DE10356245A1 - Dieselöl aus Reststoffen durch katalytische Depolymerisation mit dem Energieeintrag in einem Pumpen-Rührwerkssystem - Google Patents

Abstract

Erzeugung von Dieselöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Reststoffen in einem Ölkreislauf mit Feststoffabscheidung und Produktdestillation für das Dieselprodukt durch Energieeintrag mit Pumpen und gegenläufigen Rührwerken und Verwendung von volldurchkristallisierten Katalysatoren aus Kalium-, Natrium-, Kalzium- und Magnesium-Aluminium-Silikaten, wobei alle Oberflächen durch die Rührwerke kontinuierlich gereinigt werden.

Description

• Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Molekülverkürzung von Kohlenwasserstoffen bei Temperaturen von 300 bis 400°C mit alkalisch dotierten Aluminiumsilikaten als Katalysator mit einem Energieeintrag überwiegend in Form einer Kombination von Pumpen und Rührwerken mit einer angeschlossenen Abscheidung mineralischer Begleitstoffe.
• Bekannt ist die katalytische Depolymerisation mit einem speziellen Katalysator aus natriumdotierten Aluminiumsilikat aus dem Patent Nr. 10049377. Dabei wird mit dem Katalysator der kohlenwasserstoffhaltige Reststoff zu Diesel und Benzin gespalten. Die Beheizung für das Aufbringen der Spaltenergie, der Verdampfungsenergie des gespaltenen Kohlenwasserstoffes in Form von Diesel und Benzin und die Aufheizenergie, sowie die Wärmeverluste werden dabei durch die Beheizung durch die Wand aufgebracht.
• Nachteil dieses Verfahrens ist die durch die Temperaturdifferenz durch die Wand notwendige Übertemperatur gegenüber der Reaktionstemperatur. Dadurch bildet sich immer etwas Reaktionskoks. Die Menge an Koks nimmt zu, wenn die Übertemperatur der Wand gegenüber dem Reaktionsgemisch ansteigt, d. h. wenn eine gewisse Produktionsleistung erreicht werden soll.
• Dieser Reaktionskoks reagiert nun mit dem natriumdotierten Aluminiumsilikat zu einem nichtreaktiven Rückstand, der die Anlage verschmutzt und die Reaktion zum Erliegen bringt. Dieses Reaktionsgemisch von dem Katalysator und dem Reaktionskoks verbindet sich mit der Wand der Anlage zu einem harten Rückstand und erfordert einen hohen Reinigungsaufwand in den Wartungsintervallen. Die Erfindung beschreibt somit nur einen Prozess, nicht jedoch ein wirtschaftliches Verfahren.
• Das wirtschaftliche Verfahren ist deshalb mit einer intensiven Beheizung der Wandung und damit aktiven Wärmeeintrag durch Beheizung durch die Wand nicht möglich. Die geringe Wärmeleitung des im Kreislauf befindlichen Reaktionsöles bedingt eine höhere Temperaturdifferenz zwischen der außen an der Wand befindlichen Beheizung zu der Reaktion im Öl, die die Spaltenergie (Depolymerisation), die Verdampfungsenergie und die Aufheizenergie benötigt.
• In dem Ölkreislauf wird bei Altöl und Teeren je kg verdampften Diesels ca. 0,4 kWh Energie für die Spaltung, Verdampfung und Aufheizung von der Eingangstemperatur von 250°C auf die Reaktionstemperatur 390°C benötigt. Bei dem Eintrag von Kunststoffen ist die Energie fast doppelt so hoch, da diese kalt eingetragen werden und die Schmelzenergie zusätzlich gebraucht wird.
• Überraschenderweise wurde nun ein Prozess des Wärmeeintrages und dazu angepasstes Katalysatorsystem gefunden, welche diese Nachteile vollkommen vermeiden. Das System transportiert nicht die Wärme durch die Wand, sondern setzt die Wärme direkt im Reaktionssystem frei.
• Der Energieeintrag erfolgt dabei in einem System von Pumpe und gegenläufig betriebenen Rührsystem mit Abscheidung des Dieseldampfes in einem Hochgeschwindigkeitshydrozyklon. Die Rührsysteme dienen dabei auch der vollständigen Reinigung der im Kreislauf angeordneten Oberflächen.
• Auch der Katalysator wurde neu entwickelt. Nur für die Kunststoffe, Bitumen und Altöle wurde dabei die Dotierung eines volldurchkristallisierten Y-Moleküles mit Natrium als optimal ermittelt. Für die biologischen Einsatzstoffe, wie Fette und biologischen Öle wurde die Dotierung mit Kalzium als optimal entdeckt. Für die Umsetzung mit Holz ist die Dotierung mit Magnesium notwendig, um hochwertiges Diesel zu erzeugen. Für die hochhalogenhaltigen Stoffe, wie Trafoöl und PVC ist die Dotierung mit Kalium notwendig.
• Das Produkt der Anlage ist Dieselöl, da der Produktaustrag aus dem Kreislauf bei 300–400°C keine anderen, leichteren Produkte im System belässt. Dieses Produkt wird zu 10 % für die Erzeugung der Prozessenergien in Form von Strom über ein Stromerzeugungsaggregat eingesetzt. Der Vorteil dieser Energieumwandlung ist die gleichzeitige Lösung der Probleme mit dem in der Anlage in geringen Mengen entstehenden Gas, das in die Ansaugluft geleitet wird und die Wärmeenergie der Auspuffgase, die für die Vortrocknung und Vorwärmung der Eingangsstoffe verwendet wird.
• 1 zeigt das Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit 1 ist die Pumpe bezeichnet, die auf der Ansaugseite 2 den Materialeintrag 3 und den Anschluss an das Kreislauföl 4 besitzt. Auf der Austragseite befindet sich die Druckleitung 5 die tangential in den Rührbehälter 6 mündet. Dort ist ein Rührwerk 7 mit einer gegenläufigen Drehrichtung drehend, angetrieben durch den Elektromotor 8. Das Rührwerk 7 hat zusätzliche nach oben gehende Reinigungsarme, die die gesamte Oberfläche des Rührbehälters bestreichen.
• Der Rührbehälter 6 ist durch eine Verbindungsrohrleitung 9 mit einem Hydrozyklon 10 verbunden. In der Verbindungsrohleitung ist ein geregeltes Stellventil 11 angeordnet, welches den Druck in den nachfolgenden Apparaten regelt. In einer speziellen Ausführung ist in dieser Leitung auch eine weitere Pumpe angeordnet, die druckgeregelt über Frequenzumrichter mit der Pumpe 1 geregelt wird. Der Hydrozyklon 10 hat im Inneren eine an der Innenwand anliegende Venturidüse 12, die ebenfalls den verbleibenden Überdruck absenkt und die Abscheidewirkung erhöht.
• Oberhalb des Hydrozyklons befindet sich ein Sicherheitsbehälter 13 mit einer Füllstandsregelung 14 mit Ölstandsniveaumessung 15. Auf dem Sicherheitsbehälter 13 ist ein Rührwerk angeordnet, welches mit Elektromotor angetrieben wird und Reinigungsarme für den unteren Teil des Sicherheitsbehälters, dem Zyklon und dem unter dem Zyklon liegenden Behälter besitzt.
• Seitlich an dem Sicherheitsbehälter 13 ist die Produktdampfleitung 16 für den erzeugten Dieseldampf zur Destillationsanlage 17 mit dem Kondensator 26. Der Kondensator 26 ist ein Röhrenbündelwasserkühler, dessen Wasser im Kühlkreislauf rückgekühlt wird.
• In dem vorderen Teil des Kondensators 26 scheidet sich evtl. entstehendes Wasser ab, das über einen Leitfähigkeitssensor mit geregeltem Ablassventil separat abgeschieden wird, so dass in dem Produkt kein Wasser enthalten ist. Das Produkt Diesel wird im oberen Teil der Kolonne über die obere Entnahme abgeleitet. Die Qualität des Diesels wird über die Refluxleitung über die Rückflussmenge geregelt.
• Die Refluxleitung hat einen Anschluss an den Dieselvorratsbehälter des Stromgenerators 27, der die Anlage mit Strom versorgt. Dieser verbraucht ca. 10% des erzeugten Diesels für die Eigenstromversorgung und erzeugt darüber hinaus die Wärme für die Vortrocknung und Vorwärmung der Öle durch das Auspuffgas des Motors.
• Alle Behälter sind zum Zwecke der Erleichterung der Anheizphase mit einer elektrischen Außenheizung versehen. Unterhalb des Hydrozyklons 10 befindet sich der Abscheidebehälter 18 mit den Schräglamellen 19, die für eine Separierung der nicht in Diesel umsetzbaren Bestandteile der Eingangsstoffe sorgen.
• Dieser Abscheidebehälter 18 ist mit dem Ansaugrohr 2 verbunden. Am Boden des Abscheidebehälters 18 befindet sich eine Temperaturmessung 19, die die Austragschnecke 20 in Betrieb setzt, wenn die Temperatur durch Isolation mit dem Reststoff unter einen Grenzwert in dem Temperaturmesser 25 absinkt.
• Die Austragschnecke 20 besitzt einen Filterteil 21 innerhalb des Behälters, der die flüssigen Anteile durch das Filtersieb 22 in den Abscheidebehälter 18 zurückfließen lässt und einen elektrisch geheizten Schwelteil 23 außerhalb des Abscheidebehälters 18, der die restlichen Ölanteile aus dem Presskuchen verdampfen lässt. Dazu ist eine Temperaturerhöhung auf bis zu 600°C vorgesehen. Die aus der Schwelschnecke 23 entweichenden Öldämpfe gelangen über die Dampfleitung 24 in den Sicherheitsbehälter 13.
• In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Eine Kreiselpumpe mit 200 kW Antriebsleistung fördert über ein Ansaugleitung (2) 5.000 I/h Ansaugöl und über den Materialeintrag (3) 600 kg Reststoffe in Form von Altöl und Bitumen mit insgesamt 5.600 I/h in die Druckleitung (5) die tangential in den Rührbehälter (6) mit einem Durchmesser von 1.400 mm mündet. Dort ist ein Rührwerk 7 mit einer gegenläufigen Drehrichtung drehend, angetrieben durch den Elektromotor (8) mit 40 kW. Das Rührwerk (7) hat zusätzliche nach oben gehende Reinigungsarme, die die gesamte Oberfläche des Rührbehälters bestreichen, also sowohl des unteren Teiles des Rührbehälters mit 1400 mm, als auch dem oberen Teil mit einem Durchmesser von 500 mm.
• Der Rührbehälter (6) ist durch eine Verbindungsrohrleitung (9) mit einem Durchmesser von 200 mm mit einem Hydrozyklon (10) verbunden. In der Verbindungsrohleitung ist ein geregeltes Stellventil (11) angeordnet, welches den Druck in den nachfolgenden Apparaten regelt. Der Hydrozyklon (10) hat einen Durchmesser von 1.000 mm und im Inneren eine an der Innenwand anliegende Venturidüse (12) mit einem engsten Querschnitt von 100 × 200 mm, die ebenfalls den verbleibenden Überdruck absenkt und die Abscheidewirkung erhöht.
• Oberhalb des Hydrozyklons befindet sich ein Sicherheitsbehälter (13) mit einem Durchmesser von 2.000 mm einer Füllstandsregelung (14) mit Ölstandsniveaumessung (15). Auf dem Sicherheitsbehälter (13) ist ein Rührwerk angeordnet, welches mit Elektromotor mit 10 kW angetrieben wird und Reinigungsarme für den unteren Teil des Sicherheitsbehälters, dem Zyklon und dem unter dem Zyklon liegenden Behälter besitzt.
• Seitlich an dem Sicherheitsbehälter (13) ist die Produktdampfleitung (16) für den erzeugten Dieseldampf zur Destillationsanlage (17) mit einem Kolonnendurchmesser von 500 mm. Alle Behälter sind zum Zwecke der Erleichterung der Anheizphase mit einer elektrischen Außenheizung mit einer Gesamtleistung von insgesamt 50 kW versehen.
• Unterhalb des Hydrozyklons (10) befindet sich der Abscheidebehälter (18) mit 2.000 mm Durchmesser mit den Schräglamellen (19), die für eine Separierung der nicht in Diesel umsetzbaren Bestandteile der Eingangsstoffe sorgen. Dieser Abscheidebehälter (18) ist mit dem Ansaugrohr (2) mit 200 mm Durchmesser verbunden. Am Boden des Abscheidebehälters (18) befindet sich eine Temperaturmessung (19), die die Austragschnecke (20) in Betrieb setzt, wenn die Temperatur durch Isolation mit dem Reststoff unter einen Grenzwert absinkt.
• Die Austragschnecke (20) mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Förderleistung von 10 – 20 kg/h besitzt einen Filterteil (21) innerhalb des Behälters, der die flüssigen Anteile durch das Filtersieb (22) in den Abscheidebehälter (18) zurückfließen lässt und einen elektrisch geheizten Schwelteil (23) außerhalb des Abscheidebehälters (18) mit einer Heizleistung von 45 kW, der die restlichen Ölanteile aus dem Presskuchen verdampfen lässt. Dazu ist eine Temperaturerhöhung auf bis zu 600°C vorgesehen. Die aus der Schwelschnecke (23) entweichenden Öldämpfe gelangen über die Dampfleitung (24) in den Sicherheitsbehälter (13).

1

Pumpe für Energieeintrag

2

Ansaugseite der Pumpe

3

Materialeintrag (input)

4

Zufuhr Kreislauföl (input 2)

5

Druckleitung tangential

6

Rührbehälter

7

Rührwerk (gegenläufig zur Druckleitung tangential)

8

Elektromotor für Rührwerk

9

Verbindungsrohrleitung zu Hydrozyklon

10

Hydrozyklon

11

Stellventil zur Druckregulierung

12

Venturidüse im Hydrozyklon innen anliegend

13

Sicherheitsbehälter

14

Füllstandsregelung,

15

Niveauanzeige und Regelung

16

Produktdampfleitung

17

Destillationsanlage

18

Abscheidebehälter

19

Schräglamellen im Abscheidebehälter

20

Austragschnecke

21

Filterteil der Austragschnecke

22

Filtersieb des Filterteiles der Austragschnecke

23

Schwelteil der Austragschnecke (bis 600°C)

24

Schweldampfleitung zum Sicherheitsbehälter

25

Temperaturmessung unterhalb der Feststoffabscheidung

26

Kondensator

27

Stromgenerator

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung von Dieselöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Reststoffen in einem Ölkreislauf mit Feststoffabscheidung und Produktdestillation für das Dieselprodukt dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptenergieeintrag und dadurch die Haupterwärmung durch ein oder mehrere Pumpen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsenergie der Pumpe durch ein gegenläufiges Rührwerk gebremst und in Wärme umgewandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die katalytische Umwandlung je nach Anwendung die Katalysatoren in Form von volldurchkristallisierten Y-Molekülen mit Natrium für mineralische Kohlenwasserstoffe, wie Bitumen, Öle und Kunststoffe eingesetzt werden und für die biologischen Einsatzstoffe, wie Fette und biologischen Öle Dotierungen mit Kalzium verwendet und für die Umsetzung mit Holz Dotierung mit Magnesium eingesetzt werden, wobei für die hochhalogenhaltigen Stoffe, wie Trafoöl und PVC, die Dotierung mit Kalium eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die restliche Strömungsenergie der Pumpe durch eine regelbare Klappe im oberen Kreislaufrohr und durch die Venturidüse im Zyklon geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Temperaturregelung und eine Füllstandsregelung besitzt, die miteinander vernetzt sind, d. h. die Zufuhr- und Energieeintragssysteme sind so gesteuert, dass der Füllstand gewahrt bleibt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage die Komponenten Hochleistungspumpe, gegenläufiger Rührer, Drosselregelungsklappe, Abscheidezyklon im Kreislauf und Abscheidebehälter mit geheizter Austragschnecke und Destillationsanlage an den beiden Ausgängen der Anlage besitzt.