DE-102019001696-B4 - Anlage und Verfahren zur katalytischen Herstellung von Dieselölen aus organischen Materialien

Abstract

Anlage (1) zur katalytischen Herstellung von Dieselöl (9) aus einem Ausgangsstoff (7) aus der Gruppe der Reststoffe, wie Kunsstoffen (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltige Stoffen und Biomaterialien, umfassend mindestens ein Einleitsystem (100) für den Ausgangsstoff (7), einer Reaktionseinheit (10), mindestens eine ein- oder mehrteilige Trenn- und Abscheideeinheit (3) und mindestens eine Sedimentaufbereitungsstufe (200) für Feststoffe und/oder Sedimente, wobei die Reaktionseinheit (10) mindestens einen Reaktor (11) zur Behandlung einer Mischphase aus einer flüssigen Trägerphase (Trägeröl) und dem festen Ausgangsstoff (7) umfasst, wobei der Reaktor (11) im bestimmunggemäßen Betrieb einen gas- oder dampfgefüllten Kopfraum (11.1) und einen mit der Mischphase gefüllten Produktraum (11.2) aufweist, weiterhin umfassend einen Reaktoreinlass (12) für den Ausgangsstoff (7), einen Kopfauslass (13) für eine Gas- oder Dampfphase, einen Auslass (14) der mit der Sedimentaufbereitungsstufe (200) verbunden ist und mindestens ein motorisch angetriebenes Rühraggregat (15) zur Homogenisierung und Umwälzung des Reaktorinhaltes, welches mit mindestens einem Rührkörper (16) in den Produktraum (11.2) ragt, wobei der Reaktor (11) weiterhin mindestens ein motorisch rotativ angetriebenes Schneidwerk (18) aufweist, zur schlagenden und/oder schneidenden Zerkleinerung des Ausgangsstoffes (7) und der Reaktor (11) weiterhin mindestens eine Heizeinrichtung (22) umfasst oder eine Heizeinrichtung (22) unmittelbar an diesen angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktoreinlass (12) gegenüber der Horizontalen (29.2) nach oben geneigt ist und die Horizontale (29.2) gebildet ist als eine theoretische Mittellinie, die parallel und mittig zwischen einer oberen Ebene (e1) verläuft, die die Höhe (h1) des höchsten Punktes der Oberkante des Reaktoreinlasses (12) umfasst und einer unteren Ebene (e2), die die der Höhe (h2) des tiefsten Punkt der Unterkante des Reaktoreinlasses (12) umfasst, wobei das Gehäuse der einleitenden Förderschnecke mit dem Reaktoreinlass (12) oder einem Flansch des Reaktor (11) unmittelbar verbunden ist und/oder in diesen hinein ragt, wobei das Schneidwerk (18) auf einer theoretische Schneidebene (31) angeordnet ist, die sich als eine theoretische mittlere Ebene des Raumes bei der Rotationsbewegung des Schneidwerkes (18) ergibt, und welche bei einer Höhe (h3) liegt, die kleiner ist als die Höhe (h1), der Oberkante des Reaktoreinlasses (12), und wobei die Heizeinrichtung (22) mindestens eine Mikrowellenheizung (22.1) ist, die eine Leistung von 80 bis 200 KW oder mehr aufweist, und welche vom Produktraum (11.2) des Reaktors (11) oder von einer die Mischphase führenden, umlaufenden Leitung (58) durch mindestens eine Scheibe, Fenster und/oder Rohrleitung aus Glas- oder Quarzglas getrennt ist.

Inventors

• Timon Kasielke
• Reinhard LENZINGER
• Olaf Heimbürge

Assignees

• Olaf Heimbürge
• Timon Kasielke
• Reinhard LENZINGER

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20190311

Claims (20)

1. Anlage (1) zur katalytischen Herstellung von Dieselöl (9) aus einem Ausgangsstoff (7) aus der Gruppe der Reststoffe, wie Kunsstoffen (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltige Stoffen und Biomaterialien, umfassend mindestens ein Einleitsystem (100) für den Ausgangsstoff (7), einer Reaktionseinheit (10), mindestens eine ein- oder mehrteilige Trenn- und Abscheideeinheit (3) und mindestens eine Sedimentaufbereitungsstufe (200) für Feststoffe und/oder Sedimente, wobei die Reaktionseinheit (10) mindestens einen Reaktor (11) zur Behandlung einer Mischphase aus einer flüssigen Trägerphase (Trägeröl) und dem festen Ausgangsstoff (7) umfasst, wobei der Reaktor (11) im bestimmunggemäßen Betrieb einen gas- oder dampfgefüllten Kopfraum (11.1) und einen mit der Mischphase gefüllten Produktraum (11.2) aufweist, weiterhin umfassend einen Reaktoreinlass (12) für den Ausgangsstoff (7), einen Kopfauslass (13) für eine Gas- oder Dampfphase, einen Auslass (14) der mit der Sedimentaufbereitungsstufe (200) verbunden ist und mindestens ein motorisch angetriebenes Rühraggregat (15) zur Homogenisierung und Umwälzung des Reaktorinhaltes, welches mit mindestens einem Rührkörper (16) in den Produktraum (11.2) ragt, wobei der Reaktor (11) weiterhin mindestens ein motorisch rotativ angetriebenes Schneidwerk (18) aufweist, zur schlagenden und/oder schneidenden Zerkleinerung des Ausgangsstoffes (7) und der Reaktor (11) weiterhin mindestens eine Heizeinrichtung (22) umfasst oder eine Heizeinrichtung (22) unmittelbar an diesen angrenzt, dadurch gekennzeichnet , dass der Reaktoreinlass (12) gegenüber der Horizontalen (29.2) nach oben geneigt ist und die Horizontale (29.2) gebildet ist als eine theoretische Mittellinie, die parallel und mittig zwischen einer oberen Ebene (e1) verläuft, die die Höhe (h1) des höchsten Punktes der Oberkante des Reaktoreinlasses (12) umfasst und einer unteren Ebene (e2), die die der Höhe (h2) des tiefsten Punkt der Unterkante des Reaktoreinlasses (12) umfasst, wobei das Gehäuse der einleitenden Förderschnecke mit dem Reaktoreinlass (12) oder einem Flansch des Reaktor (11) unmittelbar verbunden ist und/oder in diesen hinein ragt, wobei das Schneidwerk (18) auf einer theoretische Schneidebene (31) angeordnet ist, die sich als eine theoretische mittlere Ebene des Raumes bei der Rotationsbewegung des Schneidwerkes (18) ergibt, und welche bei einer Höhe (h3) liegt, die kleiner ist als die Höhe (h1), der Oberkante des Reaktoreinlasses (12), und wobei die Heizeinrichtung (22) mindestens eine Mikrowellenheizung (22.1) ist, die eine Leistung von 80 bis 200 KW oder mehr aufweist, und welche vom Produktraum (11.2) des Reaktors (11) oder von einer die Mischphase führenden, umlaufenden Leitung (58) durch mindestens eine Scheibe, Fenster und/oder Rohrleitung aus Glas- oder Quarzglas getrennt ist.
2. Anlage (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das mindestens eine Schneidwerk (18) mindestens eine Schneide oder einen Schneidabschnitt (18.1) aufweist und an derselben Antriebswelle (17) angebracht und von dieser angetrieben wird, wie der mindestens eine Rührkörper (16) und/oder dass der mindestens eine Rührkörper (16) als Schneide oder mit einem Schneidabschnitt (18.1) aufgebildet ist.
3. Anlage (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schneidwerk (18) eine Antriebswelle (20) und einen eigenen und vom Antrieb (19) des Rühraggregats (15) unabhängigen Antrieb (21) aufweist.
4. Anlage (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Schneidwerken (18) in vertikaler Höhenlage zwischen zwei Rührkörpern (16.1, 16.2) angeordnet ist.
5. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Antrieb (19) die Geschwindigkeit des Rühraggregates (15) von mindestens 400 bis 500 U/min ermöglicht und/oder eine Umfangsgeschwindigkeit des Rühraggregats (15) von 10 bis 20 m/s erreichbar ist.
6. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Antrieb (21) des Schneidwerkes (18) eine Geschwindigkeit von mindestens 400 bis 500 U/min ermöglicht.
7. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Rührwerk (15) und/oder dessen Antriebswelle (17) im Reaktor (9) exzentrisch angeordnet ist.
8. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die ein- oder mehrteiligen Trenn- und Abscheideeinheit (3) mindestens einen Kondensator (5) und/oder eine Abscheidekolonne (4) zur Abtrennung des Dieselöles (9) umfasst.
9. Anlage (1) nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass stromabwärts nach dem Reaktor (11) die Abscheidekolonne (4) und nachfolgend der mindestens eine Kondensator (5) angeordnet sind .
10. Anlage (1) nach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abscheidekolonne (4) mit dem Reaktor (11) eine Baueinheit bildet und direkt am Kopfraum (11.1) angebracht oder mit diesem verbunden ist.
11. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine Heizeinrichtung (22) ausgelegt ist, um eine Erwärmung der eingefüllten Mischphase auf zwischen 280 °C und 350°C zu erreichen.
12. Anlage (1) nach einem der der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine Mikrowellenheizung (22.1) eine Sicherheitsschleuse (36) als Hohlleiterabschnitt umfasst, die einen evakuierbaren Innenraum (36.1) aufweist.
13. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Rückführungseinlass (23) an dem Reaktor (11) vorgesehen ist, der mit der Sedimentaufbereitungsstufe (200) verbunden ist und über welchen Teilströme oder Teilmengen, die über den Auslass (14) entnommen wurden, in den Reaktor (11) zurückgeführt werden können.
14. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Reaktoreinlass (12) und der Rückführungseinlass (23) derart ausgeformt ist, dass ein Gehäuse einer einleitenden Förderschnecke hieran gehalten und abgedichtet ist.
15. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Zuführungseinheit (2) für Prozess- und Hilfsstoffe(8) vorgesehen ist, die leitungsmäßig mit dem Reaktor (11) verbunden ist.
16. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Dieselöl aus einem Ausgangsstoff (7) aus der Gruppe der Reststoffe, wie Kunsstoffen (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltige Stoffen (Sägespäne, Schreddergut) und Biomaterialien, welcher als granulare Feststoffphase in eine flüssige Phase aus einem Trägeröl eingebracht und katalytisch umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet , dass eine Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 15 vorgesehen ist, und wobei - die Temperatur in der Mischphase zwischen 280 °C und 350°C und - die Mischphase weiterhin einen Anteil an Kalk von 1,5 Gew.% bis 10 Gew.% und einen Anteil an Katalysator von 1 Gew.% bis 15 Gew. % aufweist, und wobei - die gas- oder dampfförmige Phase mittels mind. einer Vakuumpumpe kontinuierlich aus dem Kopfraum (11.1) abgezogen und stromabwärts des Reaktors (11) in mind. einem Kondensator (5) das Dieselöl (9) von der leichtflüchtigen gas- oder dampfförmigen Phase abgetrennt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet , dass der in der Mischphase enthaltende Ausgangsstoff (7) mittels der mindestens einen Schneide oder dem Schneidabschnitt (18.1) im Reaktor (11) mechanisch zerkleinert wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17 , dadurch gekennzeichnet , dass der Katalysator ein Bentonith, Zeolith oder Aluminium Silicat ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18 , dadurch gekennzeichnet , dass die Umfangsgeschwindigkeit des Rühraggregates (15) zwischen 8 bis 20 m/s beträgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19 , dadurch gekennzeichnet , dass der Druck im Kopfraum (11.1) des Reaktors (11) kleiner oder gleich 1 bar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur katalytischen Herstellung von Dieselöl aus Reststoffen, wie Kunsstoffen (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltige Stoffen und Biomaterialien gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren nach Oberbegriff des Anspruches 16. Aus der WO 2005/071043 A1 ist eine Anlage bekannt, bei der kohlenwasserstoffhaltige Reststoffe oder Rückstände in einem mehrstufigen Prozess aufgeheizt, gecrackt und fraktioniert werden, wodurch unter anderem Dieselöl gewonnen wird. Weiterhin ist aus der DE103 56 245 B4 ebenfalls eine solche Anlage bekannt, wobei der Hauptwärmeeintrag über die Strömungsenergie der Pumpen erfolgt, die durch ein gegenläufiges Rührwerk sowie deren Friktion und innere Reibung gebremst werden. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass diese Anlagen noch sehr störanfällig sind. Aus der DE 103 16 696 A1 ist eine Vorfahren zur katalytischen Verölung von kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen im Flüssigkreislauf bekannt, wobei als Katalysator ionentauschfähige Katalysatoren, wie Kalziumaluminiumsilikat oder Natriumaluminiumsilikat, verwendet werden, die in einem geheizten und an den Wärmeübertragungsstellen gereinigten Ölbadkreislauf eingesetzt werden, wobei weiterhin die Beheizung des Ölbadkreislauf mit den suspendierten Katalysatoren durch elektrische Heizkörper erfolgt, die konzentrisch um die Reaktorrohre angeordnet sind. Die Aufgabe der Erfindung ist somit, eine Anlage und ein Verfahren bereitzustellen, welche leichter betrieben werden können und eine geringere Störungsanfälligkeit zeigen. Diese Aufgabe wird durch eine Anlage nach Anspruch 1 gelöst, die dadurch geprägt ist, dass der zentrale Reaktor, der den Ausgangsstoff in einem Trägeröl aufnimmt und in welchem die katalytische Reaktion erfolgt, mindestens ein motorisch rotativ angetriebenes Schneidwerk aufweist, mittels welchem mindestens zeitweise eine schlagende und/oder schneidende Zerkleinerung des Ausgangsstoffes erfolgt. Ein entsprechendes Verfahren ist gemäß Anspruch 16 beschrieben. Als Ausgangsstoff sollen vorliegend alle kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Reststoffe gelten, insbesondere Rest- und Abfallmaterialien aus der Gruppe der Kunsstoffen (PE, PP, PET, PVC, etc.), cellulosehaltigen Stoffen und Biomaterialien, wie Holz, Säge- oder Holzspähne, Papier, Karton, Pflanzenteile und dergleichen. Weiterhin soll unter einer granularen Partikelgröße rieselfähige Partikel verstanden werden, die in ihrer größten räumlichen Erstreckung im Mittel kleiner oder gleich 20mm aufweisen, vorteilhafterweise kleiner oder gleich 10mm aufweisen. Idealerweise sind diese als Spähne, Flakes oder vergleichbare flache Partikel ausgebildet. Vorliegend soll unter Diesel oder Dieselöl eine Kerosinmischung verstanden werden, die so genannten Mitteldestillatfraktionen bei bekannten Fraktionierungen von Erdöl. Das Trägeröl hingegen ist ein tiefersiedendes Schweröl oder Schwerölgemisch. Derartige Trägeröle sind in der Regel Thermoöle, welche bei sich hohen Betriebstemperaturen, wie vorliegend beispielsweise in dem Bereich von 280°C bis 320°C, nicht zersetzen. Weiterhin können sogenannte Zweitraffinate verwendet werden. Diese sind Öle, die nicht zu chemischen Reaktionen, einem Ausgasen oder Schaumbildung führen. Diese Anlage zur katalytischen Herstellung von Dieselöl aus dem vorgenannten Ausgangsstoff, umfasst ein Einleitsystem für den Ausgangsstoff, eine Reaktionseinheit, mindestens eine ein- oder mehrteilige Trenn- und Abscheideeinheit und mindestens eine Sedimentaufbereitungsstufe für Feststoffe und/oder Sedimente, u.a. wie Aschen, Teerstoffe, u.dgl.. Dabei umfasst die Reaktionseinheit in der Regel nur einen zentralen Reaktor zur Behandlung einer Mischphase aus einer flüssigen Trägerphase (Trägeröl) und dem festen Ausgangsstoff, wobei der Reaktor häufig auch Schmelzreaktor genannt wird, weil in diesem die Feststoffe katalytisch in ein Dieselöl umgewandelt werden. Der Reaktor weist idealerweise nur einen Reaktorinnenraum auf, und hat aber im bestimmunggemäßen Betrieb einen gas- oder dampfgefüllten Kopfraum und einen mit der Mischpahse gefüllten Produktraum. Weiterhin umfasst er mind. einen Einlass für den Ausgangsstoff, mindestens einen Kopfauslass für eine Gas- oder Dampfphase an den sich unmittelbar eine Abscheidekolonne anschließen kann oder hieran angebracht sein kann. Weiterhin ist ein Auslass vorhanden, der mit der Sedimentaufbereitungsstufe verbunden ist, sowie mindestens ein motorisch angetriebenes Rühraggregat zur Homogenisierung und Umwälzung des Reaktorinhaltes, welches mit mindestens einem Rührkörper in den Produktraum ragt. Wie beschrieben, ist weiterhin mindestens ein motorisch rotativ angetriebenes Schneidwerk zur schlagenden und/oder schneidenden Zerkleinerung des Ausgangsstoffes vorgesehen, welches mindestens eine Schneide oder einen Schneidabschnitt aufweist. Bei einer Ausführungsform des Schneidwerkes ist dieses an derselben Antriebswelle angebracht un