[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sekundärressourcengewinnung aus organischen
Verbindungen enthaltenden Abfällen.
[0002] Stand der Technik bei der thermischen Behandlung von Restabfällen ist die Müllverbrennung.
[0003] Insbesondere im Zuge der wachsenden ökologischen Probleme und Ressourcenknappheit
wird es jedoch zunehmend dringlicher, Abfälle nicht lediglich zu entsorgen oder thermisch
zu verwerten, sondern als Quelle zur Sekundärressourcengewinnung nutzbar zu machen.
[0004] Als besonders vorteilhaft hat sich hierfür das sogenannte Verölungsverfahren erwiesen,
auch als katalytische drucklose Verölung (KDV) oder thermokatalytische Niedertemperaturkonvertierung
(NTK) bekannt, d.h. ein technisches Depolymerisationsverfahren wonach künstliche oder
natürliche Polymere und langkettige Kohlenwasserstoffe unter Zusatz eines zeolithischen
Katalysators bei Temperaturen von weniger als 400 °C ohne Überdruck in kurzkettigere
aliphatische (eher bevorzugt, andere wie aromatische werden in Spuren ebenfalls entstehen)
Kohlenwasserstoffe, vergleichbar mit synthetischem Leichtöl, umgewandelt werden. (vgl.
"Verölung", abgerufen aus Wikipedia am 25.01.2022).
[0005] Ein Überblick über aktuell in Deutschland angebotene bzw. betriebene Verfahren findet
sich zum Beispiel im Abschlussbericht des Umweltbundesamtes zur "Evaluation neuer
Entwicklungen bei alternativen thermischen Abfallbehandlungsanlagen mit dem Schwerpunkt
Verölungsverfahren" von M. Pohl und P. Quicker (Texte 77/2018, Projektnummer 82615,
UBA-FB 002679). Nach dem dort detailliert untersuchten, auch als "Catalytische Tribochemische
Conversion" (CTC) bezeichneten, von der Dieselwest GmbH (2021 umfirmiert in CARBOWEST
GmbH) betriebenen Verfahren werden Restabfälle zunächst mehrstufig aufgearbeitet,
d.h. zerkleinert, auf eine Korngröße von maximal 2 mm gesiebt, Eisen- und Nichteisenmetalle
abgetrennt, Additive in Form von synthetischen oder natürlichen Zeolithen als Katalysatoren
sowie Brandkalk als Neutralisator zugesetzt und auf einen Wassergehalt von weniger
als 2 % getrocknet. Der Verölungsprozess selbst wird in flüssiger Phase in einem Reaktor
durchgeführt, der aus zwei zylindrischen Gefäßen gebildet ist, die sich im unteren
Bereich kegelförmig verjüngen, und die übereinander angeordnet sind. Startöl wird
vorgelegt. Dieses wird vor Zuführung der aufbereiteten Restabfälle zunächst auf Reaktionstemperatur
(320 bis 420 °C je nach Ausgangsmaterial) durch mehrere Energieeintragungsgeräte,
insbesondere Turbinen und oder Pumpen, erwärmt, mit denen der Reaktorinhalt ständig
durchmischt und umgepumpt wird. Die aufbereiteten Restabfälle werden in den unteren
Bereich des Reaktors mittels einer Schnecke unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zugeführt.
Dadurch wird erreicht, dass sich das zugeführte Material mit dem vorgelegten Öl vermischt
und eine Suspension entsteht, die am unteren Ende des Reaktors über die Turbinen oder
Pumpen angesaugt und über externe Leitungen und angeschlossene Düsen wieder in den
oberen Teil des Reaktors injiziert wird. Durch die intensive Durchmischung werden
die Polymere aufgebrochen und verdampfen, sobald die Kettenlänge ausreichend kurz
ist. Die Dämpfe werden am Kopf des Reaktors unter Zuhilfenahme eines leichten Unterdruckes
abgezogen und mittels Sprühkühler unter Erhalt des Produktöls kondensiert. Dieses
weist jedoch keine konstante Qualität auf, und eine Dauerbetriebsfähigkeit der Anlage
konnte nicht aufgezeigt werden.
[0006] Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verölungsverfahren zur Sekundärressourcengewinnung
aus organische Verbindungen enthaltenden Abfällen als Ausgangsmaterial zur Verfügung
zu stellen, das kontinuierlich betreibbar ist, und das eine gleichförmige Qualität
des Produktöls bezüglich des maximal zulässigen Sauerstoff- und Stickstoffgehalts
sowie des Mindestbrennwerts gewährleistet, sofern das eingesetzte Ausgangsmaterial
organische Verbindungen in einem Massenanteil von mindestens 60 % enthält. Insbesondere
soll im Produktöl der Sauerstoffgehalt einen Massenanteil von 4% und der Stickstoffgehalt
einen Massenanteil von 1,2 % nicht überschreiten sowie der Mindestbrennwert desselben
41 MJ/kg sein.
[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein kontinuierliches Verfahren zur Sekundärressourcengewinnung
aus in einem Massenanteil von mindestens 60 % organische Verbindungen enthaltenden
Abfällen als Ausgangsmaterial durch Verölung unter Erhalt eines Produktöls in einem
zweigeteilten Reaktor mit einem ersten, unteren Bereich, worin ein Anfahröl vorgelegt
wird bis zu einer Höhe von mindestens der Hälfte der Gesamthöhe desselben,
und mit einem zweiten, oberen Bereich, der mit dem unteren Bereich verbunden ist und
der beim Anfahren keine Flüssigkeit enthält, in welchen über jeweils eine oder mehrere
externe Rohrleitung(en) mittels jeweils einer, zweier oder mehrerer Turbinen oder
Pumpen mit einem Verhältnis von gerichteter zu ungerichteter Impulsleistung im Bereich
von 1/6 bis 1/2 der Reaktorinhalt vom unteren Ende des ersten, unteren Bereichs des
zweigeteilten Reaktors umgepumpt wird,
unter Abzug von Produktdampf vom oberen Ende des zweiten, oberen Bereichs des zweigeteilten
Reaktors, der anschließend mit einem kalten Teilstrom von Produktöl abgequencht wird,
wobei das Produktöl erhalten wird,
indem das Anfahröl zunächst durch Umpumpen über die eine, zwei oder mehreren Pumpen
oder Turbinen auf eine Betriebstemperatur im Bereich von 280 bis 420°C aufgeheizt
wird, worauf das aufbereitete Ausgangsmaterial kontinuierlich in den ersten, unteren
Bereich des zweigeteilten Reaktors unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zugeführt wird,
und wobei der Reaktorinhalt vom unteren Ende des ersten, unteren Bereichs des zweigeteilten
Reaktors in den zweiten, oberen Bereich des zweigeteilten Reaktors umgepumpt wird,
dergestalt, dass das Verhältnis der Zulaufverweilzeit des Ausgangsmaterials zur Umpumpverweilzeit
des Reaktorinhalts im Bereich von 250 zu 1 bis 5000 zu 1 liegt.
[0008] Die Erfindung geht aus von bekannten Verölungsverfahren zur Aufarbeitung von organischen
Verbindungen enthaltenden Abfällen, insbesondere vom sogenannten "Dieselwest"-Verfahren,
das im vorstehend aufgeführten Abschlussbericht des Umweltbundesamtes "Evaluation
neuer Entwicklungen bei alternativen thermischen Abfallbehandlungsanlagen mit dem
Schwerpunkt Verölungsverfahren" von M. Pohl und P. Quicker (Texte 77/2018, Projektnummer
82615, UBA-FB 002679) dargelegt wurde.
[0009] Als Ausgangsmaterial sind beliebige Abfälle einsetzbar, vorausgesetzt sie enthalten
organische Verbindungen in einem Massenanteil von mindestens 60%. Bevorzugt sind Ausgangsmaterialien
mit organischen Verbindungen in einem Massenanteil von mindestens 80%, weiter bevorzugt
von mindestens 90%, insbesondere Ausgangsmaterialien enthaltend künstliche organische
Verbindungen in einem Massenanteil zwischen 60 und 80% und natürliche organische Verbindungen
in einem Massenanteil zwischen 0 und 30%.
[0010] Regelmäßig handelt es sich hierbei um langkettige organische Verbindungen, insbesondere
um petrochemische Abfallstoffe, organische Siedlungsabfälle, Klärschlamm, pflanzliche
Biomasse, insbesondere Abfälle aus Land-, und Forstwirtschaft, biologisch nachwachsende
Fette und Öle und tierische Biomasse.
[0011] Als langkettige organische Verbindungen werden üblicher Weise Polymere verstanden,
die aus mehreren 100 bis 4000 gleichartigen molekularen Einheiten, den Monomeren,
aufgebaut sind. Von den künstlichen Polymeren handelt es sich vorliegend insbesondere
um Mischungen von Low-Density-Polyethylen, High-Density-Polyethylen, Polypropylen,
Polystyrol, Polyisobuten, Polyethylenterephthalat, Polyamid 6, Polyamid 6.6 und/oder
Kunststoffabfälle auf Basis von Isocyanaten, die aufgrund ihrer stofflichen Beschaffenheit
und der dazugehörigen Herstellung aus etwa 2000 bis 4000 der jeweiligen Monomer-Einheiten
gebildet sind.
[0012] In einer Ausführungsform kann das Ausgangsmaterial Siedlungsabfälle, insbesondere
nicht sortierbare Kunststoffanteile hiervon, im besonderen Sortierfraktionen, die
aufgrund ihrer Abmessungen abgesondert werden und/oder Folienreste und/oder schwarze
Sortierreste, die durch Nahinfrarot- Spektroskopie nicht detektiert werden können,
und/oder Gewerbeabfälle, insbesondere Produktionsabfälle, bevorzugt Abfälle aus dem
Recycling von Personenkraftwagen, im Besonderen Autoschredderleichtmaterial, enthalten.
[0013] Die als Ausgangsmaterial eingesetzten Abfälle beinhalten häufig neben organischen
Verbindungen Inertstoffe, Füllstoffe, Metalle und/oder Restfeuchte, insbesondere Inertstoffe
und/oder Füllstoffe in einem Massenanteil von 0 bis 10%, bevorzugt unter 1%, Metalle
in einem Massenanteil von 0 bis 1%, bevorzugt unter 1%, und Restfeuchte in einem Massenanteil
von 0 bis 10%, bevorzugt unter 1%.
[0014] Darüber hinaus kann das Ausgangsmaterial (A) zusätzlich als Inertstoffe Siliziumdioxid
in Form von Quarzsand oder Baustoffen und/oder Aluminiumoxid und/oder Calciumhydroxid
und/oder als Füllstoffe Glashohl- und/oder Keramikkugeln, Glas- und/oder Kohlefasern
und/oder Gummipartikel, als auch metallische Stoffe, im Besonderen magnetische und
nichtmagnetische Metall-Verbundwerkstoffe und/oder aluminiumbeschichtete Stoffe, enthalten.
[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obigen Inert- und/oder Füllstoffe
den als Ausgangsmaterial eingesetzten Abfällen zugesetzt, um diverse Eigenschaften,
wie Festigkeit und Dehnfähigkeit, einzustellen.
[0016] Das Ausgangsmaterial wird vor der Zuführung in den Reaktor in bekannter Weise, insbesondere
wie im vorstehend dargelegten "Dieselwest"-Verfahren, vorab mehrstufig aufgearbeitet,
d.h. zerkleinert, auf eine Korngröße von maximal 2 mm gesiebt, Eisen- und Nichteisenmetalle
werden abgetrennt, Additive in Form von synthetischen oder natürlichen Zeolithen als
Katalysatoren sowie Brandkalk als Neutralisator zugesetzt und das Ausgangsmaterial
wird schließlich auf einen Wassergehalt von weniger als 2 % getrocknet.
[0017] Der Verölungsprozess wird in einem zweigeteilten Reaktor durchgeführt, mit einem
ersten, unteren und einem zweiten, oberen Bereich, der mit dem ersten, unteren Bereich
bevorzugt unmittelbar verbunden ist. Vorteilhaft laufen der erste, untere und/oder
der zweite, obere Bereich jeweils unten konisch aus, um ein Ablaufen des Fluides bei
Reinigungsarbeiten und Stillständen zu ermöglichen.
[0018] Die die beiden Bereiche verbindende Öffnung weist bevorzugt einen Durchmesser von
mindestens 1/5 des Durchmessers zweiten, oberen Bereichs, bevorzugt von mindestens
1/3 des Durchmessers des zweiten, oberen Bereichs, auf.
[0019] In einer Ausführungsform können beide Reaktorbereiche in einen gemeinsamen Reaktormantel
integriert sein.
[0020] Vorteilhaft kann der erste, untere Bereich des zweigeteilten Reaktors ein Höhe zu
Durchmesser-Verhältnis von 3 zu 1 bis 1 zu 3, bevorzugt von 1,5 zu 1 aufweisen, und
insbesondere als stehender oder liegender Zylinder ausgebildet sein.
[0021] In den zweiten, oberen Bereich wird über jeweils eine oder mehrere externe Rohrleitung(en)
mittels jeweils einer, zweier oder mehrerer Pumpen oder Turbinen mit einem Verhältnis
von gerichteter zu ungerichteter Impulsleistung im Bereich von 1/6 bis 1/2 der Reaktorinhalt
vom unteren Ende des ersten, unteren Bereichs des zweigeteilten Reaktors umgepumpt.
[0022] In den ersten, unteren Bereich wird zur Inbetriebnahme ein Anfahröl vorgelegt bis
zu einer Höhe von mindestens der Hälfte der Gesamthöhe desselben, bevorzugt bis zu
einer Höhe von mindestens 2/3 der Gesamthöhe desselben.
[0023] Als Anfahröl wird vorteilhaft eine Mischung aus Produktöl und einem Mineralöl mit
einem Siedepunkt größer als 280 °C, bevorzugt in einem Massenverhältnis von 10 % Mineralöl
zu 90 % Produktöl bis 90 % Mineralöl zu 10 % Produktöl, insbesondere von 50 % Mineralöl
zu 50 % Produktöl, eingesetzt.
[0024] Das Anfahröl wird zunächst durch Umpumpen über die eine, zwei oder mehreren Pumpen
auf eine Betriebstemperatur im Bereich von 280 bis 420°C aufgeheizt, worauf das vorab
aufbereitete Ausgangsmaterial kontinuierlich in den ersten, unteren Bereich des zweigeteilten
Reaktors unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zugeführt wird, bevorzugt über eine oder
mehrere Schnecke(n). Alternativ kann das vorab aufbereitete Ausgangsmaterial auch
über einen oder mehrere Extruder zugeführt werden.
[0025] Der Reaktorinhalt wird kontinuierlich vom unteren Ende des ersten, unteren Bereichs
des zweigeteilten Reaktors in den zweiten, oberen Bereich des zweigeteilten Reaktors
über die jeweils eine oder mehrere externen Rohrleitung(en) mittels der jeweils einen,
zwei oder mehreren Pumpen und/oder Turbinen mit einem Verhältnis von gerichteter zu
ungerichteter Impulsleistung im Bereich von 1/6 bis 1/2 umgepumpt.
[0026] Bevorzugte Pumpen sind hierbei Flüssigringvakuumpumpen, als auch Impellerpumpen mit
zurückgesetztem Laufrad sowie Kreiskolbenpumpen und Schraubenspindelpumpen. Die gerichtete
Impulsleistung wird dabei über den Förderdruck (Druckverlust) und den Volumenstrom
im Verhältnis zur eingebrachten Pumpenleistung bestimmt. Die ungerichtete Impulsleistung
wird für den Fachmann auch als dissipierte Leistung bezeichnet.
[0027] Vorteil dieses Energieeintrages ist die homogene Erwärmung des Fluides von innen
nach außen, es gibt keine heißen Wände wie bei externen Erwärmungsmethoden über die
Wand. Zweiter wesentlicher Vorteil des direkten dissipativen Energieeintrags ist die
hohe Durchmischung und Beanspruchung des Ausgangsmaterials.
[0028] Die erforderliche Schmelzwärme wird durch das umgebende Fluid bereitgestellt. Durch
die hohe Durchmischungsleistung der Pumpen kommt es zu einem Zerkleinern und zu Zerreißen
der eingetragenen Feststoffpartikel in der Umpumpströmung. Dabei werden auch die Katalysatorpartikel
mit den eingetragenen und aufgeschmolzenen Feststoffpartikeln durchmischt und zerkleinert.
Durch die hohen Scherkräfte und die Kavitation bedingt durch Umfangsgeschwindigkeiten
von etwa 15 bis 20 m/s und der schlagartigen Verdampfung und Kondensation an den Pumpenorganen
kommt es in der flüssigen Phase zum Cracken der ursprünglichen langkettigen organischen
Verbindungen aus den eingetragenen Feststoffpartikeln. Durch die hohen Scherraten
werden zudem die aktiven Zentren der Katalysatoren kontinuierlich erneuert. In der
Folge werden beispielsweise Low-Density Polyethylen-Abfälle mit ursprünglich typischer
Weise 2000 bis 4000 Monomer-Einheiten auf im Mittel 3 bis 16 Monomer-Einheiten gecrackt.
[0029] Erfindungswesentlich ist hierbei, dass das Verfahren dergestalt geführt wird, dass
das Verhältnis der Zulaufverweilzeit des Ausgangsmaterials zur Umpumpverweilzeit des
Reaktorinhalts im Bereich von 250 zu 1 bis 5000 zu 1 liegt, d. h. das Umpumpen des
Reaktorinhalts erfolgt ungleich viel schneller als die Zuführung des Ausgangsmaterials.
Dies ist mit ausschlaggebend, um die für die oben erläuterten Depolymerisationsvorgänge
erforderlichen hohen Scherraten zu erreichen.
[0030] Die Zulaufverweilzeit ist definiert durch das Verhältnis von Gesamtreaktorvolumen
zum Zulaufvolumenstrom der Einsatzstoffe.
[0031] Die Umpumpverweilzeit ist definiert durch das Verhältnis des flüssigen Gesamtreaktorvolumen
zum gesamten Pumpenvolumenstrom. Das flüssige Gesamtreaktorvolumen sowie auch der
gesamte Pumpenvolumenstrom werden durch Massendurchflussmesser (Massflowmeter) ermittelt,
beispielsweise über standardmäßige Coriolis-Massendurchflussmesser. Die Umpumpverweilzeit
teilt sich selbst noch auf in die Umpumpverweilzeit in den ersten, unteren Bereich
des zweigeteilten Reaktors und die Umpumpverweilzeit in den zweiten, oberen Bereich
des zweigeteilten Reaktors.
[0032] Bevorzugt sind Verhältnisse der Zulaufverweilzeit des Ausgangsmaterials zur Umpumpverweilzeit
des Reaktorinhalts im Bereich von 250 zu 1 bis 5000 zu 1.
[0033] Bevorzugt wird das Verfahren dergestalt betrieben, dass die Umpumpverweilzeit des
Reaktorinhalts im Bereich von 15 bis 55 Sekunden, weiter bevorzugt im Bereich von
25 bis 40 Sekunden, liegt. Entsprechend liegen die Zulaufverweilzeiten des Ausgangsmaterials
bevorzugt im Bereich von etwa 2 Stunden bis etwa 75 Stunden.
[0034] Der flüssige Umpumpstrom wird beim Durchströmen in Folge des ungerichteten Energieeintrages
durch die Pumpen geringfügig überhitzt und wird in den zweiten, oberen Bereich des
zweigeteilten Reaktors durch einen geringen Druckunterschied entspannt. Dabei platzt
der Flüssigkeitsstrahl auf und verteilt sich auf die vorhandene Wandoberfläche im
zweiten, oberen Bereich des zweigeteilten Reaktors, und die Leichtsieder können leichter
entweichen.
[0035] Als Flächenbelastung B wird der Durchsatz des Umpumpvolumenstromes bezogen auf die
Fläche verstanden, vorliegend die Fläche der Innenwände im zweiten, oberen Bereich
des zweigeteilten Reaktors.
[0036] Durch eine vorteilhafte Einstellung der Flächenbelastung B des Umpumpstromes im zweiten,
oberen Bereich des zweigeteilten Reaktors über den Volumenstrom desselben sowie über
die Geometrie des zweiten, oberen Bereichs des zweigeteilten Reaktors auf einen Wert
im Bereich von 25 m3/m2/h bis 250 m3/m2/h, bevorzugt auf einen Wert von etwa 100 m3/m2/h,
werden optimale Ergebnisse bezüglich der oben dargelegten physikalisch-chemischen
Prozesse, und somit der Aufspaltung der langkettigen Polymere erreicht.
[0037] Es ist weiter bevorzugt, dass die Innenwände des zweigeteilten Reaktors im zweiten,
oberen Bereich desselben teilweise oder vollständig beheizt und/oder mit Produktöl
benetzt sind. Dadurch wird die Verdampfung von leichter flüchtigen Kohlenwasserstoffen
unterstützt.
[0038] Aus dem zweiten, oberen Bereich des zweigeteilten Reaktors werden kontinuierlich
die Dämpfe abgezogen und in bekannter Weise, insbesondere in einem Sprühkühler, unter
Erhalt des Produktöls, kondensiert. Besonders vorteilhaft ist ein mehrstufiger Sprühkühler.
[0039] Der Rückstand aus dem ersten, unteren Bereich des zweigeteilten Reaktors wird vorteilhaft
bei Bedarf oder in regelmäßigen Abständen ausgetragen und absetzen gelassen und das
überstehende Ölgemisch wird wieder in den ersten, unteren Bereich des zweigeteilten
Reaktors zurückgeführt.
[0040] Vorteilhaft wird der Reaktorinhalt oder ein Teilstrom des Reaktorinhaltes tangential
in das obere Drittel des zweiten, oberen Bereichs des zweigeteilten Reaktors zurückgepumpt.
Dadurch kann um eine hohe Verteilung auf der Oberfläche des zweiten, oberen Bereichs
des zweigeteilten Reaktors und damit ein gutes Ausgasen der erzeugten Produkte erreicht
werden.
[0041] In einer bevorzugten Ausführungsform wird lediglich ein erster Teilstrom von 20 bis
80 % des Reaktorinhalts vom unteren Ende des ersten, unteren Bereichs des zweigeteilten
Reaktors in den zweiten, oberen Bereich des zweigeteilten Reaktors umgepumpt und ein
zweiter Teilstrom von 80 bis 20%, bevorzugt von 60 bis 70% des Reaktorinhalts vom
unteren Ende des ersten, unteren Bereichs des zweigeteilten Reaktors in den ersten,
unteren Bereich des zweigeteilten Reaktors zurückgepumpt. Durch diese Fahrweise kommt
es zu einer besseren Durchmischung und einer besseren Verteilung des eingetragenen
Ausgangsmaterials auf die Pumpen.
[0042] In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der zweite, obere Bereich des zweigeteilten
Reaktors als einstufige oder mehrstufige Trennkolonne genutzt werden, indem ein trennbarer
Flansch vorgesehen ist, über den ein oder mehrere horizontale Lochbleche einsetzbar
sind. Vorteilhaft werden Lochbleche mit einem Öffnungsverhältnis von 20 bis 40 % eingesetzt.
[0043] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann für die Zuführung des Umpumpstromes
ein zentrales Rohr über einen trennbaren Flansch eingesetzt werden. Dadurch lässt
sich unerwünschtes Schäumen verhindern.
[0044] Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren ermöglicht es insbesondere, dass der
Sauerstoffanteil im Produktöl gegenüber dem Ausgangsmaterial um 40 bis 90 %, insbesondere
um 80%, und dass der Stickstoffanteil im Produktöl gegenüber dem Ausgangsmaterial
um 50 bis 80 %, insbesondere um 70%, niedriger ist.
[0045] Gleichfalls ermöglicht das erfindungsgemäße kontinuierliches Verfahren insbesondere,
dass ein Produktöl mit einem Brennwert zwischen 41 und 46 Megajoule pro Kilogramm,
bevorzugt von etwa 45 Megajoule pro Kilogramm, erhalten wird.
[0046] Nach dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahren wird insbesondere im Produktöl
die Bildung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Naphthalin,
Acenaphthalin, Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren, Anthracen, Fluoranthen, Pyren und/oder
Benzo(a)pyren, minimiert, und die Summe der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe
beträgt zwischen 100 und maximal 1000 ppm, vorzugsweise maximal 600 ppm.
[0047] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung
näher erläutert.
[0048] In der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Reaktors zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Figuren 2A und 2B Querschnittsdarstellungen
durch zwei bevorzugte Ausführungsformen von Reaktoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
[0049] Figur 1 zeigt einen zweigeteilten Reaktor R mit einem ersten, unteren Bereich I und
einem zweiten, oberen Bereich II.
[0050] Das Ausgangsmaterial A wird über eine Förderschnecke kontinuierlich in den ersten,
unteren Bereich I des zweigeteilten Reaktors R unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
in demselben zugeführt.
[0051] Über eine externe Rohrleitung 1 wird mittels einer Pumpe 2 der Reaktorinhalt RI aus
dem ersten, unteren Bereich I des Reaktors R in den zweiten, oberen Bereich II des
Reaktors R gepumpt. Vom oberen Ende des zweiten, oberen Bereichs II des Reaktors R
wird Produktdampf abgezogen und mit einem Teilstrom von kaltem Produktöl gequencht,
unter Erhalt des Produktöls P, das abgezogen wird.
[0052] In den Querschnittsdarstellungen in den Figuren 2A und 2B werden eine Ausführungsform
mit 4 Pumpen und zwei Sprühkühlern (in Figur 2A) beziehungsweise eine Ausführungsform
mit 4 Pumpen und einem Sprühkühler (in Figur 2B) gezeigt.
Ausführungsbeispiel 1:
[0053] Als Ausgangsmaterial A wurden insgesamt 25 Tonnen eines Ersatzbrennstoffes nach RAL
724 mit den Stoffdaten entsprechend Spalte 1 der unten stehenden Tabelle 1 in einem
zweigeteilten Reaktor R wie in Figur 1 dargestellt, prozessiert. Die Umpumpverweilzeit
betrug im Mittel 41 s, bei einer Reaktortemperatur von 360 °C.
[0054] In Spalte 2 sind die entsprechenden Stoffdaten für das erhaltene Produktöl (P) aufgeführt
Tabelle 1: |
Ausgangsmaterial |
Produktöl |
Brennwert in Megajoule pro Kilogramm |
39,1 |
44,9 |
Feuchte in Gewichtsprozent |
2 |
0,25 |
Inertstoffe in Gewichtsprozent |
3 |
0,1 |
(Schütt)-Dichte in Kilogramm pro Kubikmeter |
38 |
822 |
C (Messwert) in Gewichtsprozent |
77,10 |
83,3 |
H (Messwert) in Gewichtsprozent |
12,90 |
13,2 |
N (Messwert) in Gewichtsprozent |
1,72 |
1,11 |
O (Messwert) in Gewichtsprozent |
7,0 |
1,7 |
Kunststoff in Gewichtsprozent |
86,1 |
|
Biomasse in Gewichtsprozent |
13,9 |
Metalle in Gewichtsprozent |
0,0 |
[0055] Die Stoffdaten zeigen eine signifikante Absenkung des Stickstoff- und insbesondere
des Sauerstoffanteils im Produktöl sowie eine bedeutende Zunahme des Brennwerts.
Ausführungsbeispiel 2:
[0056] Als Ausgangsmaterial A wurden insgesamt 20 Tonnen eines Ersatzbrennstoffes nach RAL
724 mit den Stoffdaten entsprechend Spalte 1 der unten stehenden Tabelle 2 in einem
zweigeteilten Reaktor wie in Figur 1 dargestellt, prozessiert. Die Umpumpverweilzeit
betrug im Mittel 35 s, bei einer Reaktortemperatur von 380 °C.
[0057] In Spalte 2 der Tabelle 2 sind die entsprechenden Stoffdaten für das erhaltene Produktöl
aufgeführt
Tabelle 2 |
Ausgangsmaterial |
Produktöl |
Brennwert in Megajoule pro Kilogramm |
39,1 |
44,7 |
Feuchte in Gewichtsprozent |
2,0 |
0,25 |
Inertstoffe in Gewichtsprozent |
1,5 |
0,1 |
(Schütt)-Dichte in Kilogramm pro Kubikmeter |
38 |
822 |
C (Messwert) in Gewichtsprozent |
77,10 |
84,0 |
H (Messwert) in Gewichtsprozent |
12,90 |
13,3 |
N (Messwert) in Gewichtsprozent |
1,72 |
1,18 |
O (Messwert) in Gewichtsprozent |
7,0 |
1,3 |
Kunststoff in Gewichtsprozent |
66,7 |
|
Biomasse in Gewichtsprozent |
30,2 |
Metalle in Gewichtsprozent |
0,9 |
[0058] Die Stoffdaten zeigen eine signifikante Absenkung des Stickstoff- und insbesondere
des Sauerstoffanteils im Produktöl sowie eine bedeutende Zunahme des Brennwerts.
1. Kontinuierliches Verfahren zur Sekundärressourcengewinnung aus in einem Massenanteil
von mindestens 60 % organische Verbindungen enthaltenden Abfällen als Ausgangsmaterial
(A) durch Verölung unter Erhalt eines Produktöls (P) in einem zweigeteilten Reaktor
(R) mit einem ersten, unteren Bereich (I), worin ein Anfahröl vorgelegt wird bis zu
einer Höhe von mindestens der Hälfte der Gesamthöhe desselben,
und mit einem zweiten oberen Bereich (II), der mit dem unteren Bereich (I) verbunden
ist und der beim Anfahren keine Flüssigkeit enthält, in welchen über jeweils eine
oder mehrere externe Rohrleitung(en) (1) mittels jeweils einer, zweier oder mehrerer
Pumpen (2) mit einem Verhältnis von gerichteter zu ungerichteter Impulsleistung im
Bereich von 1/6 bis 1/2 der Reaktorinhalt (RI) vom unteren Ende des ersten, unteren
Bereichs (I) des zweigeteilten Reaktors (R) umgepumpt wird,
unter Abzug von Produktdampf vom oberen Ende des zweiten oberen Bereichs (II) des
zweigeteilten Reaktors (R), der anschließend mit einem kalten Teilstrom von Produktöl
(P) abgequencht wird, wobei das Produktöl (P) erhalten wird,
indem das Anfahröl zunächst durch Umpumpen über die eine, zwei oder mehreren Pumpen
(2) auf eine Betriebstemperatur im Bereich von 280 bis 420 °C aufgeheizt wird, worauf
das vorab aufbereitete Ausgangsmaterial (A) kontinuierlich in den ersten, unteren
Bereich (I) des zweigeteilten Reaktors (R) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zugeführt
wird,
und wobei der Reaktorinhalt (RI) vom unteren Ende des ersten, unteren Bereichs (I)
des zweigeteilten Reaktors (R) in den zweiten oberen Bereich (II) des zweigeteilten
Reaktors (R) umgepumpt wird, dergestalt, dass das Verhältnis der Zulaufverweilzeit
des Ausgangsmaterials (A) zur Umpumpverweilzeit des Reaktorinhalts (RI) im Bereich
von 250 zu 1 bis 5000 zu 1 liegt.
2. Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ausgangsmaterial (A) eingesetzten Abfälle organische Verbindungen in einem
Massenanteil von mindestens 80%, bevorzugt von mindestens 90%, insbesondere künstliche
organische Verbindungen in einem Massenanteil zwischen 60 und 80% und natürliche organische
Verbindungen in einem Massenanteil zwischen 0 und 30%, enthalten.
3. Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ausgangsmaterial (A) eingesetzten Abfälle neben organischen Verbindungen
Inertstoffe, Füllstoffe, Metalle und/oder Restfeuchte beinhalten, insbesondere Inertstoffe
und/oder Füllstoffe in einem Massenanteil von 0 bis 10%, bevorzugt unter 1%, Metalle
in einem Massenanteil von 0 bis 1%, bevorzugt unter 1%, und Restfeuchte in einem Massenanteil
von 0 bis 10%, bevorzugt unter 1%.
4. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (A) zusätzlich als Inertstoffe Siliziumdioxid in Form von Quarzsand
oder Baustoffen und/oder Aluminiumoxid und/oder Calciumhydroxid und/oder als Füllstoffe
Glashohl- und/oder Keramikkugeln, Glas- und/oder Kohlefasern und/oder Gummipartikel,
als auch metallische Stoffe, im Besonderen magnetische und nichtmagnetische Metall-Verbundwerkstoffe
und/oder aluminiumbeschichtete Stoffe, enthält.
5. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umpumpverweilzeit des Reaktorinhalts (RI) im Bereich von 15 bis 55 Sekunden liegt,
bevorzugt im Bereich von 25 bis 40 Sekunden.
6. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Anfahröl eine Mischung von Produktöl (P) und einem Mineralöl mit einem Siedepunkt
größer als 280 °C, bevorzugt in einem Massenverhältnis von 10 % Mineralöl zu 90 %
Produktöl (P) bis 90 % Mineralöl zu 10 % Produktöl (P), insbesondere in einem Massenverhältnis
von 50 % Mineralöl zu 50 % Produktöl (P), eingesetzt wird.
7. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbelastung B des Umpumpstromes im zweiten, oberen Bereich (II) des zweigeteilten
Reaktors (R) über den Volumenstrom desselben sowie die Geometrie des zweiten, oberen
Bereichs (II) des zweigeteilten Reaktors (R) auf einen Wert im Bereich von 25 m3/m2/h
bis 250 m3/m2/h, bevorzugt auf einen Wert von etwa 100 m3/m2/h, eingestellt wird.
8. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände des zweigeteilten Reaktors (R) im zweiten, oberen Bereich (II) desselben
teilweise oder vollständig beheizt und/oder mit Produktöl (P) benetzt sind.
9. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstand aus dem ersten, unteren Bereich (I) des zweigeteilten Reaktors (R)
bei Bedarf oder in regelmäßigen Abständen ausgetragen und absetzen gelassen wird und
das überstehende Ölgemisch wieder in den ersten, unteren Bereich (I) des zweigeteilten
Reaktors (R) zurückgeführt und der Rückstand über eine Separationseinheit, insbesondere
einen Filter oder einen Separator, abgetrennt wird.
10. Kontinuierliches Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein erster Teilstrom von 20 bis 80 % des Reaktorinhalts (RI) vom unteren
Ende des ersten, unteren Bereichs (I) des zweigeteilten Reaktors (R) in den zweiten,
oberen Bereich (II) des zweigeteilten Reaktors (R) und ein zweiter Teilstrom von 80
bis 20%, bevorzugt von 60 bis 70% des Reaktorinhalts (RI) vom unteren Ende des ersten,
unteren Bereichs (I) des zweigeteilten Reaktors (R) in den ersten, unteren Bereich
(I) des zweigeteilten Reaktors (R) umgepumpt wird.
11. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorinhalt (RI) oder ein Teilstrom des Reaktorinhalts (RI) in das obere Drittel
des zweiten, oberen Bereichs (II) des zweigeteilten Reaktors (R) zurückgepumpt wird.
12. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, obere Bereich (II) des zweigeteilten Reaktors (R) als einstufige oder
mehrstufige Trennkolonne genutzt wird, indem ein trennbarer Flansch (F) vorgesehen
ist, über den ein oder mehrere horizontale Lochbleche und/oder Gitter einsetzbar sind.
13. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffanteil im Produktöl (P) gegenüber dem Ausgangsmaterial (A) um 40 bis
90 %, insbesondere um 80%, und dass der Stickstoffanteil im Produktöl (P) gegenüber
dem Ausgangsmaterial (A) um 50 bis 80 %, insbesondere um 70% niedriger ist.
14. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennwert des Produktöls (P) zwischen 41 und 46 Megajoule pro Kilogramm, bevorzugt
45 Megajoule pro Kilogramm, beträgt.
15. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Produktöl (P) die Bildung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen,
insbesondere Naphthalin, Acenaphthalin, Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren, Anthracen,
Fluoranthen, Pyren und/oder Benzo(a)pyren, minimiert ist und die Summe der polyzyklischen
aromatischen Kohlenwasserstoffe zwischen 100 und maximal 1000 ppm, vorzugsweise maximal
600 ppm, beträgt.
16. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (A) Siedlungsabfälle, insbesondere nicht sortierbare Kunststoffanteile
hiervon, im Besonderen Sortierfraktionen, die aufgrund ihrer Abmessungen abgesondert
werden und/oder Folienreste und/oder schwarze Sortierreste, die durch Nahinfrarot-
Spektroskopie nicht detektiert werden können, und/oder Gewerbeabfälle, insbesondere
Produktionsabfälle, bevorzugt Abfälle aus dem Recycling von Personenkraftwagen, im
Besonderen Autoschredderleichtmaterial, enthält.
17. Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, untere Bereich (I) des zweigeteilten Reaktors (R) ein Höhe zu Durchmesser
Verhältnis von 3 zu 1 bis 1 zu 3, bevorzugt von 1,5 zu 1 aufweist, und insbesondere
als stehender oder liegender Zylinder ausgebildet ist.