Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufbereitung von Altöl

Abstract

 In einer Einrichtung und einem Verfahren zum kontinuier­lichen Aufbereiten von Altöl wird dieses in einen Einrohr­reaktor gepumpt, in welchem nach Durchlaufen von Sektionen unterschiedlicher Temperaturen und Drücke über Abscheider und Kondensatoren die einzelnen Fraktionen, wie z.B. Schwer­benzin, Gasöl, Neutralöle, Grundöle usw. seitlich entnommen und ggfl. in Steitensträngen, die ebenfalls als Einrohr­reaktoren ausgebildet sein können, hydriert werden.
Die Möglichkeit, im Einrohrreaktor sehr hohe Strömungsge­schwindigkeiten und damit außerordnetlich kurze und ge­nau steuerbare Verweilzeiten zu erzielen, gestattet es darüberhinaus, die Vercrackungstemperatur in Zeitabhängig­keit wesentlich zu erhöhen.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Vor­richtung auch bei entsprechenden Drücken und Temperaturen auch für Pyrolyseöl anwendbar, das bei der Pyrolyse von Abfallstoffen oder anderen Stoffen anfällt, z.B. bei der Pyrolyse von Altreifen und Kunststoffabfällen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufbereitung von Altöl, bei dem das Altöl erwärmt und einer anschließenden Fraktionierung und Destillation in Produkte unterschiedlicher Qualitäten (Seitenfraktionen) unterzogen wird und wobei Vorkehrungen zur Freihaltung von Ablagerungen getroffen sind.

[0002] Hierfür sind ein- oder mehrstufige Destillationsverfahren bekannt, bei denen das Altöl durch Röhrenerhitzer oder an­dere Wärmetauscher auf die Verarbeitungstemperatur von ca. 300° C erhitzt und anschließend in großvolumigen Reaktions­kolonnen verarbeitet wird, und zwar im allgemeinen in einer ersten Stufe unter atmosphärischem Druck und in einer zwei­ten Stufe unter Vakuum. In einer dritten Stufe können dann noch die Rückstände unter atmosphärischem Unterdruck des­tilliert werden. Ein bekanntes derartiges Verfahren ist z. B. das Schwefelsäure-Bleicherde-Verfahren. Bei diesen bekannten Verfahren ist die Verweilzeit des Altöls in der Anlage sehr lang. Wegen der großvolumigen Behälter sind Temperatur und Drücke schwer beherrschbar. Das in der Praxis erreichbare Vakuum liegt bei 60 bis 100 mbar. Ent­sprechend der Siede- und Verdampfungstemperatur der be­treffenden Fraktionen müssen entsprechend hohe Temperaturen aufgebracht werden, die zum Teil knapp unter der Vercrackungs­temperatur der betreffenden Öle liegen. Um die Schmierwir­kung zu erhalten, muß ein Vercracken aber verhindert werden.

[0003] Auch tritt eine hohe Umweltbelastung durch Säureteer und Bleicherde auf. Die Kosten für die Entsorgung sind relativ hoch, da die Ausbeute bei ca. 60 % liegt und ca. 20 % als Säureteer entsorgt werden müssen (ca. 20 % werden als Wasserdampf entfernt).

[0004] Die neuere Entwicklung für die Altölaufbereitung läuft deswegen in Richtung des Einsatzes von Dünnschichtver­dampfern. Auch ist Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet mit überkritischen Gasen bekannt. Der betriebs­technische Aufwand ist hier beträchtlich. Da diese Ver­fahren mit relativ großen Volumen bei zündfähigen Be­dingungen arbeiten, ist die Explosions- und Brandgefahr sehr hoch und die sicherheitstechnischen Anforderungen entsprechend groß. In den Behältern herrschen Drücke bis 150 bar.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­fahrens zur Aufbereitung von Altöl zu schaffen, bei welchem die Ausbeute möglichst hoch sowie die Reaktions- und Ver­weilzeit möglichst kurz ist und welche die genannten Nach­teile der bekannten Einrichtungen und Verfahren nicht hat. Die Erfindung löst das Problem durch ein Trennverfahren, bei dem das Altöl in einem Einrohrreaktor stufenweise immer höher erwärmt wird, und zwar in jeder Stufe auf eine für die jeweilige gewünschte Qualität (Seitenfraktion) erfor­derliche genaue Temperatur und den entsprechend genauen Druck (Unter- oder Überdruck), und daß am Ende jeder Stufe das erwärmte Öl unmittelbar ohne Speicherung und damit ohne Verweilzeit abgeschieden und zu dem gewünschten Pro­dukt destilliert wird.

[0006] Im Gegensatz zu den bekannten großvolumigen Reaktionskolon­nen werden als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur ganz kleine Volumen verarbeitet, die mit hoher Strömungsgeschwind­digkeit den Einrohrreaktor durchströmen. Die Verweilzeit des Öles in dem Reaktor ist sehr gering und kann mit äußerster Präzision genau eingestellt werden.

[0007] Unter"Reaktor" sei dabei auch schon eine Einrohrdes­tillieranlage verstanden, da zwar in den meisten Fällen, aber nicht unbedingt immer, in dem Einrohrreaktor eine chemische Reaktion stattfindet.

[0008] Ein solcher Einrohrreaktor ist zwar für die kontinuier­liche Polymerisation von Kunststoffen und neuerdings für die Druckhydrierung von Kohle bekannt und wurde hier schon mit Erfolg zur Erzeugung von Triebstoffen angewendet. Hier müssen allerdings lange Molekülketten aufgebrochen und hydriert werden, weshalb der Vorgang nur bei hohen Temperaturen und Drücken durchgeführt werden kann. Bei Altöl, das seine Schmierwirkung behalten soll, muß dagegen das Aufbrechen verhindert werden. Der Erfinder hat nun er­kannt, daß im Prinzip dennoch die gleiche Einrichtung auch zur Aufbereitung von Altöl anwendbar ist, wofür es bisher völlig unbekannt und selbst für Erdölfachleute nicht nahe­liegend war. Im Gegensatz zur Kohlehydrierung, wo ein neues Produkt entsteht, handelt es sich hier um die Veredelung und Rückgewinnung eines Produktes (Rohstoffersparnis).

[0009] Ein Verfahren nach der Erfindung arbeitet mit einer wesent­lich höheren Ausbeute, je nach Altölqualität bis zu 90 %. Es werden nur ca. 1 bis 2 % Säureteer erzeugt. Die zu ent­sorgenden Abfallprodukte werden als Brennstoff und che­mische Hilfsstoffe in der Zementindustrie verwendet.

[0010] Zweckmäßigerweise wird das Altöl vor Einspeisung in den Ein­rohrreaktor vorgewärmt. Der Druck wird vorzugsweise von Stu­fe zu Stufe bis auf ein Vakuum bis zu 1 mbar verringert. Dies war bei den bekannten Anlagen nicht möglich. Die Vor­wärmung kann auch im Einrohrreaktor erfolgen.

[0011] Die in Fließrichtung zunehmende Erwärmung des Altöls kann auf vielerlei Art erfolgen, z.B. durch elektrische Hei­zung, induktiv oder Widerstandsheizung. Vorteilhaft kann in der letzten Stufe, wo es zu Anbackungen an den Rohr­wänden kommen kann, auch eine indirekte Hochfrequenz­erwärmung des Produktes infrage kommen. Ebenso können auch, wie weiter unter beschrieben, zwangsgeführte, das Einrohr im Gegenstrom umspülende Wärmeträgermedien vor­teilhaft angewendet werden.

[0012] Durch das günstige Verhältnis Wärmeübergangsfläche (Re­aktorwand) zu Reaktorinhalt ist eine sehr genaue Tempe­raturführung sowie eine günstige und schnelle Wärmeein­fuhr möglich. Das gleiche gilt bei Kühlvorgängen. Aufgrund der genauen Temperaturführung können scharfgeschnittene Fraktionen hergestellt werden, denn es sind Temperatur­genauigkeiten von 1° C und weniger möglich. Eine solche Temperaturgenauigkeit ist bei den bekannten Reaktionsko­lonnen mit den großen Volumen und der allgemein unge­nauen und inhomogenen Erwärmung auf keinen Fall erreich­bar. Das erreichbare niedere Vakuum von 1 mbar und weniger läßt eine Herabsetzung der Siedetemperatur zu, so daß die Fraktionen mit tieferer Temperatur, d.h. schonender ab­destilliert werden können. Dadurch steigt die Qualität des Endproduktes.

[0013] Weiterhin ergeben sich sicherheitstechnische Vorteile auf­grund der kleinen Volumen, welche exakt in Druck und Tem­peratur geführt, überwacht und beherrschbar sind. Einzuführende gefährliche Chemikalien wie z.B. Natrium werden nur in kleinen und damit ungefährlichen Menge ge­handhabt und dosiert. Auch gegenüber den Entwicklungs­tendenzen bei der Aufbereitung von Altöl kann man bei der vorliegenden Erfindung wesentlich niedere Drücke erreichen. Da der Verbrauch an Schwefelsäure und Bleicherde stark reduziert werden kann, tritt eine wesentliche Vermin­derung der Umweltbelastung auf. Die Einsparung liegt zwi­schen 70 und 95 %.

[0014] Durch die Möglichkeit, Sektionen des Reaktors unter unter­schiedlichen Drücken (Atmosphärendruck, Vakuum, Überdruck) zu fahren, können chemische Reaktionen kontinuierlich durch­geführt werden. Z. B. durch Einspeisung von Natrium kann schädliches Chlor zu Kochsalz gebunden werden, das dann z.B. mit Koks am Ende des Reaktors ausgeschieden werden kann. Es können hierzu aber auch andere bekannte Verfahren ange­wendet werden. Erfindungsgemäß wird das Verfahren in der Endstufe des Reaktors auf eine Temperatur im Bereich von ca. 3oo bis 9oo°C gefahren und der Druck beträgt zwischen 1 mbar und 1o bar, vorzugsweise Atmosphärendruck. Dabei tritt Bitumen oder Koks als letztes Produkt aus dem Reaktor. Die­ses Endprodukt enthält zum größten Teile gebunden die Schmutz- und Schadstoffe und wird z.B. von der Zementindustrie als Brenn- und chemischer Zuschlagstoff eingesetzt. Es entfällt somit die Schwierige und kostspielige Entsorgung des Säure­teers, der bei den bekannten Verfahren als umweltbelastendes Produkt austritt und dessen Beseitigung einen beträcht­lichen finanziellen Aufwand erforder. Die geringe, z.B. aus den Seitenfraktionen anfallenden 1 bis 2 % Säureteer können im Koks gebunden werden. Der Verkokungsvorgang kann mit oder ohne Gasbeimischung stattfinden. Bei Wegfall der Verkokung wird Schweröl mit den Schmutz- und Schad­stoffen zu Verbrennung in die Zementindustrie geliefert.

[0015] Eine Verbesserung der Qualität der Seitenfraktionen kann in bekannter Weise durch Rücklaufbeimischungen erfolgen. Die Anreicherung kann an Stelle der Rücklaufbeimischung des aus den Abschneidern abgetrennten Dampfes bzw. Gemisches erfolgen. In diesem Falle werden z.B. durch mechanisch ange­triebene Rotorkörper die im Dampf enthaltenen Flüssigstoffe ausgeschieden un dem zur nächsten Stufe abgehenden Produkt bzw. dem Sumpf wieder zugeführt.

[0016] Ebenso kann an Stelle der Rücklaufbeimischnungen das rück­geführte Produkt bzw. der rückgeführte Sumpf in einem Ein­rohrteil mit dem Produktdampf bzw. Gas verwirbelt werden.

[0017] Die über den Kopf der jeweiligen Rücklaufbeimischungen ab­gehenden Gase bzw. Dämpfe werden wie üblich kondensiert und weiter verarbeitet. Die Seitenfraktionen können in ei­nem abgehenden Einrohrreaktor für weitere Destillationen vearbeitet werden. Es können auch hier Chemikalien zur Ver­besserung des Produkts bei genauen Drücken und Temperaturen wie im Hauptstrang exakt dosiert bzw. eingespeist werden.

[0018] Eine Hydrierung kann sowohl im Haupstrang als auch für eine bestimmte Seitenfraktion in einem Seitenstrang statt­finden. Wenn die Hydrierung in einem Seitenstrang statt­findet, wird dieser in vorteilhafter Weise ebenso als Ein­rohrreaktor ausgebildet.

[0019] Für die Hydrierung kann in vorteilhafter Weise längs des Ein­rohrreaktors entweder im Hauptstrang oder in einem Seiten­strang an verschiedenen Stellen Wasserstoff in einer solchen Menge eingespeist werden, daß unter Hydrierbedingungen min­destens 20 Gew.%, vorzugsweise mindestens 30 Gew.% und be­sonders bevorzugt mindestens 35 Gew.% in der Suspension gelöst sind. Grundsätzlich sollte Wasserstoff bis zur Sät­tigung in der Suspension gelöst werden. Es wird also bei Be­ginn der Hydrierreaktion möglichst viel Wasserstoff einge­speist, jedoch unter den vorstehenden Bedingungen. Da während der Hydrierreaktion Wasserstoff verbraucht wird, wird längs des Reaktors an mehreren Stellen entsprechend dem Verbrauch welcher nachgespeist - ebenfalls wieder unter den obigen Be­dingungen. Je höher der Hydrierdruck, desto mehr Wasserstoff kann am Beginn und auch längs des Reaktors eingespeist werden. Bei hohen Hydrierdrücken sind als weniger Nachspeisstellen erforderlich, als bei niedrigen Drücken. Wie schon erwähnt, ist der Einrohrreaktor im Gegensatz zu den bekannten Autoklav-Reaktoren besonders günstig für die Kühlung, d.h., die Wärmeabfuhr des exothermen Hydriervorganges. Schädliche Überhitzungen beim Hydrieren, wie z.B. in Auto­klaven treten somit nicht auf. Es ist möglich, die gesamte Reaktionswärme über die Reaktorwandung an ein äußeres Kühlme­dium abzuführen und gegebenenfalls zurückzugewinnen. Eine Rückgewinnung bewirkt eine Senkung der Produktionskosten. Auch kann man an einer oder mehreren Stellen längs des Re­aktores unter der Hydriertemperatur liegendes Öl einspei­sen. Damit kann in einfacher Weise über den gesamten Rohr­reaktor eine einheitliche Reaktionstemperatur eingesteuert werden. Diese einheitliche Reaktionstemperatur trägt zu einer höheren Selektivität bei. Ein bei gleicher Maximal­temperatur beim Autoklavreaktor hat eine höhere Hydrier­geschwindigkeit und damit eine größere Ölgewinnleistung zur Folge. Das aus dem Reaktor austretende Gemisch wird in dem Abscheider in eine Flüssigkeitfraktion und eine Gasfraktion getrennt, die beide in an sich bekannter Art aufgearbeitet werden.

[0020] Die Rohre können zur Steigerung des Wärmeüberganges mit nicht­glatter Oberfläche (z.B. gedrallte oder kreuzgedrallte Rohre) oder mit Verrippung (längs oder quer) an der Oberfläche bei Heißgasbeheizung versehen werden.

[0021] Für eine bessere Verwirbelung des Altöls im Reaktor ist es ferner vorteilhaft, das Altöl in den Reaktor einzudüsen und dabei zu zerstäuben.

[0022] Die Qualität der aus dem Altöl gewonnenen Produkte kann in einem derartigen Einrohrreaktor noch weiter verbessert und die Ausbeute gesteigert werden, wenn gemäß einer sehr vorteil­haften Weiterbildung der Erfindung in einer der letzten zu einer abzudestillierenden Seitenfraktion führenden Stufen des Einrohrreaktors eine gegenüber der Anfangsgeschwindigkeit des Altöls erhöhte Strömungsgeschwindigkeit herbeigeführt und das Temperaturniveau über die allgemeine Vercrackungstempera­tur von 300° bis 320° C auf ca. 325° bis 800° C kurzzeitig an­gehoben wird.

[0023] Der Erfinder hat erkannt, daß es der Einrohrreaktor ermöglicht, die Verweilzeit des Altöls im Reaktor außerordentlich kurz zu halten und diese exakt auf Sekunden- oder sogar Millisekunden­ genauigkeit zu steuern, je nachdem, wie weit die Vercrackungs­temperatur überschritten worden ist, so daß bei der damit erzielbaren kurzen Verweilzeit die Temperatur weit über die normale Vercrackungstemperatur angehoben werden kann, ohne daß ein Vercracken - d.h. Wasserstoffabscheidung und Auf­spalten der Molekühle - stattfindet. Die Geschwindigkeiten können bis Schallgeschwindigeit oder sogar darüber steigen und damit die Verweilzeit ganz beträchtlich verringert werden, d.h., je höher die Temperatur gewählt wird, desto größer muß die Geschwindigkeit und damit die entsprechende Verkürzung der Verweilzeit werden. Außerdem findet in einem solchen Ein­rohrreaktor eine starke Verwirbelung statt, wodurch eine große Temperatur-Homogenität erreicht wird, so daß mit Sicherheit alle Kohlenstoffmoleküle die gleiche hohe Temperatur annehmen, aber nicht die für eine Vercrackung notwendige Energie auf Grund der kurzen Verweilzeit.

[0024] Der Vorteil dieser Weiterbildung des erfindungagemäßen Ver­fahrens liegt darin, daß sämtliche wertvollen langkettigen Moleküle erhalten bleiben und aufgrund der sehr hohen Tem­peraturen abdestilliert werden können, was bisher nicht möglich war. Im Gegenteil, diese langkettigen wertvollsten Bestandteile wurden bisher bei der Entsorgung der Bleicherde auf kostspielige Art vernichtet. Sie behalten jetzt ihre Struktur und es bleiben im Recycling äußerst wervolle Roh­stoffe erhalten, bzw. sie werden zurückgewonnen, d.h. aus dem Altöl können hochwertige Schmieröle hergestellt werden. Damit wird die Ausbeute nochmals wesentlich gesteigert. Eine Umweltverschmutzung wird damit praktisch ausgeschal­tet.

[0025] Gemäß einer Alternativausbildung der Erfindung wird das Altöl nach der Entwässerungsstufe in einer einzigen Stufe steigend bis zu etwa 800° C am Ende dieser Stufe erwärmt und bis zu einer sehr hohen Endgeschwindigkeit, die im Be­reich der Schallgeschwindigkeit liegen kann, durch den Reaktor gefördert und am Ende schlagartig auf eine Tem­peratur unterhalb der normalen kritischen Vercrackungs­temperatur abgekühlt und anschließend die verschiedenen Fraktionen stufenweise bei entsprechenden Dampfdrücken und Siedepunkten abdestilliert.

[0026] In einer derartigen Anlage wird das entwässerte Altöl durch den Reaktor praktisch hindurchgejagt. Durch ein hohes Vakuum und die sehr hohen Temperaturen bis zu 800° C im Reaktor wird das Altöl zu Dampf, der mit einer Geschwindigkeit bis in den Bereich der Schallgeschwindigkeit am Ende dieser einzigen Stufe strömt. Am Ende des Einrohrreaktors, der eine Länge von z.B. 0,2 bis ca. 2 km oder sogar mehr haben kann, wird dann das gesamte Dampfgemisch schlagartig soweit abge­kühlt, daß die Vercrackungstemperatur unterschritten wird, so daß keine Vercrackung stattfinden kann.

[0027] In vorteilhafter Weise kann die Erhöhung der Strömungsge­schweindigkeit durch eine oder mehrere der folgenden Maß­nahmen herbeigeführt werden:

a) es wird der Pumpendruck am Anfang des Einrohrreaktors erhöht,

b) die bei der durch Verdampfung bei der Destillation eintretende Volumenzunahme wird nicht durch Zwischen­abscheider abgezogen,

c) es wird in der End- bzw. einzigen Stufe am Ende des Einrohrreaktors ein Vakuum angelegt,

d) es werden flüssige oder gasförmige Teile oder ein Ge­misch von beiden zugeführt.

[0028] Das Vakuum gemäß Maßnahme c) kann z.B. durch eine Wasser­ringpumpe, eine Ölringpumpe, einen Gasstrahler o. dgl. er­zeugt werden. Diese Vorrichtungen saugen am Ende des Re­aktors heraus. Es kann jede Maßnahme einzeln oder jeweils zwei derselben oder auch alle drei miteinander kombiniert werden.

[0029] Im Hinblick auf die hohen Strömungsgeschwindigkeiten, ins­besondere die im Bereich der Schallgeschwindigkeit auftre­tenden außerordentlich hohen Rohrreibungsverluste kann es zusätzlich vorteilhaft sein, wenn im mittleren Bereich zwischen Anfang und Ende des Einrohrreaktors die Förderung durch wenigstens eine zusätzliche mechanische Fördervor­richtung unterstützt wird. Als zusätzliche Fördervorrich­tung kann hier beispielsweise ein Rootgebläse, ein Kapsel­gebläse oder dgl. dienen. Dies resultiert in einer Geschwin­digkeitserhöhung des Förderstromes.

[0030] In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann die Abkühlung jeweils im Reaktor selbst erfolgen. Eine besonders gute und schlagartig wirkende Kühlung wird er­findungsgemäß dadurch erzielt, daß sie durch Aufprallen des Förderstromes am Ende der Stufe auf eine gekühlte Fläche mit einem sogenannten Klatsch-Effekt herbeigeführt wird. Dieser Effekt wird bisher nur in der Metallurgie bei der Erzeugung hochwertiger Metalle und Metallverbindungen angewendet.

[0031] Die Schmutzstoffe werden in entsprechenden Reinigungsstufen im Gesamtstrom oder in den Seitenfraktionen entfernt.

[0032] In beiden Alternativverfahren kann von einer "Blitzdes­tillation" gesprochen werden.

[0033] Zur Reinigung des Rohrreaktors können in vorteilhafterweise Metallkugeln verwendet werden, die entweder von Zeit zu Zeit oder auch kontinuierlich mit dem Öl durch den Reaktor durchlaufen oder wieder ausgeschieden werden.

[0034] Eine weitere Möglichkeit zur Reinigung besteht insbesondere für die letzte Stufe, bei welcher besonders die Gefahr be­steht, daß das Produkt zum Vercracken kommt - also Koks bildet, welcher an der Rohrwandung anbackt - darin, ein Trägermedium, wie z. B. flüssiges Zinn, Salze oder Sand mit dem Öl zu vermischen. Aufgrund der hohen Strömungs­geschwindigkeit verwirbelt das Trägermedium und scheuert die an der Wandung anbackenden Ablagerungen ab. Findet keine Verwirbelung statt, so kann diese durch eingebaute Turbu­latoren oder durch Produktrecycling erzeugt werden.

[0035] In weiterer erfindungsgemäßer Ausbildung kann zur Kontrolle einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit, um Ablagerun­gen an der Rohrinnenwand zu vermeiden, der von der Strö­mungsgeschwindigkeit abhängige Abrieb an der Rohrinnenwand durch Zählung mittels eines Geigerzählers der an einer radioaktiv bestrahlten Stelle des Rohres abgetragenen Par­tikel gemessen werden. Eine hierfür ausreichende Strömung-­geschwindigkeit ist dann erreicht, wenn die Werte des Gei­gerzählers den ohnehin vorhandenen Grundwert übersteigen.

[0036] Zur Vermeidung von Koksanbackungen können erfindungsgemäß auch in das Öl und/oder in das Rohr bis zur Resonanz steigerbare Schwingungen eingeleitet werden. Diese Schwin­gungen können als Interferenz-Schwingungen überlagert oder als Ultra- oder Infraschall im Reaktor erzeugt werden. Sie können als Längs- oder Querschwingungen ausgebildet sein.

[0037] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Aufbereitungsverfahrens. Danach ist eine aus einem Vorratsbehälter für das Altöle för­dernde Pumpe an einen Einrohrreaktor angeschlossen, der in Sektionen unterschiedlich beheizbarer Temperaturen und einstellbarer Drücke unterteilt ist und bei dem an Ende der Sektionen Abscheider und Kondensatoren angeordnet sind. Die Abscheider haben gerade eine solche Größe, daß in ihnen kei­nerlei Speicherung stattfindet, so daß ohne jegliche Verweil­dauer darin abgeschieden werden kann. In vorteilhafterweise können die Abscheider auch als Rotationsabscheider ausgebil­det sein, wie z,.B. durch Eigenimpulse des strömenden Gemisches oder fremdkraftbetätigte Zentrifugalabscheider, Desintegratoren o. dgl.

[0038] Die unterschiedlichen Drücke (Über- oder Unterdruck) im Ein­rohrreaktor werden durch separate Einspeisepumpen aufrecht­erhalten. Am Austritt jeder Sektion sind einstellbare Über­strömventile bei Überdruck vorgesehen oder es wird gegen manometrische Säulen gefördert. Bei Überdruck erfolgt Ab­saugung durch Pumpen oder es findet in vorteilhafterweise barometrische Aufstellung statt.

[0039] Es ist zweckmäßig, die Röhre eines solchen Einrohrreaktors liegend anzuordnen, jedoch ist eine vertikale Anordnung ebenfalls möglich. Er kann in Schleifen und Kaskaden oder auch ringförmig neben- und übereinander angeordnet sein, um die baulichen Abmessungen gering zu halten.

[0040] Es können für jede Seitenfraktion mehrere Abgänge bei gering unterschiedlicher Temperatur vorgesehen werden. Dabei können die Abgänge ebenfalls als Einrohrreaktoren ausgebildet sein, welche die gleichen Merkmale wie der Hauptstrang aufweisen können.

[0041] Vorzugsweise ist das Einrohr in einem rohrförmigen runden oder eckigen Außenmantel eingelegt und es sind Mittel zum Ein­bringen von Wärmeträgermedien zwischen beide Rohre vorgesehen. Hierdurch erfolgt eine Zwangsführung des Wärmeträgermediums, wie z.B. Heißdruckwasser, Wärmeträgeröle oder dgl. Ganz beson­ders vorteilhaft sind hierfür nicht aggresive Heißgase. Durch die in dem Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr und dem ei­gentlichen Rohrreaktor auftretende Totalreflexion der Wärme­strahlung können bisher nicht erreichte hohe Wärmeübergangs­zahlen erhalten werden.

[0042] Z.B. ist bei einem gasförmigen Wärmeträger von 800° C und einer Produkttemperatur von 400° Ceine Wärmeübergangszahl von K = 256 Kcal/m² h° C (1072 KJ/m² h° C) bei Glattrohren möglich. Dies resultiert in einer Verkleinerung der Heizfläche und einer wesentlichen Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, d.h., der Durchlauf ist schneller. Dies wiederum führt zu einer sensib­leren Anlage mit einer besseren Regelung für Temperatur und chemische Zusätze.

[0043] Bei chemischen Zusätzen wie z.B. Wasserstoff beim Hydrieren oder Natrium bei Chlorbindung können diese eng toleriert zu­gegeben werden, so daß insgesamt gesehen eine Einsparung von Chemikalien möglich ist. Diese kann beim Hydrieren z.B. 20 bis 25 % betragen. Es können aber auch mehrere Rohre der Kaskade in einem Außen­mantel größeren Durchmessers geführt werden, z.B. wenn die Anforderungen an eine exakte Temperaturführung nicht so hoch sind. Bei liegender Anordnung des Einrohrreaktors können gerade Teile desselben auch drehend oder schwenkbar ausgebildet sein.

[0044] Da bei den meisten Altölen mit zunehmenden Temperaturen und entsprechend größer werdendem Vakuum (1 mbar möglich), die abgesonderten gasförmigen Teile immer weiter zunehmen könne, nimmt dann auch die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr immer mehr zu. Diese liegt im allgemeinen zwischen 0,1 bis 150 m/s, vorzugsweise bei 0,5 bis 60 m/s. Um den Geschwindigkeitsan­stieg im gewünschten Bereich zu halten, kann der Rohrdurch­messer gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung längs des Reaktors von unterschiedlicher Größe sein und nimmt vorzugs­weise in Fließrichtung des Altöls zu. Damit kann die Fließge­schwindigkeit bei zunehmendem Volumen gleich oder zumindest annähernd gleich unterhalb einem für das Rohr kritischen Wert gehalten werden. Es kann aber auch bei bestimmten Altölen, bei denen schon anfänglich viele gasförmige Teile weggehen, zweckmäßig sein, daß die Rohre im späteren Verlauf wieder dünner werden. Die hängt von der Zusammensetzung des betreffenden Altöls ab.

[0045] Für die Geschwindigkeitsanpassung kann es auch zweckmäßig sein, wegen des hohen Gasanteiles - bedingt durch Vakuum bis 1 mbar - vorzugsweise in der letzten Stufe zwei oder drei Rohre parallel zu betreiben. In diesem Fall wird jedes Rohr temperatur- oder geschwindigkeitsgeregelt.

[0046] Eine weitere Möglichkeit, die Sensibilität, d.h. das Verhältnis Volumen im Rohr zur Wärmeübergangsfläche insbesondere am An­fang zu beeinflussen, besteht darin, dem Rohr eine vom Kreis­ querschnitt abweichende Querschnittsform zu geben. Insbe­sondere kann das Rohr am Anfang flach (oval) gedrückt sein und erst später, wenn hohes Dampfvolumen kommt, über Über­gangsstücke auf einen runden Querschnitt übergehen.

[0047] Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 - einen schematischen Überblick über einen Einrohrreaktor nach der Erfindung.

Fig. 2 - im Schema vier Stufen eines modifizierten Reaktors nach der Erfindung in ausführlicher Darstellung.

Fig. 3 - im Schema perspektivisch den tatsächlichen Rohrverlauf einer Stufe eines Einrohr­reaktors nach Fig. 1 und

Fig. 4 - im Schema einen Ausschnitt eines Einrohr­reaktors mit veränderlichem Rohrquerschnitt.

[0048] Ein solcher Einrohrreaktor, wie er beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, kann eine Länge von etwa 1.ooo bis2 .ooo m haben und ist vorzugsweise in einer größeren Anzahl von sich kas­kadenförmig in die Höhe erstreckenden Schleifen angeordnet, wie es beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Das Ver­hältnis Rohrdruchmesser zu Länge kann zwischen 700 : 1 bis 20.000 : 1 liegen, während der Rohrdurchmesser zwischen 10 bis 500 mm lichte Weite, vorzugsweise 80 bis 150 mm lichte Weite betragen kann. Der in Fig. 1 gezeigte Reaktor hat sechs Stufen A bis F. Das über eine Pumpe 5 aus dem Tank 6 in den Reaktor geförderte Altöl wird in der Stufe A vorgewärmt. Hierzu dient ein in den Ringraum 7 zwischen dem eigentlichen Einrohr 8 und einem Mantelrohr 9 über Zu- und Ableitungen 10 bzw. 11 eingebrach­tes Heizmedium. Nach Stufe A werden nach Erwärmung auf etwa 90° C über einen Abscheider 12 und Kondensator 13 leicht­siedende Benzine abgeschieden, nach Stufe B nach Erwärmung auf etwa 100 bis 115° C Wasser und azotrope Öle, nach Stufe C nach Erwärmung auf etwa 120 bis 150°C Schwerbenzin, nach Stufe D nach Erwärmung auf etwa 220 bis 250° C Gasöle (Neutralöle in einer nicht gezeichneten anschließenden Stu­fe) und nach Stufe E nach einer Erwärmung auf etwa 300° C Grundöle. Nach den Stufen D und E wird in diesem Beispiel das jeweilige Produkt in Seitenstrang-Einrohrreaktoren 14 bzw. 15 noch hydriert. Abscheider 12 und Kondensatoren 13 sind nach jeder der Stufen B bis E vorgesehen, ebenso Zu- und Ableitungen 10 bzw. 11 für ein jeweils entsprechend temperiertes Heizmedium. Nach Stufe F tritt bei 18 Koks aus dem Reaktor. In dieser letzten Stufe F ist außerdem ein Kreislauf 16 mit Pumpe 17 oder eine Fördereinrichtung für gasförmige Medien oder fluidisierbare Feststoffe für ein Trägermedium zum Reinigen der Rohrinnenwand dieser Stufe, z.B. ein Flüssigmetall oder dergleichen, vorgesehen. Es versteht sich, daß zwischen Abscheider 12 und Kondensator 13 jeweils eine Rücklaufkolonne eingeschaltet sein kann, wie es auführlicher im Zusammenhang mit dem Beispiel nach Fig. 2 beschrieben ist.

[0049] In Fig. 2 sind vier Stufen A, C, D und E eines weiteren Beispieles dargestellt. Der eigentliche Einrohrreaktor 8 ist wiederum von einem Mantelrohr 9 umgeben, wie es in dieser Fig. nur teilweise gezeigt ist. Das in einem Tank 6 befindliche Altöl wird durch eine Pumpe 5 in das Einrohr 8 gedrückt, wo es durch zwischen das Mantelrohr 9 und das Einrohr 8 im Gegenstrom eingebrachtes in dem Warmwasserbe­reiter 20 erwärmtes Warmwasser auf ca. 90° C erwärmt wird. In drei Zwischenabscheidern 12 a, 12b und 12c kann Gas abge­schieden werden. Von den Zwischenabscheidern geht das ab geschiedene Gas zu dem Hauptabscheider 12 über eine Rück­laufkolonne 21, wo sich der Kondensator 22 anschließt. Ent­sprechend der hier erreichten Temperatur werden hier bei 23 je nach Temperatur leichtsiedende Öle und Wasser ausge­schieden.

[0050] Das Altöl wird mit der Pumpe 24 in die zweite Stufe C wei­tergefördert (eine der Stufe B in Fig. 1 entsprechende Stufe ist in diesem Beispiel nicht vorgesehen), wo es mittels in dem Ofen 25 erwärmten Wärmeträgeröls auf 120 bis 150° C erwärmt wird. Auch in dieser Stufe sind wieder Zwischenab­scheider 12a,12b, 12c und am Ende der Stufe ein Hauptab­scheider 12 mit Rücklaufkolonne 21 vorgesehen. Über den Kondensator 22 wird hier Schwerbenzin bei 26 ausgeschieden. in der dritten Stufe D wird über die Pumpe 27 das Altöl mit­tels in dem Brenner 28 erwärmter Heißgase auf 220 bis 250° C erwärmt und mittels der Vakuumpumpe 29 auf einen Unterdruck von ca. 50 bis 200 mbar gebracht. Im Anschluß an diese Vaku­umpumpe kann für nicht kondensierbare Gase eine thermische Nachverbrennung stattfinden. Über den Kondensator 22 wird hier bei 30 Gasöl (Neutralöl in einer nicht gezeichneten anschließenden Stufe) abgeschieden. Die Pumpe 31 fördert das Sumpfprodukt von Stufe C nach Stufe E. In dieser vierten Stufe des vorliegenden Beispiels kann das Öl durch Heißgase weiter auf ca. 300° C erhitzt werden. Eine Vakuumpumpe 29 bringt auch hier das Altöl auf einen Unterdruck von ca. 1 bis 100 mbar. Gasabscheidung findet in dem Hauptabscheider 12 statt. Das Gas wird über die Rücklaufkolonne 21 zum Kon­densator 22 geführt. In diesem werden bei 32 Grundöle aus­geschieden. In einer weiteren hier nicht dargestellten Stufe kann das Verkoken stattfinden bei 1 mbar bis 10 bar Über­druck, vorzugsweise Atmosphärendruck. In dieser Stufe kann auch dem Altöl ein s.g. Trägermedium, z.B. flüssiges Zinn, Sand o. dgl. zugeführt werden, um evtl. Anbackungen von Koks an der Rohrinnenwand zu beseitigen.

[0051] Wie in Fig. 4 dargestellt, welche Hauptabscheider 12 der dritten und vierten Stufe des Beispieles nach Fig. 3 zeigt, können für die hier abgezweigten Öle in den Seitensträngen noch zusätzliche Einrohrreaktoren 14 und 15 zum Hydrieren der Derivate eingesetzt werden. Die Rohre des Einrohrreak­tores 8 und des Mantelrohres 9 erweitern sich hier in Fließ­richtung. Die Zu- bzw. Ableitungsrohre 10 und 11 führen zu den entsprechenden Öfen zum Erwärmen des Altöles. Bei hori­zontaler Anordnung der Rohre kann es zur Vermeidung eines Festsetzens von Altöl und Schmutzteilen am Boden des Rohres sehr vorteilhaft sein, Mittel vorzusehen, um das Altöl zu verwirbeln. Hierzu können z.B. Turbulatoren oder eine oder mehrere in Abständen angebrachte Rohrverengungen dienen. Letztere können z.B. durch Eindellungen im Rohr erzeugt werden. Auch Richtungsänderungen des Rohres in Wellen oder dgl. können hierfür brauchbar sein.

[0052] Es kann auch besonders in der letzten Stufe mit dem größten Vakuum ein Rücklauf von bereits verarbeitetem Altöl am Anfang oder an mehreren Stellen längs des Reaktors wieder eingeführt werden. (Produktrecycling)

[0053] Auch Trägermedien können am Anfang oder an beliebigen Stel­len längs des Reaktors eingeführt werden.

[0054] Das geschilderte erfindungsgemäße Verfahren und die dazu­gehörige Vorrichtung zum Trennen und Hydrieren von Altöl sind analog bei entsprechenden Drücken und Temperaturen auch anwendbar für Pyrolyseöl, das bei der Pyrolyse von Abfallstoffen oder anderen Stoffen anfällt, insbesondere bei der Pyrolyse von Altreifen und Kunststoffabfällen. Dabei bringt der Einrohrreaktor wegen seiner großen Auf­bereitungs- und Produktselektivität große Vorteil.

Ansprüche

1) Verfahren zur kontinuierlichen Aufbereitung von Altöl, wobei das Altöl erwärmt und einer anschließenden Frak­tionierung und Destillation in Produkte unterschied­licher Qualitäten (Seitenfraktionen) unterzogen wird, und wobei Vorkehrungen zur Freihaltung von Ablagerungen getroffen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Altöl in einem Einrohrreaktor stufenweise immer höher erwärmt wird, und zwar in jeder Stufe auf eine F=für die jeweili­ge gewünschte Qualität (Seitenfraktion) erforderliche genaue Temperatur und den entsprechenden genauen Druck (Unter- oder Überdruck) sowie bei exakt einstellbarer Verweilzeit in dem Reaktor, und daß am Ende jeder Stufe das erwärmte Öl unmittelbar ohne Speicherung und damit ohne Verweilzeit abgeschieden und zu dem gewünschten Produkt destilliert wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck von Stufe zu Stufe auf ein Vakuum bis auf 1mbar verkleinert wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hydrierung in einem Seitenstrang des Einrohr­reaktors bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 450 ° C, vorzugsweise 250 bis 350° C, und bei einem Druck zwischen 1oo bis ca. 3oo bar durchgeführt wird.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß in der Endstufe des Reaktors die Temperatur im Bereich von ca. 3oo bis 9oo° C liegt und der Druck zwischen 1 mbar und 1o bar, vorzugs­weise Atmosphärendruck.

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Altöl in den Einrohrreaktor einge­düst und dabei zerstäubt wird.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß in einer der letzten zu einer Seiten­fraktion führenden Stufen des Einrohrreaktors eine gegen­über der Anfangsgeschwindigkeit des Altöls erhöhte Strö­mungsgeschwindigkeit herbeigeführt und das Temperatur­niveau über die allgemeine Vercrackungstemperatur von 300 bis 320° C auf ca. 325 bis 800° C angehoben wird.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß nach einer Entwässerungsstufe das Alt­öl in einer einzigen Stufe steigend bis zu etwa 800° C am Ende dieser Stufe erwärmt und bis zu einer sehr hohen Endgeschwindigkeit, die im Bereich der Schallgeschwin­digkeit liegen kann, durch den Reaktor gefördert und am Ende schlagartig auf eine Temperatur unterhalb der nor­malen kritischen Vercrackungstemperatur abgekühlt wird und anschließend die verschiedenen Fraktionen stufenweise bei entsprechenden Dampfdrücken und Siedepunkten abdestil­liert werden.

8) Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen herbeigeführt wird:

a) es wird der Pumpendruck am Anfang des Reaktors erhöht,

b) die bei der durch Verdampfung bei der Destillation ein­tretende Volumenzunahme wird nicht durch Zwischenab­scheider abgezogen,

c) es wird in der End- bzw. einzigen Stufe am Ende des Reaktors eine Vakuum angelegt,

d) es werden flüssige oder gasförmige Teile oder ein Ge­misch von beiden zurückgeführt.

9) Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­kennzeichnet, daß im mittleren Bereich zwischen Anfang und Ende des Einrohreaktors die Förderung durch wenigstens eine zusätzliche mechanishe Fördervorrichtung unterstützt wird.

10) Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Abkühlung durch Aufprallen des För­derstromes auf eine gekühlte Fläche am Ende der Stufe mit einem s.g. Klatsch-Effekt herbeigeführt wird..

11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß zum Freihalten der Innenwand des Rohres in durch Anbackungen, Anlagerungen oder Koksablagerungen gefährdeten Stufen des Reaktors dem Öl abrasiv wirkend nicht verkokende Bestandteile zugegeben werden.

12) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­kennzeichnet, daß zur Kontrolle einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit, um Ablagerungen an der Rohr­innenwand zu vermeiden, der von der Strömungsgeschwin­digkeit abhängige Abrieb an der Rohrinnenwand durch Zäh­lung mittels eines Geigerzählers der an einer radioaktiv bestrahlten Stelle des Rohres abgetragene Partikel ge­messen wird.

13) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­kennzeichnet, daß in das Öl und / oder das Rohr bis zur Resonanz steigerbare Schwingungen eingeleitet werden.

14) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­kennzeichnet, daß die für die Altölaufbereitung benötigten Chemikalien, z.B. Wasserstoff beim Hydrieren oder Natrium für die Chlorbindung, an einer oder mehreren Stellen längs des Reaktors eingespeist werden.

15) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­kennzeichnet, daß zum Erwärmen des Altöls nicht aggressives Heißgas in einem Ringraum um das Einrohr eingeleitet wird.

16) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einer das Altöl aus einem Vorrats­behälter kontinuierlich fördernden Pumpe, gekennzeichnet durch einen an die Pumpe (5) angeschlossenen Einrohr­reaktor (8), der in Sektionen (A bis F) unterschiedlich beheizbarer Temperaturen und einstellbarer Drücke unter­teilt ist und bei dem am Ende jeder Sektion Abscheider (12) und Kondensatoren (13,22) angeordnet sind.

17) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einem Abscheider (12) ein als Einrohr­reaktor ausgebildeter Seitenstrang (14,15) abgeht.

18) Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Einrohr (8) von einem rohrförmigen Außenmantel (9) mit Abstand umgeben ist und daß Mittel zum Einbringen eines Wärmeträgermediums zwischen beide Rohre (8 und 9) vorgesehen sind.

19) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrdurchmesser längs des Reaktors unterschiedlich ist.

20) Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrdurchmesser in Fließrichtung des Altöls zunimmt.

Zeichnung