) versehen ist und in dem Reaktor (5) ein Eintritt (17) für das Altöl angeordnet ist und wobei in dem Reaktorraum (34) eine mittelbare wärmeleitende Verbindung zwischen dem Altöl und dem Schmelzbad (19) vorgesehen ist, indem eine Trennwand zwischen dem Altöl und dem Schmelzbad (19) vorgesehen ist, durch die das Altöl von dem Schmelzbad (19) getrennt ist, dadu rch gekenn zeichn et , dass die Trennwand aus einem Rohrmantel eines Rohres besteht, das das Inputmaterial aufnehmend gestaltet und im Schmelzbad angeordnet ist, wobei das Schmelzbad aus einem Edelstahlrohr besteht, welches mit Flüssigmetall gefüllt und mit außen anliegenden Heizmanschetten versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadu rch
gekenn zeichn et , dass oberhalb des Schmelzbades (19) in DampfStromrichtung (24) hintereinander liegende Prallplatten (25) eingebracht sind, wobei jede dieser Prallplatten (25) eine seitliche Öffnung (26) aufweist, wobei diese Öffnungen so versetzt sind, dass sie in DampfStromrichtung nicht übereinander liegen, sondern sich gegenseitig abdecken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadu rch gekenn zeichn et , dass die Prallplatten in dem Reaktorraum des Hauptreaktors (5) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadu rch gekenn zeichn et , dass in den Reaktorraum (34) des Hauptreaktors (5) ein Wärmetauscher (35) eingebracht ist, der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang den Eintritt für das Altöl bildet und dessen Ausgang in den Eingang der Rektifikationskolonne (6) mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadu rch gekenn zeichn et , dass der Eingang der der Rektifikationskolonne (6) zugewandten Seite und der Ausgang an der der Rektifikationskolonne abgewandten Seite des Hauptreaktors (5) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadu rch gekenn zeichn et , dass der Wärmetauscher (35) aus dem Rohr besteht, dessen eine Seite (38) den Eingang und dessen andere Seite (39) den Ausgang bildet .
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rohr spiralförmig gewickelt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a du r ch g e k e nn z e i c hn e t , dass der Ausgang einer Rektifikationskolonne mit einem Schleusensystem verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a du r ch g e k e nn z e i c hn e t , dass das Schleusensystem einen oberen und unteren Tank aufweist, die durch ein Vakuumventil miteinander verbunden sind, wobei das Vakuumventil eine Verbindung zu einer Vakuumquelle aufweist und der untere Tank mit einem Belüftungsventil und einem Produktablauf versehen ist.
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