Katalytische Direktverflüssigung von Abfällen

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Calvin Kaufer
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1 Department Verfahrenstechnik Katalytische Direktverflüssigung von Abfällen zur Erzeugung von Erdölersatz Thomas Willner HAW Hamburg, 2. Problemdiskussion zum Thema Kraftstoffe aus Abfällen Berlin, 24. Juli 2008

2 KW Heteroatome ONS Org. Abfallstoffe Biomasse Triglyceride Proteine Lignocellulosen Kautschuk KW-Polymere ONS-Polymere flüssige KW

3 Beispiel SLF: Zusammensetzung Thermoplaste Duroplaste Polyurethane 32% Elastomere (Gummi) 23% Kupfer Aluminium 4% Eisen 13% Lacke, Glas, Keramik Andere: Sand, Rost, Blei, Zink 18% Holz, Zellulose Faserstoffe 10% Quelle: Goldmann 1995 Ziel: Umwandlung der Organik in in Erdölersatz

4 Beispiel SLF: Organikkomponenten Kunststoffe: Kunststoffe: Elastomere: Elastomere: Nawaros: Nawaros: Polypropylen Polypropylen (PP) (PP) Polyurethan Polyurethan (PUR) (PUR) Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) (ABS) Polyamid Polyamid (PA) (PA) Polyvinylchlorid Polyvinylchlorid (PVC) (PVC) Polyethylen Polyethylen (PE) (PE) Kautschukderivate Kautschukderivate Kohlenhydrate Kohlenhydrate (Zellstoffe) (Zellstoffe) Lignocellulosen Lignocellulosen (Holz) (Holz) Proteine Proteine (Leder) (Leder)

5 Beispiel SLF: Test-Material Sächsische Recyclingwerke GmbH SRW Espenhain Partikel < 3 mm Feuchte 1,5 % Organik 81,3 % Heizwert 27,1 MJ/kg ots Chlor 4000 ppm

6 Katalytische Direktverflüssigung von SLF Strom (BHKW) Wärme (Heizöl) Mobilität (Kraftstoffe) Rohöl SLF-Organik % Öl Öl % Wasser % Gas % Kohle

7 Thermochemische Umwandlungspfade (vereinfacht) Verkohlung CH x (ONS) C + (H 2 O, NH 3, H 2 S) Direktverflüssigung Idealpfad CH y (ONS) + (C, H 2 O, NH 3, H 2 S) Hydrierung CH 2 + (CO 2, NH 3, H 2 S) CH 2 + (CO 2, NH 3, H 2 S)

8 Direktverflüssigung Thermochemische Niedertemperaturverflüssigung Thermolyse // Pyrolyse Solvolyse Heteroatomreduzierung // Hydrogenolyse Kombinationen und Unterstützung durch Katalysatoren

9 HAW Hamburg Katalytische Direktverflüssigung von Abfällen unter Einsatz der Reaktivdestillation

10 stirrer cooling water TI 6 TI 7 TI 4 heating band - exhaust gas TIC 14 TI 8 condenser + + PI 1 raw material TIC 13 TI 1 TIC 12 heating sleeve FI 1 electrostatic filter 12 MV 0,2 ma screw feeder heating sleeve TI 2 TI 5 TIC 11 TI 3 TI 9 heating sleeve product ball valve PI 2 aerosol sump container N 2 HAW HAWLaborkonzept zur zur semikontinuierlichen Reaktivdestillation

11 Funktionen der Reaktivdestillation Kombination von effektivem Wärme- und Stofftransport sowie Umwandlungsreaktionen in der Sumpfphase mit destillativem Produktaustrag Optimale Verweilzeitsteuerung durch den Dampfdruck der Produktmoleküle zur Erhöhung der Flüssigproduktausbeute im mittel- und kurzkettigen Bereich

12 Katalytische Direktverflüssigung

13 GC-MS-Analyse von katalytisch gewonnenem SLF-Rohöl Abundance Aromat Toluol Styrol Aromat Methyl-Styrol C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 aromat. Alkyl-Nitril Aromat C 16 C 18 C 20 C 22 int. Standard Alkyl-Phthalat Time-->

14 GC-MS-Analyse von handelsüblichem Dieselöl Abundance C-10 C-11 C-12 C-13 C-14 C-15 C-16 C-17 C-18 C-19 C Standard C-9 C-21 C-22 C-23 C-24 C-25 Time-->

15 Funktionen der Sumpfphase Schnelle Aufheizung der Rohstoffpartikel Solvolyse des Rohstoffes Verteilung des Katalysators Vermeidung von Repolymerisationsreaktionen Ermöglichung der Reaktivdestillation Verweilzeitverlängerung zur Heteroatomreduktion

16 Rapsöl, A4, Glasapp., 370 C, 1 atm, 2 min Abundance TIC: [BSB1]FHB05.D Time-->

17 Rapsöl, A4, Glasapp., 370 C, 1 atm, 34 min Abundance TIC: [BSB1]FHB06.D Time-->

18 Rapsöl, A4, Glasapp., 370 C, 1 atm, 70 min Abundance TIC: [BSB1]FHB07.D Time-->

19 Funktionen der Sumpfphase Schnelle Aufheizung der Rohstoffpartikel Solvolyse des Rohstoffes Verteilung des Katalysators Vermeidung von Repolymerisationsreaktionen Ermöglichung der Reaktivdestillation Verweilzeitverlängerung zur Heteroatomreduktion aber Notwendigkeit der Feststoffabtrennung

20 Funktionen des Katalysators Absenkung der Reaktionstemperatur Beschleunigung der Reaktionen Stabilisierung der Krackprodukte Einfluss auf Isomerisierungs- und Aromatisierungsreaktionen In-Situ-Bindung von Schwermetallen und Halogenen aber Gefahr schneller Deaktivierung durch Verkokung

21 GC-MS-Analysenvergleich von katalytisch verflüssigtem PE, PP mit handelsüblichem Superbenzin Abundance 1.4e e e e+07 1e Time--> TIC: [BSB2]B_PUR.D TIC: [BSB2]PEHDV4F4.D (*) TIC: [BSB2]PELLV2F4.D (*) TIC: [BSB2]PPV5F4.D (*)

22 GC-MS-Analyse von katalytisch verflüssigtem PP

24 Numerische Simulation durch CFD zur Auslegung von Prozesseinheiten CFD = Computational Fluid Dynamics

25 ggf. Funktionen von Druck-Wasserstoff (DoS -Verfahren von IBH und TWL) Absättigung der Krackradikale Stabilisierung der Krackprodukte Absenkung des Olefinanteils Absenkung von ONS-Anteilen

26 Reaktionen des Wasserstoffs R.. + H. 2 R-H + H. R=R + H 2 endotherm RH-RH exotherm (benötigt katalyt. Unterstützung) R-OH + H 2 exotherm R-H + H 2 O

27 DoS Pilotanlage (IBH/TWL)

28 Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg / Campus Bergedorf

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