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Dokumentenidentifikation DE19809717A1 09.09.1999
Titel Verfahren zur Umwandlung von längerkettigen Kohlenwasserstoffen, wie Altöle und Kunststoffe, durch katalytische Verdampfung
Anmelder K.R.U.G. katalytisches Recycling und Umwelttechnik GmbH, 08412 Werdau, DE
Erfinder Koch, Christian, 08412 Werdau, DE
DE-Anmeldedatum 06.03.1998
DE-Aktenzeichen 19809717
Offenlegungstag 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse C10G 51/04
IPC-Nebenklasse C10G 11/14   C10G 1/02   C08J 11/10   C10L 1/00   C07C 4/06   
IPC additional class // B01J 21/16,23/42  
Zusammenfassung Die Erfindung beschreibt ein Verfahren der katalytischen Umwandlung von Altölen und Kunststoffen mit einem Kaolin als Verdampfungskatalysator und einem Gemisch von Kaolin und platinhaltigen Katalysator als Nachreaktionskatalysator für den Dampf mit dem Produkt einer hochwertigen, für motorische und andere verbrennungstechnische Prozesse geeigneten Qualität, wobei die Energieausnutzung der Reststoffe die Prozeßwärme weitgehend decken und durch die Ausnutzung der großen Oberfläche des heißen Katalysatorstaubes eine kompakte Anlagengröße erreicht wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Stoffen mit längerkettigen Kohlenwasserstoffen, wie Altöle und Kunststoffe, durch einen katalytischen Verdampfungsprozeß und anschließender katalytischer Behandlung des Dampfes in einer Katalysatorschüttung zur Bildung eines heizölartigen Öles.

Bekannt ist die Verwendung eines Rührbehälters zur Vermischung von längerkettigen Kohlenwasserstoffen mit einer Schmelzofenschlacke als Katalysator, wobei der Rührbehälter von außen geheizt wird und so das Katalysator-Reststoffgemisch auf eine Temperatur von 400-500°C gebracht wird.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist sowohl der Katalysator, der eine schlechte Qualität des erzeugten Öles bewirkt als auch der Rührbehälter, der durch seine beschränkte Oberfläche eine Wandübertemperatur bewirkt, die zu teilweise giftigen Nebenprodukten führt. Das ergibt eine geringere Produktausbeute und Probleme bei der Aufarbeitung des Produktes.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich das Prinzip des Rührbehälters dadurch umkehren läßt, daß nicht ein senkrechter Rührer, sondern eine waagerechte Schnecke mit Durchlässen und nicht eine Schmelzofenschlacke, sondern reines Kaolin die Voraussetzung der Bildung eines guten Produktes bringt. Dabei ist die Produktqualität in der ersten Verdampfungsstufe durch Bildung eines Wachses noch beschränkt. Erst durch Nachschalten eines Katalysatorbettes mit ca. 400°C nach der katalytischen Verdampfung von ca. 450°C läßt sich ein stabiles Heizöl ohne Alterungseigenschaften erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dabei verwendeten katalytischen Stoffe werden an Hand der Fig. 1 näher erläutert. Mit 1 ist die Eingangsschleuse bezeichnet, die den Reststoff in Form von Altöl oder Restölen in den Abscheider 2 eindosiert. Der Abscheider 2 ist ein Schlamm- und Feststoffabscheider, der in Form eines Schräglamellenklärers oder Filter ausgebildet ist und ein Schneckentransportsystem 3 zum Austrag des Schlammes besitzt.

Die flüssige Komponente gelangt über eine Rohrleitung 4 in die Vordestillation 5 mit dem Umlaufverdampfer 6. Diese Vordestillation besitzt für die Zugabe von festen Reststoffen ein Zugabebehälter 7, der verschlußdicht überein Schleuse an die Vordestillation 5 angeschlossen ist.

Die in der Vordestillation, entsprechend den üblichen Bedingungen einer atmosphärischen Destillation herrschende Temperatur von 270 bis 360°C, reicht dabei zur Verflüssigung bzw. dem Schmelzen der bei der Eintragsschleuse 7 eingegebenen festen Reststoffe, wie Teer, Kunststoffe und Wachse.

Die bei der Temperatur in der Vordestillation 5 verdampfenden Stoffe gelangen in die darüber liegende Destillationskolonne 8, die eine leichte Heizölfraktion 9, eine Benzinfraktion 10 und eine Wasser- und Lösungsmittelfraktion 11 erzeugt. Dieses wird durch den Kondensator 12 ermöglicht, der die Fraktion des obersten Bodens kondensiert. Bei Anfall von Stoffen der 6. und 7. Hauptgruppe ist am obersten Boden oder nach dem Austritt der Lösungsmittel und Wasser 11 eine Zugabe von Neutralisationsmittel in Form von Natronlauge oder Kalk erforderlich.

Die nicht verdampften Öle fließen über die Leitung 13 in die eigentliche Krackstufe 14, die ihre Energiezufuhr über die Schleuse 37 mit dem heißen Katalysatorstaub und über den Brenner 15 erhält. Der entscheidende Vorgang der katalytischen Spaltung des erfinderischen Verfahrens geschieht nun an der Austrittsstelle 38 der Schleuse 37 für das 500°-1000°C heißen Katalysatorpulver in den Krackstufe 14. Der mit extrem großer Oberfläche ausgestattete Katalysator wird im Verhältnis von 1 : 2 bis 3 : 1 zu dem auf 270 bis 360°C vorgewärmten und getrockneten Reststoff bzw. Öl eingemischt.

Durch dem Brenner 15 und die Zumischung des heißen Katalysators erfolgt auf engstem Raum eine Erwärmung der Kohlenwasserstoffmasse auf bis zu 500°C. Die Außenbeheizung geschieht durch den Brenner 15. Der in der Krackstufe abgetrennte und durch katalytische Crackung erzeugte Kohlenwasserstoffdampf wird über die Katalysatorstufe 16 in die Destillation 17 geleitet. Als Katalysatoren werden zwei verschiedene Substanze verwendet. Dieses sind für die Umwandlung der Wachse in Öldampf ein Aluminiumsilicat, sowie zur Vermeidung der geruchsfähigen Merkaptane ein platinhaltiger Katalysator. Damit ist die Katalysatorstufe 16 eine Schüttung oder Wabe von zwei verschiedenen katalytischen Substanzen, nämlich dem Aluminiumsilicat und einer Keramik mit Edelmetallbeschichtung.

Dabei setzt sich der Kohlenwasserstoffdampf mehrheitlich in die leichte Heizöl-Fraktion um, die in der Destillation an der Stelle 18 entnommen wird. Neben der leichten Heizöl-Fraktion 18 entsteht auch eine leichte Fraktion 19, die mit der leichten Fraktion der Destillation 8 vereinigt wird. Die Kondensation in der Destillationskolonne 17 geschieht durch die Kondensation der leichten Dampffraktion 21 in dem Kondensator 20.

Sowohl in dem Kondensator 20 als auch in dem Kondensator 12 werden die nach dem Kondensator vorliegenden Gase über eine Absaugeeinrichtung 47 in die Verbrennungsluft für die Katalysatorreinigungsstufe abgesaugt.

Die abgeführten Öle der Heizölfraktion 18 werden in dem Rührbehälter 22 mit frischem Katalysator 23 gemischt und in den Absetzbehälter 24, vorzugsweise ein Schräglamellenklärer, eingeleitet. Das gereinigte Produkt wird am oberen Ende des Behälters entnommen, während der mit Rückständen angereicherte Katalysatorschlamm am unteren Ende entnommen wird. Über die Austragsschnecke 25 wird der Schlamm abgeführt, während das Produkt über den Oberflächenreaktor 26 und die Produktleitung 27 dem Vorratsgefäß zugeführt wird.

Der durch die Austragsschleuse 25 am unteren Ende abgenommene Schlamm tritt an dem Einspeisepunkt 33 in die Brennkammer 34 ein. Der dort mit der vorgewärmten Luft in der Brennkammer 34 in Reaktion kommende Katalysator erhöht seine Temperatur auf maximal 1000°C durch die Verbrennungsreaktion, wobei sich auch die Verbrennungsluft auf diese Temperatur durch Bildung des Rauchgases erhitzt. Diese Reaktion ist somit eine Reinigungsreaktion des Katalysators. Der reine Katalysatorstaub tritt mit dem Rauchgas aus der Brennkammer in den Zyklon 35, der die Rauchgase von dem Katalysatorpulver trennt. Verbrauchter Katalysator kann am Zyklon aus der Entnahmestelle 36 ausgetragen werden.

Das ca. 550-1000°C heiße Katalysatorpulver tritt über die Schleuse 37 an der Austrittsstelle 38 in die Krackstufe 14. Das Rauchgas gelangt aus dem Zyklon 35 über den Wabenkatalysator 40 und die Leitung 41 in den Umlaufverdampfer 6 und tritt aus diesem über die Leitung 42 in den Wabenkatalysator 43 in den Luftvorwärmer 32. Hier gibt das Rauchgas die restliche fühlbare Wärme ab und tritt mit einer Abgastemperatur von 100 bis 200°C in die Abgasleitung 44 in den Schornstein.

Das ca. 500-1000°C heiße Katalysatorpulver kühlt sich nach dem Austrittsstelle 38 in die Krackstufe 14 auf 400 bis 500°C ab und wird an dem Abscheider 45 aus der Krackstufe ausgetragen. Von hier aus wird das Katalysatorpulver wieder an der Stelle 33 in die Brennkammer eingetragen und von den Rückständen aus der Krackstufe durch Verbrennung mit Luft- oder sauerstoffangereicherte Luft befreit.

In einem besonderen Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher beschrieben werden. 500 kg/h Altöl aus dem Ölwechsel von Motoren wird über eine Eintragsschleuse 1 eines Abscheiders 2 eingegeben. Aus dem eingegebenen Öl werden 20 kg/h Schlamm über die Austragsschnecke 3 in die Verbrennung abgegeben.

480 kg/h verlassen den Abscheider 2 über die Leitung 4 in die Vordestillation 5, einem Behälter mit 2 m Durchmesser und einer Destillationskolonne 8 mit 50 cm Durchmesser. In der Vordestillation 5 verdampft aus den eintretenden 480 kg Öl 40 kg Dieseltreibstoff 9, 10 kg/h Benzine 10 und 50 kg Wasser und Lösungsmittel 11. Der Gasanteil, der durch den Abscheider 45 austritt, ist 5 kg/h. Die Verdampfung dieser Stoffe geschieht durch den Umlaufverdampfer 6. In die Eintragsschleuse für die Reststoffe 7 werden 25 kg/h Kunststoffe zugegeben, die dann das über die Rohrleitung 13 übertretende Reststofföl auf 400 kg/h ergänzen.

In der Krackstufe 14 werden die 400 kg/h Hochpolimeren Öle zu 30 kg/h Kohlenstoff und 5 kg Kohlenwasserstoffe in dem Restkatalysator, 10 kg/h leichte Kohlenwasserstoffe 19,10 kg/h Crackgase, die über die Leitung 46 abgegeben werden, und 355 kg/h zu Öldampf katalytisch gekrackt. Der entstehende Dampf wird in der Katalysatorschüttung 16 mit einem Durchmesser von 800 mm und einer Höhe von 300 mm umgewandelt. Die Schicht besteht aus 2 Wabenschichten aus porösen Kaolin mit einer Tränkung von 0,1 Gew.-% an Platin. Die Schichten bestehen aus Waben mit 4 mm Pitch und je einer Höhe von 150 mm mit 5 mm Abstand zwischen den Waben.

Der Katalysatorkreislauf enthält 500 kg/h Katalysator, der an der Stelle 33 mit einer Mischtemperatur von 250°C eingegeben wird. Durch die Verbrennung der Inhaltsstoffe an Gas, Kohlenwasserstoffe aus den Abscheidern 2 und 24 und den 6% Kohlenstoff in dem Katalysator bringt eine Temperaturerhöhung des Katalysators auf 800°C bei einem Lambda von 1,6. Die entstehenden 1100 m3/h Rauchgas werden in dem Zyklon 35 abgeschieden und über die Leitung 41 in den Umlaufverdampfer 6 geleitet. Hier kühlt sich das Gas von den 800°C auf 500°C ab. Die Abkühlung von 500°C auf 150°C geschieht durch die Aufheizung der 1000 m3/h Luft auf die Vorwärmtemperatur von 350°C.

Die abgegebenen 355 kg/h leichte Heizölfraktion werden in dem Rührbehälter 22 mit 50 kg/h frischen Katalysator vermischt und dadurch auf 340 kg/h Produkt vermindert. Die 15 kg/h mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffe werden zur Verminderung der Alterungsanfälligkeit mit in die Verbrennung eingegeben. Die 340 kg/h Produkt werden über den Oberflächenreaktor zur Verbesserung der Verbrennungseigenschaften geleitet und in den Tank über die Leitung 27 abgegeben.

Der Querschnitt der Wabenkatalysatoren 40 und 43 sind 600 × 600 mm und ist in 2 Katalysatorschichten mit je 150 mm Höhe und 40 mm Schichtabstand bestückt. Die Katalysatoren haben Druckluftrußbläser, um die Verstopfungen zu vermeiden. Bezugszeichenliste 1 Eingangsschleuse

2 Abscheider

3 Transportschnecke

4 Rohrleitung Abscheider-Vordestillation

5 Vordestillation

6 Umlaufverdampfer

7 Eintragsschleuse für Reststoffe

8 Destillationskolonne

9 leichte Heizölfraktion

10 Benzinfraktion

11 Wasser- u. Lösungsmittelfraktion

12 Kondensator

13 Rohrleitung Vordestillation-Krackstufe

14 Krackstufe

15 Brenner

16 Katalysatorstufe

17 Destillation

18 Heizölfraktion

19 leichte Heizölfraktion

20 Kondensator

21 leichte Dampffraktion

22 Rührbehälter

23 frischer Katalysator

24 Absetzbehälter

25 Austragsschnecke

26 Oberflächenreaktor

27 Produktleitung

28 Produktleitung zum Brenner

29 Reststoff aus dem Produkt mit Katalysator

30 Reststoff aus dem Altölfilter

31 Verbrennungsluftventilator

32 Luftvorwärmer

33 Einspeisepunkt Schlamm/Katalysator

34 Brennkammer

35 Zyklon

36 Entnahmestelle Zyklon für verbrauchten Katalysator

37 Schleuse

38 Austrittsstelle der Schleuse (37) für den heißen Katalysatorstaub

39 Abgas aus dem Zyklon

40 Wabenkatalysator

41 Leitung Zyklon - Wabenkatalysator (40) - Umlaufverdampfer

42 Leitung Umlaufverdampfer - Wabenkatalysator (43) - Luftvorwärmer

43 Wabenkatalysator nach dem Umlaufverdampfer für Rauchgas

44 Abgasleitung

45 Abscheider für Katalysator nach der Krackstufe

46 Leitung Krackgase aus Kondensatorstufen

47 Absaugeeinrichtung


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Erzeugung von Flüssigbrennstoffen der Qualität von leichtem Heizöl durch katalytische Verdampfung von Kohlenwasserstoffen aus Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Verdampfung unter Einmischung von heißen Katalysator der Gruppe Aluminiumsilikat geschieht, welches unter Ausnutzung der Verbrennungswärme der vom Produkt abgespaltenen Restbrennstoffe erwärmt wurde.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Katalysatormasse durch eine Brennkammer mit angeschlossenem Zyklon geschieht, der eine Abführung der verschmutzten und versinterten Katalysatorteile besitzt und in der Masse durch Schlamm aus der Produktreinigung ergänzt wird, der aus Aluminiumsilikatpulver (Kaolin) besteht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Umsetzung in 2 Stufen geschieht durch die Verdampfung in der Krackstufe mit dem reinen Aluminiumsilikat und in der der Destillation vorgeschalteten Katalysatorschicht mit einem Anteil von 0,1-1% platinhaltigen Katalysator zur Vermeidung von Geruchsstoffen.






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