DE10003221B4 - Process for the thermal utilization of hydrocarbons - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Verwertung von Kohlenwasserstoffen, wobei die Kohlenwasserstoffe in einem Verbrennungssystem unter kontrollierter Zuführung von Sauerstoff in Gegenwart von Magnesium, das in Form des reinen Elements oder einer Magnesiumlegierung vorliegt, verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Kohlenwasserstoff-Magnesium-Gemisch eine Initialenergie oder Initialwärme eingeführt wird, so daß der Verbrennungsprozeß durch Entzündung der Kohlenwasserstoffe und/oder des Magnesiums gestartet wird, wobei die Verbrennung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die so hoch ist, daß Temperaturen von 600 bis 1200°C vermieden werden, und die Reaktionsprodukte gesteuert gekühlt werden.A process for the utilization of hydrocarbons, wherein the hydrocarbons are burned in a combustion system under the controlled supply of oxygen in the presence of magnesium, which is in the form of the pure element or a magnesium alloy, characterized in that in a hydrocarbon-magnesium mixture an initial energy or Initial heat is introduced so that the combustion process by ignition of the hydrocarbons and / or magnesium is started, wherein the combustion is carried out at a temperature which is so high that temperatures of 600 to 1200 ° C are avoided, and the reaction products cooled controlled become.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Kohlenwasserstoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a method for the utilization of Hydrocarbons according to the preamble of patent claim 1.
Kohlenwasserstoffe fallen als Abfälle in großer Anzahl auf den verschiedensten Gebieten wie z. B. in Industrie und Haushalt an. Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist ein gängiges Verfahren für die Verwertung von Kohlenwasserstoffen, wenn diese nicht stofflich verwertet werden können.hydrocarbons fall as waste in big Number in the most diverse fields such. B. in industry and Household. The combustion of hydrocarbons is a common procedure for the Utilization of hydrocarbons if they are not recycled can be.
Auch halogenierte Kohlenwasserstoffe werden nach gängiger Praxis verbrannt. Die Verbrennung von halogenierten Kohlenwasserstoffen bedarf jedoch eines sehr hohen verfahrenstechnischen Aufwandes, da bei der unkontrollierten Verbrennung Dioxine und Prädioxine entstehen können. Daher müssen halogenierte Kohlenwasserstoffe bei sehr hohen Temperaturen verbrannt werden, was i. d. R. einer zusätzlichen Wärmeenergiezufuhr bedarf, da die aus der Verbrennung entstehende Prozeßwärme nicht ausreicht. Außerdem sind industrieübliche Verbrennungsanlagen stets mit kostspieligen Filter- und Rauchgasabkühlsystemen ausgestattet.Also halogenated hydrocarbons are burned according to common practice. The However, combustion of halogenated hydrocarbons is required a very high procedural effort, since in the uncontrolled Combustion dioxins and predioxins can arise. Therefore, must halogenated hydrocarbons burned at very high temperatures become what i. d. R. an additional Thermal energy supply required because the process heat resulting from the combustion is not sufficient. Furthermore are industry-standard Incinerators always with expensive filter and flue gas cooling systems fitted.
Es
sind bereits Verfahren bekannt, mit denen thermisch Verbundmaterialien
aus Kunststoff/Metall verwertet werden. Ein solches Verfahren ist
beispielsweise in der
Ein
weiteres Verfahren zur Verwertung von in der Industrie anfallenden
Verbundstoffen ist aus der
Gegebenenfalls kann dann eine Weiterverwertung in Form einer thermischen Zersetzung angeschlossen werden, um Metall und chlorkohlenwasserstofffreie Rückstände zu entfernen.Possibly can then be recycled in the form of thermal decomposition be connected to metal and chlorofluorocarbon Remove residues.
Spezielle Verfahren zur Verbrennung von bestimmten chlorierten Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Vinylchlorid, zielen auf die Erzeugung gasförmiger Salzsäure (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 6, Verlag Chemie GmbH; in: Weinheim; 1989, 607–609). Hierzu wird der Kohlenwasserstoff in einer Hochtemperaturflamme bei Temperaturen > 2.200°C unter Zuführung reinen Sauerstoffs in Gegenwart eines Nickelkatalysators zu HCl-Gas umgesetzt. Das Verfahren ist nicht zur allgemeinen Verbrennung chlorhaltiger Abfälle geeignet, sondern nur von speziellen Verbindungen.Specific Process for the combustion of certain chlorinated hydrocarbons, For example, vinyl chloride, aimed at the production of gaseous hydrochloric acid (Ullmanns Encyclopaedia the technical chemistry, 4th edition, Bd. 6, publishing house chemistry GmbH; in: Weinheim; 1989, 607-609). For this purpose, the hydrocarbon is in a high-temperature flame at temperatures> 2.200 ° C with pure feed Oxygen in the presence of a nickel catalyst converted to HCl gas. The process is not for the general combustion of chlorine scraps suitable, but only by special compounds.
Es hat sich allerdings herausgestellt, daß die Energieausbeute aus den Verbrennungsvorgängen der bisher bekannten Verfahren beschränkt ist. Des weiteren muß ein hoher Aufwand aufgebracht werden, um die Dioxinbildung zu vermeiden.It However, it has been found that the energy yield from the combustion processes the previously known method is limited. Furthermore, a high Expenditure be applied to avoid dioxin formation.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem Kohlenwasserstoffe verwertet bzw. verbrannt werden können und gleichzeitig eine höhere Energieausbeute erzielt wird als bei bekannten Verfahren, wobei eine Gefährdung der Umwelt durch toxische Schadstoffe minimiert bzw. unterbunden wird.The The object of the present invention is a method to disposal in which hydrocarbons are recovered or incinerated can be and at the same time a higher one Energy yield is achieved as in known methods, wherein a danger the environment minimized or prevented by toxic pollutants becomes.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The Task is according to the invention with a Method according to claim 1 solved. The dependent claims relate preferred embodiments the method according to the invention.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Verwertung von Kohlenwasserstoffen durch Verbrennung dieser Kohlenwasserstoffe in einem Verbrennungssystem unter kontrollierter Zuführung von Sauerstoff in Gegenwart von Magnesium, das in Form des reinen Elements oder einer Magnesiumlegierung vorliegt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in das Kohlenwasserstoff-Magnesium-Gemisch eine Initialenergie oder Initialwärme eingeführt wird, so daß der Verbrennungsvorgang durch Entzündung der Kohlenwasserstoff und/oder des Magnesiums gestartet wird und die Verbrennung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die so hoch ist, daß Temperaturen von 600 bis 1200°C vermieden werden, und die Reaktionsprodukte gesteuert gekühlt werden.The The present invention describes a method for the utilization of Hydrocarbons by combustion of these hydrocarbons in a combustion system under controlled supply of Oxygen in the presence of magnesium, in the form of the pure element or a magnesium alloy. The procedure is thereby characterized in that the hydrocarbon-magnesium mixture an initial energy or initial heat is introduced so that the combustion process through inflammation the hydrocarbon and / or magnesium is started and the combustion is carried out at a temperature that is so high that temperatures from 600 to 1200 ° C be avoided, and the reaction products are controlled to be cooled.
Zu den Kohlenwasserstoffen zählen alle organischen Stoffe auf Basis von Kohlenstoff und Wasserstoff sowie weiteren Elementen. Als Beispiele für diese Kohlenwasserstoffe seien Kunststoffe und Öle genannt. Magnesium kann als reines Element vorliegen, welches entweder aus Produktionsabfällen stammt oder als im Handel erhältliches Magnesium in Form von reinem Primärmagnesium vorliegen kann. Es können jedoch auch Magnesiumlegierungen wie AZ91, AM50/60, AE42 oder andere zum Einsatz kommen.To counting the hydrocarbons all organic substances based on carbon and hydrogen as well other elements. As examples of these hydrocarbons be plastics and oils called. Magnesium can be present as a pure element, either from production waste is derived or commercially available Magnesium may be present in the form of pure primary magnesium. It can but also magnesium alloys such as AZ91, AM50 / 60, AE42 or others be used.
Der Verbrennungsprozeß des Kohlenwasserstoff-Magnesium-Gemischs wird durch eine Initialenergie bzw. -wärme gestartet, die vom vorliegenden Kohlenwasserstoff-Magnesium-Gemisch abhängt. Dabei wird/werden i. d. R. zunächst der/die Kohlenwasserstoff/e aufgrund der niedrigen Entzündungstemperatur/en entzündet.Of the Combustion process of the Hydrocarbon-magnesium mixture is characterized by an initial energy or -warmth started by the present hydrocarbon-magnesium mixture depends. It will / i. d. R. first the hydrocarbon (s) ignite due to the low ignition temperature (s).
Aufgrund der sich einstellenden Verbrennung der/des Kohlenwasserstoffe/s mit Verbrennungstemperaturen über der Entzündungstemperatur des Magnesiums wird die Verbrennung des Magnesiums kurzfristig gestartet.by virtue of the resulting combustion of the hydrocarbon (s) with combustion temperatures over the ignition temperature of magnesium, the combustion of magnesium is started at short notice.
Liegt die Entzündungstemperatur der/des Kohlenwasserstoffe/s höher als die des Magnesiums, kann sich auch das Magnesium zuerst entzünden. Auch hier wird aufgrund der sich einstellenden Verbrennung des Magnesiums mit Verbrennungstemperaturen über der/den Entzündungstemperatur/en des/der Kohlenwasserstoffe/s dann die Verbrennung der/des Kohlenwasserstoffe/s gestartet.Lies the ignition temperature of the hydrocarbon / s higher as that of magnesium, magnesium can also ignite first. Also This is due to the onset of combustion of magnesium with combustion temperatures over the ignition temperature (s) of the hydrocarbon (s) then the combustion of the hydrocarbon (s) started.
Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß
- – die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von Magnesium mit besseren Wirkungsgraden als die Verbrennung der gleichen Kohlenwasserstoffe ohne Anwesenheit von Magnesium abläuft,
- – aufgrund der hohen Verbrennungstemperatur des Magnesiums die Bildung von Dioxinen oder Prädioxinen während der Verbrennung von halogenierten Kohlenwasserstoffen unterbunden wird.
- - the combustion of hydrocarbons in the presence of magnesium with better efficiencies than the combustion of the same hydrocarbons takes place without the presence of magnesium,
- - Due to the high combustion temperature of magnesium, the formation of dioxins or predioxins is prevented during the combustion of halogenated hydrocarbons.
Die während der Verbrennung freigesetzte Wärmeenergie beträgt in der Regel ein Vielfaches der Initialenergie/-wärme. Ein während der Produktion von Magnesiumbauteilen anfallendes Magnesium/Ölgemisch, bei dem Magnesium als Legierung (z. B. AZ91) vorliegt, weist einen Heizwert von 19–30 MJ/kg auf.The while the combustion released thermal energy is usually a multiple of the initial energy / heat. One while the production of magnesium components accumulating magnesium / oil mixture, at The presence of magnesium as an alloy (eg AZ91) has a calorific value from 19-30 MJ / kg on.
Erfindungsgemäß wird die
Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von Magnesium durch die
folgende Reaktionsgleichung beschrieben: 
Wie bereits oben ausgeführt wurde, wird in das Verbrennungssystem eine Initialenergie/-wärme eingeführt. Die Kohlenwasserstoffe verbrennen vollständig zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Das Magnesium verbrennt zu Magnesiumoxid (MgO). Die Verbrennungen des Kohlenstoffes, des Wasserstoffes und des Magnesiums setzen Wärmeenergie frei, die abgezweigt und beliebig weiter verwendet werden kann (exotherme Reaktion).As already stated above, an initial energy / heat is introduced into the combustion system. The hydrocarbons burn completely to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). The magnesium burns to magnesium oxide (MgO). The burns of carbon, hydrogen and magnesium release heat energy, which can be branched off and used as desired (exothermic reaction).
Erfindungsgemäß können nach
obigem Schema auch halogenierte Kohlenwasserstoffe verbrannt werden.
Die Verbrennung wird durch die folgende Reaktionsgleichung beschrieben
(hier als Beispiel für
einen einfach chlorierten Kohlenwasserstoff): 
Wie bereits oben ausgeführt wurde, wird in das Verbrennungssystem eine Initialenergie/-wärme eingeführt. Die Kohlenwasserstoffe verbrennen vollständig zu Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und Salzsäure (HCl). Das Magnesium verbrennt zu Magnesiumoxid (MgO). Die Verbrennungen des Kohlenstoffes, des Wasserstoffes und des Magnesiums setzen Wärmeenergie frei, die abgezweigt und beliebig weiter verwendet werden kann (exotherme Reaktion).As already stated above, an initial energy / heat is introduced into the combustion system. The hydrocarbons burn completely to carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O) and hydrochloric acid (HCl). The magnesium burns to magnesium oxide (MgO). The burns of carbon, hydrogen and magnesium release heat energy, which can be branched off and used as desired (exothermic reaction).
Dioxine können sich während der Verbrennung bei Temperaturen von 600–1200°C und bei Überschuß von Sauerstoff bilden. Durch die hohe Verbrennungstemperatur von Magnesium ca. 2000°C wird der kritische Temperaturbereich, in dem die Dioxinbildung statt findet, vermieden. Bei der Verbrennung der halogenierten Kohlenwasserstoffe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (wie bei allen anderen Verbrennungsverfahren) muß darauf geachtet werden, daß
- – zur Vermeidung von Dioxinbildung der Sauerstoff kontrolliert zugeführt wird,
- – die Abkühlung der Reaktionsprodukte gesteuert wird.
- - to avoid dioxin formation, the oxygen is supplied in a controlled manner,
- - The cooling of the reaction products is controlled.
Es wirkt sich positiv auf die Reaktion aus, wenn das Magnesium als Späne, Pulver oder Staub vorliegt, da die Verbrennung des Magnesiums aufgrund des hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses und der damit vereinfachten Wärmeeinbringung einfacher zu initiieren ist. In der Regel ist es so, daß, je kleiner die Magnesiumpartikel sind, desto homogener die Reaktion verläuft. Aber auch die Verbrennung von kompakten Magnesiumteilen ist möglich.It has a positive effect on the reaction when magnesium is used as a chips, Powder or dust is present as the combustion of magnesium due high surface-to-volume ratio and the simplified heat input easier to initiate. As a rule, the smaller it is the magnesium particles are, the more homogeneous the reaction proceeds. But it is also possible to burn compact magnesium parts.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Kohlenwasserstoffe und Magnesium einem Recycling zugeführt werden. Dies ist insbesondere dann von hoher Bedeutung, wenn kein Sekundärkreislauf für Kohlenwasserstoffe, Magnesium oder seine Legierungen existiert und somit die enormen Energieinhalte der beschriebenen Stoffgruppen nutzbar gemacht werden.With the method according to the invention can Hydrocarbons and magnesium are recycled. This is particularly important if no secondary circuit for hydrocarbons, Magnesium or its alloys exist and thus the enormous ones Energy content of the described groups of substances can be harnessed.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können als Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Abfälle aus Produktion und Haushalten sowie Bauteile aus Altfahrzeugen verwertet werden. Hierzu zählen Ausstattungs- und Anbauteile aus Kraftfahrzeugen und anderen Transportmitteln. Magnesium kann in Form von Produktionsabfällen (z. B. Späne oder Stäube aus der mechanischen Bearbeitung) oder ausgedienten Magnesiumbauteilen, wie Bauteile aus Altfahrzeugen (z. B. Getriebegehäuse), zum Einsatz kommen.With the method according to the invention can as hydrocarbons, such as waste from production and households as well as components from end-of-life vehicles. These include equipment and attachments from motor vehicles and other means of transport. Magnesium can be in the form of production waste (eg shavings or dusts from machining) or disused magnesium components, such as components from old vehicles (eg gearbox housing), for Use come.
Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß mit hoher Effizienz auch Verbund- oder Hybridbauteile aus Kohlenwasserstoffen und Magnesium verwertet werden können. Auf diese Weise können beispielsweise Lenkräder oder Instrumententafeln eingesetzt werden. Auch existieren Produktionsabfälle, die eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Magnesium darstellen, und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwertet werden können. Hierzu zählen Späne und Stäube aus der mechanischen Produktion, die mit nicht-wassermischbaren Kühlschmierstoffen (Ölen) benetzt sind.It has been found according to the invention, that with high efficiency also composite or Hybrid components of hydrocarbons and magnesium are recycled can. That way you can for example, steering wheels or instrument panels are used. Also exist production waste, the represent a mixture of hydrocarbons and magnesium, and with the method according to the invention can be recycled. Which includes Chips and dusts from mechanical production using non-water miscible coolants (Oil) are wetted.
Aufgrund der beschriebenen exothermen Reaktionen kann die in den zu verwertenden Stoffen als Bindungsenergien gespeicherte Energie freigesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann überall dort eingesetzt werden, wo Wärme oder andere Energieformen benötigt werden oder erzeugt werden sollen, also beispielsweise in der Müllverbrennung bzw. in Heiz- oder Wärmekraftwerken.by virtue of the described exothermic reactions can be used in the Substances are released as binding energies stored energy. The inventive method can be everywhere be used where heat or other forms of energy needed be or should be generated, so for example in the waste incineration or in heating or thermal power plants.
Durch die hohen Verbrennungstemperaturen des Magnesiums ist es möglich, die Dioxinbildung mit einfachen Mitteln (Steuerung des Sauerstoffeinsatzes und der Abkühlung) zu unterdrücken. Bisherige Anlagen müssen ggf. Brennstoffe zusetzen, um die Verbrennungstemperatur auf einem bestimmten Niveau zu halten.By The high combustion temperatures of magnesium make it possible to use the Dioxin formation by simple means (control of the oxygen input and the cooling off) to suppress. Previous systems must If necessary, add fuel to the combustion temperature on a certain level.
Das Verfahren wird nun anhand eines Beispiels erläutert.The Method will now be explained by way of example.
Beispielexample
Bei der mechanischen Bearbeitung von Magnesiumbauteilen, bei dem ein Öl als Kühlschmierstoff eingesetzt wird, fallen Magnesiumspäne-Öl-Gemische bzw. Magnesiumstaub-Öl-Gemische als Nebenprodukte an, die bisher teilweise aufwendig deponiert wurden, da eine weitere Trennung technisch sehr aufwendig und unwirtschaftlich ist.In the mechanical machining of magnesium components, in which an oil is used as a cooling lubricant, fall magnesium turnings-oil mixtures or magnesium dust-oil mixtures as by-products on, which were previously deposited partly consuming, since a further separation is technically very complicated and uneconomical.
Diese Magnesium-Öl-Gemische können dem normalen Verbrennungsprozeß eines Heizkraftwerks zugeführt werden. Durch die im Heizkraftwerk ablaufende Verbrennung muß keine Initialenergie eingebracht werden, um die Verbrennung des Magnesium-Öl-Gemischs zu starten.These Magnesium oil mixtures can the normal combustion process of a Cogeneration plant supplied become. Due to the running in the heating power plant combustion no Initial energy are introduced to start the combustion of the magnesium-oil mixture.
Die Energieausbeute beträgt 19–30 MJ/[kg eingesetztes Gemisch].The Energy yield is 19-30 MJ / [kg mixture used].
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| Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Vol. A13 , VCH-Verlagsgesellschaft mbH, in: Weinheim, 1989, S. 292-293 Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Bd. 6, Verlag Chemie GmbH, in: Weinheim, 1989, S. 607-609 |
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