DE10025916A1 - Thermally treating and chemically converting natural and synthetic materials comprises mixing water-containing starting material with intermediate product of intermediate product stream and decomposing and gasifying - Google Patents

Abstract

Thermally treating and chemically converting natural and synthetic materials comprises mixing a water-containing starting material with an intermediate product of an intermediate product stream and decomposing and gasifying. Thermally treating and chemically converting natural and synthetic materials comprises mixing a water-containing starting material with an intermediate product of an intermediate product stream from the high temperature chamber (4) of a carbonization reactor (1) and decomposing and gasifying in the mixing chamber (2) of the reactor at temperatures above 300 degrees C; producing an intermediate product in connection with an additional gas supply at 500-1000 degrees C in the high temperature chamber and feeding a product stream of the mixture made of intermediate product and water-containing starting material bidirectionally as intermediate product stream between the high temperature chamber and the mixing chamber so that the intermediate product is produced by a high temperature treatment in the high temperature chamber. An Independent claim is also included for an apparatus for carrying out the process.

Description

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung und chemischen Umsetzung von Natur- und Synthesestoffen unter Zeugung eines Produktgases zur weiteren Verwendung zu finden, wobei eine Verschwelung von Reststoffen aus der Papier-, Land- und Forstwirtschaft durchgeführt wird und das entstehende Produktgas zur weiteren stofflichen bzw. energetischen Nutzung zur Verfügung stehen soll.The aim of the invention is a method and a Thermal treatment and chemical device Implementation of natural and synthetic substances under Generation of a product gas for further use find, with a smoldering of residues paper, agriculture and forestry and the resulting product gas for further material or energetic use available should stand.

Die bekannten Verfahren der Pyrolyse gehen davon aus, daß die Rest- und Abfallstoffe, wie zum Beispiel Spuckstoffe, Kunststoffe, Gummi, Holz usw., durch eine Pyrolysereaktion bei einer hohen Temperatur und bei Normaldruck oder leichtem Über- oder Unterdruck zu einer Zersetzung der molekularen Strukturen und zur Gasbildung führt. Dabei werden bekanntermaßen auch die für andere Verfahren, wie z. B. Verbrennungsverfahren, verwendeten Zuschlagstoffe eingesetzt, wie zum Beispiel CaO, CaOH usw., um die Säurebildner, die bei der Zersetzung entstehen, zu neutralisieren. Die entstehenden Gase werden in Nachreinigungsstufen gereinigt, wobei in der Regel eine Gaswäsche zur Anwendung kommt. Die bekannten Verfahren weisen Merkmale auf, die vielfältig Eingang in technische Verfahren gefunden haben.The known methods of pyrolysis assume that the residual and waste materials, such as Rejects, plastics, rubber, wood, etc., through a pyrolysis reaction at a high temperature and at normal pressure or slight overpressure or underpressure  to decompose the molecular structures and leads to gas formation. As is well known also for other processes, e.g. B. Combustion process, aggregates used used, such as CaO, CaOH, etc. to the Acid formers that develop during the decomposition too neutralize. The resulting gases are in Post-cleaning stages are cleaned, usually gas scrubbing is used. The well-known Procedures have features that are diverse in input have found in technical processes.

Der Schwelprozeß der oben genannten Stoffe setzt jedoch im Pyrolyseapparat Produkte mit Eigenschaften frei, die bei Anwendung der konventionellen Verfahren die Ausrüstungen funktionsuntüchtig machen, so daß diese Verfahren nicht anwendbar sind. Es bilden sich Zersetzungsprodukte, die an Oberflächen und Ausrüstungsteilen Kondensate bilden und nach längerer Betriebsdauer feste Ablagerungen hervorrufen, die den Prozeß behindern, was als Nachteil auszuweisen ist.The smoldering process of the above substances continues however, products with properties in the pyrolysis apparatus free using the conventional method make the equipment inoperative so that these procedures are not applicable. It is formed Decomposition products on surfaces and Equipment parts condensate and after a long time Permanent deposits cause the operating time Impeding the process, which must be shown as a disadvantage.

Durch die eingetragenen, im Pyrolyseapparat freiwerdenden Wasserdampfmengen werden Wärmemengen abgeführt, die bei den im konventionellen Pyrolyseapparat entstehenden Materialanhäufungen erhebliche Temperaturunterschiede im Material verursachen, so daß die gewünschte Pyrolysereaktion nicht homogen stattfindet und nur von der Oberfläche der Materialanhäufungen Pyrolysegase abgegeben werden können, da die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung nicht ausreicht und dadurch eine Begrenzung der chemischen Umsetzung und des Stoffüberganges durch den zu geringen Wärmeübergang eintritt. Demgegenüber führt die Tatsache, daß ein Anteil flüchtiger Produkte, die der oberflächennahen Diffusionsschicht bereits bei geringen Temperaturen entweichen, zu einer Verarmung des Gasgemisches, so daß die Reaktion nach dem Zerfall der Synthesestoffe zur Bildung eines Produktgases unter nicht optimalen Gleichgewichtsbedingungen stattfindet. Die Gaszusammensetzung ist durch einen hohen CO₂-Anteil gekennzeichnet und damit nicht optimal. Die Reaktionsgeschwindigkeit erreicht nicht die erforderliche Größenordnung.Through the entered amounts of water vapor released in the pyrolysis apparatus, amounts of heat are dissipated which cause considerable temperature differences in the material in the accumulations of material which arise in the conventional pyrolysis apparatus, so that the desired pyrolysis reaction does not take place homogeneously and only pyrolysis gases can be given off from the surface of the material accumulations, since the heat transfer can occur Heat conduction is insufficient and the chemical conversion and mass transfer are limited due to the insufficient heat transfer. In contrast, the fact that a portion of volatile products that escape the near-surface diffusion layer at low temperatures leads to a depletion of the gas mixture, so that the reaction after the decomposition of the synthetic materials to form a product gas takes place under non-optimal equilibrium conditions. The gas composition is characterized by a high proportion of CO ₂ and is therefore not optimal. The reaction rate does not reach the required level.

Andere Verfahren, die sehr häufig angewandt werden, schließen diese Nachteile dadurch aus, daß Partikel bis zu einer Größe von 3 mm häufig in Anwesenheit von unterstöchiometrisch zugeführten Luftmengen in einen Reaktionsraum eingeblasen werden und durch eine die Vergasung auslösende Verbrennungsreaktion eine Verkohlung und Aufheizung der Oberflächen erfahren, die ausreicht, die sich anschließende Vergasungsreaktion bei ausreichenden Temperaturen in Gang zu halten. Durch diese Verfahrensweise entsteht trotz hohen apparativen Aufwandes ein Armgas von höherer Temperatur, das nur in mehreren Verfahrensstufen energetisch genutzt werden kann und in bezug auf unvermeidliche Verunreinigungen Probleme der Gasreinigung aufwirft, die jedoch bei den üblicherweise wirtschaftlich geforderten anspruchsvollen stoffwirtschaftlichen und energetischen Verfahren der weiteren Nutzung, Verwertung und Veredlung der Gase gelöst werden müssen.Other methods that are used very frequently exclude these disadvantages in that particles up to a size of 3 mm often in the presence of sub-stoichiometrically supplied air quantities in one Reaction space to be blown in and through a Gasification triggering combustion reaction Experience charring and heating of the surfaces, which is sufficient, the subsequent one Gasification reaction at sufficient temperatures in Keep going. This procedure creates despite high expenditure on equipment, a poor gas of higher temperature that only in several Process stages can be used energetically and problems related to inevitable pollution the gas cleaning poses, which, however, in the usually economically required demanding material management and energetic processes of further use,  Recycling and refining of the gases can be solved have to.

Häufig werden mit den Verfahren der Vergasung wirtschaftliche Prozesse in Verbindung gebracht, die an sich bekannt sind und nicht zwingend in Zusammenhang mit der Aufbereitung von Synthesestoffen zu einem verwertbaren Gas zu bringen sind, sondern im Gegenteil, nach dem Stand der Technik für die Verwertung nicht das Optimum darstellen. Somit stellen sich aus den diesseitig genannten technischen Lösungen Nachteile dar, die durch die erfinderische Lösung beseitigt werden.Often using the gasification process associated economic processes that are known per se and not necessarily in Connection with the preparation of synthetic materials are to be brought to a usable gas, but in On the contrary, according to the state of the art for Recycling does not represent the optimum. Consequently arise from the technical mentioned on this page Solutions are disadvantages caused by the inventive Solution to be eliminated.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine dementsprechende Vorrichtung zur thermischen Behandlung und chemischen Umsetzung von Natur- und Synthesestoffen unter Zeugung eines Produktgases zur weiteren Nutzung und Verwendung mit hoher Qualität und mit geringem technologischen Aufwand zu realisieren.The aim of the invention is a method and a corresponding device for thermal Treatment and chemical implementation of natural and Synthetic substances generating a product gas for continued use and use with high quality and with little technological effort realize.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung und chemischen Umsetzung von Natur- und Synthesestoffen unter Zeugung eines Produktgases zur weiteren Verwendung zu realisieren, wobei in einem Schwelprozeß ein Produktgas erzeugt wird, welches den Ansprüchen der weiteren stoffwirtschaftlichen und energiewirtschaftlichen Verfahrensschritte genügt. The object of the invention is a method and Thermal treatment and chemical device Implementation of natural and synthetic substances under Generation of a product gas for further use realize, being in a smoldering process Product gas is generated which meets the requirements of further material management and procedural steps in the energy industry are sufficient.  

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung und chemischen Umsetzung von Natur- und Synthesestoffen unter Zeugung eines Produktgases zur weiteren Verarbeitung realisiert wird, wobei das Verfahren und entsprechende Vorrichtungsmerkmale entsprechend der ausgeführten Beschreibung verbunden werden. Zum Einsatz kommt ein wasserhaltiger Eingangsstoff, mit dem eine Mischung in der oberen Schwelkammer unter Hinzuführung des Zwischenproduktes hergestellt wird. Es wird ein Zwischenprodukt durch eine Gleichgewichtsreaktion in der Hochtemperaturkammer in Anwesenheit des vorhandenen Zwischenproduktes, der Mischung und des Produktgases hergestellt. Das Zwischenprodukt wird bestimmten Bedingungen unterworfen, muß in einem bidirektionalen Stoffstrom geleitet werden und ist damit Wärmeträger für die obere Mischkammer und die Komponenten in der Hochtemperaturkammer. In dem Prozeß werden dadurch die Bedingungen verfahrensgemäß eingestellt, für die Reaktion in der Mischung, für die Gleichgewichtsreaktion in der Hochtemperaturkammer, zwischen Mischung, Zwischenprodukt und Gas und für die Eigenschaften des Zwischenproduktes in der zweiten weiterführenden Direktion der Bildung der Produkte.The object is achieved in that a method and an apparatus for thermal Treatment and chemical implementation of natural and Synthetic substances generating a product gas for further processing is realized, the Method and corresponding device features connected according to the description given become. A water-based one is used Input material with which a mixture in the top Smoldering chamber with the addition of the intermediate product will be produced. It becomes an intermediate product an equilibrium reaction in the High temperature chamber in the presence of the existing one Intermediate, the mixture and the product gas manufactured. The intermediate product is determined Subject to conditions must be bidirectional Material flow are passed and is therefore heat transfer for the upper mixing chamber and the components in the High temperature chamber. This will in the process the conditions set for the process for which Reaction in the mixture for which Equilibrium reaction in the high temperature chamber, between mixture, intermediate and gas and for the properties of the intermediate in the second postgraduate directorate of education Products.

Als erster verfahrensmäßiger Schritt wird eine Mischung aus dem vorhandenen Zwischenprodukt und dem wasserhaltigen Eingangsstoff bei einer Temperatur < 300°C verarbeitet, so daß in der entstehenden Mischung die Pyrolysereaktion stattfindet. The first procedural step is a Mixture of the existing intermediate and the water-containing input material at a temperature < 300 ° C processed so that in the emerging Mix the pyrolysis reaction takes place.  

Das Mischungsverhältnis in der Reaktionszone aus dem Eingangsstoff und dem Zwischenprodukt beträgt zwischen 1 : 1 bis 1 : 5.The mixing ratio in the reaction zone from the Input material and the intermediate product between 1: 1 to 1: 5.

Dabei handelt es sich bei dem Zwischenprodukt um einen Stoff, der in der Hochtemperaturzone hergestellt wird.The intermediate product is a substance that is in the high temperature zone will be produced.

Der als Zwischenprodukt bezeichnete Stoff besteht aus:
The substance referred to as an intermediate consists of:

• - den Monomeren der eingesetzten Kunststoffe und deren Derivaten (langkettige Aliphate, Olefine, Styrol, Vinylchlorid) und bei Natur- und Synthesestoffen aus Teilen der Zellulosematrix, Furanverbindungen,- The monomers of the plastics used and their derivatives (long-chain aliphates, olefins, Styrene, vinyl chloride) and natural and Synthetic substances from parts of the cellulose matrix, Furan compounds,
• - Oligomere der vorgenannten Stoffe bis zu 50%, teilweise gecrackte Polymere im Bereich C₆- C₃₅,- Oligomers of the aforementioned substances up to 50%, partially cracked polymers in the range C ₆ - C ₃₅ ,
• - reinem Kohlenstoff,- pure carbon,
• - öl- und teerhaltigen Kondensaten (Aliphate und Olefine) mit einem Siedepunkt oberhalb 200°C.- Condensates containing oil and tar (Aliphate and Olefins) with a boiling point above 200 ° C.

Das Zwischenprodukt enthält verfahrensgemäß mindestens das Zehnfache an ungesättigten Endgruppen des Eingangsproduktes. Die Mischung aus dem vorhandenen Zwischenprodukt und dem wasserhaltigen Eingangsstoff wird nach einem weiteren Verfahrensschritt einer Hochtemperaturbehandlung zugeführt, wodurch aus der Mischung und dem Zwischenproduktstrom in der vorhandenen Vorrichtung Zwischenprodukt ständig nachgebildet wird und gemäß Beschreibung eines weiteren Verfahrensanspruches in bidirektionaler Führung wiederum in die Mischung mit Eingangsstoff in den Verfahrensabschnitt geleitet wird, der im ersten Verfahrensabschnitt beschrieben ist. Dieses vorhandene Zwischenprodukt in der Hochtemperaturbehandlung wird bei zusätzlicher Gaszufuhr aus anderen Reaktionszonen durch Wärmezufuhr bei einer Temperatur von 700 bis 1000°C hergestellt. Entsprechend den weiteren Verfahrensansprüchen wird er ferner in die nachgeschalteten Verfahrensabschnitte geleitet, in denen die Gase CH₄, C₂H₆, C₃H₆, C₆H₆, C₆H₁₂ u. a. entstehen, teilweise in den Zwischenproduktstrom geleitet und ferner abgeleitet werden. Der Zwischenproduktstrom des Zwischenproduktes wird bidirektional aus der Mischung der Reaktionszone und dem Material des Austragsbereiches der Zwischenproduktherstellung gebildet.According to the process, the intermediate product contains at least ten times the unsaturated end groups of the input product. After a further process step, the mixture of the existing intermediate product and the water-containing input material is fed to a high-temperature treatment, as a result of which the intermediate product is continuously simulated from the mixture and the intermediate product stream in the existing device and, according to the description of a further process claim, is again bidirectionally guided into the mixture with input material in is directed to the process section described in the first process section. This existing intermediate product in the high temperature treatment is produced with additional gas supply from other reaction zones by supplying heat at a temperature of 700 to 1000 ° C. In accordance with the further process claims, it is also passed into the downstream process sections, in which the gases CH ₄ , C ₂ H ₆ , C ₃ H ₆ , C ₆ H ₆ , C ₆ H _12, etc., are partly passed into the intermediate product stream and are also discharged become. The intermediate product stream of the intermediate product is formed bidirectionally from the mixture of the reaction zone and the material of the discharge area of the intermediate product production.

Die bidirektionale Leitung des Zwischenproduktstromes erfolgt intermetierend, so daß der bidirektionale Stoffstrom des Zwischenproduktes bzw. der Mischung aus dem Produktgemisch mit dem Zwischenprodukt mit einer Frequenz < 10 s^-1 in seiner Richtung umgekehrt wird und durch Umkehrung der Richtung des Zwischenproduktstromes dieser in den ersten Verfahrensabschnitt und abwechselnd den folgenden Verfahrensabschnitten zugeleitet wird.The bidirectional conduction of the intermediate product flow takes place intermittently, so that the bidirectional material flow of the intermediate product or the mixture of the product mixture with the intermediate product is reversed in its direction at a frequency <10 s ^-1 and by reversing the direction of the intermediate product flow in the first process section and is passed alternately to the following process sections.

Unter dem bidirektionalen Austausch des Stoffstromes des Zwischenproduktes bzw. der Mischung aus dem Eingangsstoff und dem Zwischenprodukt ist folgendes zu verstehen:Under the bidirectional exchange of the material flow of the intermediate or the mixture of the  Input material and the intermediate product is the following to understand:

Der oben genannte Zwischenproduktstrom der in der Hochtemperaturzone hergestellt wird, wird intermetierend in die obere Mischkammer (2) und in den Produktaustritt (C1 und C2) mit einer innenliegenden Transportschnecke geführt. Durch die Aufenthaltszeit in der Hochtemperaturkammer (4) geschieht die Bildung des Zwischenproduktstromes. In der ersten Direktion geschieht infolge der hohen spezifischen Wärmekapazität des Zwischenproduktstromes die Wärmezufuhr in die Produktmischung der oberen Mischkammer. In zweiter Direktion wird die Produktmischung zur Bildung des Zwischenproduktstromes in der Hochtemperaturzone und das in der Hochtemperaturzone vorhandene Zwischenprodukt teilweise in die nachgeschalteten Verfahrensschritte über den Produktaustritt (C1 und C2) geleitet. Durch die erste und zweite Direktion ist die bidirektionale Führung gewährt.The above-mentioned intermediate product stream, which is produced in the high-temperature zone, is fed intermittently into the upper mixing chamber ( 2 ) and into the product outlet (C1 and C2) with an internal transport screw. Due to the time in the high-temperature chamber ( 4 ), the intermediate product stream is formed. In the first directorate, due to the high specific heat capacity of the intermediate product stream, the heat is added to the product mixture in the upper mixing chamber. In the second direction, the product mixture for forming the intermediate product stream in the high-temperature zone and the intermediate product present in the high-temperature zone are partly passed into the downstream process steps via the product outlet (C1 and C2). The first and second directorates provide bidirectional guidance.

Die einzelnen Verfahrensschritte werden nachfolgend wie folgt genau beschrieben:The individual process steps are as follows exactly described as follows:

Ein Zwischenstoffstrom wird bidirektional als beweglicher Wärmeträger in den Reaktionszonen geführt. Dabei wird ein Mischungsverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 5 zwischen dem Eingangsproduktstrom und dem Zwischenproduktstrom hergestellt. Ein Problem der Zersetzung von Natur- und Synthesestoffen ist die gezielte Wärmeeintragung in den wasserhaltigen Eingangsstoff. Diese Wärmezufuhr erfolgt durch das hochtemperierte Zwischenprodukt, das mit diesem abgemischt wird. Das Zwischenprodukt ist somit der Wärmeträger in der Mischung. Unter Einfluß von Produktgasen bilden sich aus den Partikeln durch eine physikalisch haftende Verbindung Pellets mit einer Größe bis 150 mm. Die Pellets bestehen aus Synthesestoffen und aus mehr als 10% chemisch gecrackten Zelluloseanteilen und besitzen an der Oberfläche kokshaltige Anhaftungen. Die Mischung wird als pulsierender Stoffstrom mit einer Dichte kleiner 600 kg/m³ und einer definierten Verweilzeit bis zu 30 min in einer stoßenden Schicht mit Druckimpulsen von kleiner 5 kPa auf eine Temperatur größer 300°C gebracht. Dabei wirken auf die gebildeten Pellets im Zwischenstoffstrom die entstandenen Produktgase. Der bidirektional gerichtete Stoffstrom gelangt in die Hochtemperaturzone, in der aus den Partikeln in oben genannter Zusammensetzung ein Zwischenprodukt gebildet wird, das eine Dichte kleiner 600 kg/m³ und ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff größer 1,5 : 1 aufweist. Der hohe Wasseranteil, der mit den Pellets in der Hochtemperaturzone eingeleitet wird, entweicht hier bis zum Erreichen einer Oberflächentemperatur der Pellets von 600°C.An intermediate material flow is guided bidirectionally as a movable heat transfer medium in the reaction zones. A mixing ratio of 1: 1 to 1: 5 is established between the input product stream and the intermediate product stream. One problem with the decomposition of natural and synthetic substances is the targeted introduction of heat into the water-containing input material. This heat is supplied by the high-temperature intermediate, which is mixed with it. The intermediate product is thus the heat transfer medium in the mixture. Under the influence of product gases, the particles form pellets with a size of up to 150 mm from a physically adhesive compound. The pellets consist of synthetic materials and more than 10% chemically cracked cellulose parts and have coke-like attachments on the surface. The mixture is brought to a temperature greater than 300 ° C. as a pulsating material flow with a density of less than 600 kg / m ³ and a defined dwell time of up to 30 minutes in an abutting layer with pressure pulses of less than 5 kPa. The resulting product gases act on the pellets formed in the intermediate material stream. The bidirectionally directed material flow reaches the high-temperature zone, in which an intermediate product is formed from the particles in the composition mentioned above, which has a density of less than 600 kg / m ³ and a ratio of hydrogen to carbon greater than 1.5: 1. The high proportion of water that is introduced with the pellets in the high-temperature zone escapes here until the surface temperature of the pellets reaches 600 ° C.

Die phenolfreie Gasmischung enthält Aromaten, die durch den Partialdruck des Wasserdampfes in der Hochtemperaturzone von größer 0,01 bar (absolut) mit dem Gasstrom abgeleitet werden. Dadurch wird die Siedetemperatur von organischen Zersetzungsprodukten, die in den Gasstrom gelangen, herabgesetzt, so daß eine Kondensation aus dem Gas heraus extrem erschwert wird. Durch die Pulsation mit einer Frequenz größer 10 sek^-1, mit der der Zwischenproduktstrom durch die Hochtemperaturzone in bidirektionaler Stoffstromführung geleitet wird, wird erreicht, daß bei einer Oberflächentemperatur in der Hochtemperaturzone bis zu 1000°C der Gasanteil im Zwischenproduktstrom sehr hoch ist, so daß Reaktionsbedingungen bewirkt werden können, bei denen ein hochkalorisches Gas entsteht.The phenol-free gas mixture contains aromatics, which are discharged with the gas flow due to the partial pressure of water vapor in the high-temperature zone of greater than 0.01 bar (absolute). This lowers the boiling point of organic decomposition products that enter the gas stream, making condensation out of the gas extremely difficult. The pulsation with a frequency greater than 10 sec ^-1 , with which the intermediate product stream is passed through the high-temperature zone in a bidirectional material flow, ensures that the gas content in the intermediate product stream is very high at a surface temperature in the high-temperature zone of up to 1000 ° C., so that Reaction conditions can be brought about in which a high calorific gas is produced.

Der bidirektional geführte Zwischenstoffstrom gelangt aus dem unteren Teil der Hochtemperaturzone teilweise in die Nachreaktionszone, nachdem die Zwischenprodukteigenschaften durch eine Spaltung der Kettenlängen der Synthesestoffe in Ketten mit weniger als 30 Monomereneinheiten in Anwesenheit von Kohlenstoff und Produktgas bei einer Verweilzeit von kleiner 30 min und einer instationären Prozeßführung gebracht werden. In den Stoffstrom der Nachreaktionszone werden flüssige Reaktionsprodukte unter anderem aus der Gasaufbereitung an den Pellets kondensiert und mit einem Anteil kleiner 5% in der Nachreaktion einbezogen. Der Koksanteil beträgt in dieser Zone bis zu 20%. Das Produktgas wird sowohl aus der Hochtemperaturzone als auch aus der Zone, in der das Eingangsprodukt mit dem Zwischenprodukt gemischt wird, in die Nachreaktionszone eingeleitet und bei Verdampfung der flüchtigen Bestandteile des hier befindlichen Reaktionsproduktes bei einem Druck von mehr als 2 kPa auf eine Temperatur kleiner 800°c gebracht. Die Verweilzeit des Gases bis zum Austritt aus der Nachreaktionszone beträgt infolge der Gestaltung der Vorrichtungsausführung mehr als 4 sek, um die Gasreaktion optional ablaufen zu lassen.The bi-directional flow of intermediate material arrives partially from the lower part of the high temperature zone in the post-reaction zone after the Intermediate properties by splitting the Chain lengths of the synthetic materials in chains with less than 30 monomer units in the presence of Carbon and product gas with a residence time of less than 30 min and unsteady process control to be brought. In the material flow of the Post-reaction zone become liquid reaction products among other things from gas processing on the pellets condensed and with a share of less than 5% in the Post-reaction included. The coke content is in this zone up to 20%. The product gas is both from the high temperature zone as well as from the zone in which is the input product with the intermediate product is mixed, introduced into the post-reaction zone and upon evaporation of the volatile components of the reaction product located here at a pressure from more than 2 kPa to a temperature less than 800 ° c brought. The residence time of the gas until it emerges  as a result of the after-reaction zone Design of the device design for more than 4 seconds, to let the gas reaction take place optionally.

Der Zwischenproduktstrom aus Synthesestoffen, gemischt mit mineralischen Beimengungen und Kohlenstoff mit einem Kohlenstoffanteil 15% bis 75% und einem Wasseranteil 1% bis 10%, bildet ein Reaktionsgemisch, das als beweglicher Wärmeträger dient, der einen Anteil flüssiger Kohlenwasserstoffe bindet, in bidirektional gerichteter Stoffströmung eine Mischung mit dem Eingangsproduktstrom, andererseits eine Mischung mit eingetragenen Koks- und Kondensatmengen und mineralischen Stoffen bildet.The intermediate product stream from synthetic materials, mixed with mineral admixtures and Carbon with a carbon content of 15% to 75% and a water content of 1% to 10% Reaction mixture that acts as a mobile heat transfer medium serves, a portion of liquid hydrocarbons binds in bidirectionally directed material flow a mixture with the input product stream, on the other hand a mixture with registered coke and forms amounts of condensate and mineral substances.

Die Mischung aus Zwischenprodukt und Eingangsprodukt entsteht in einer bidirektional gerichteten Stoffströmung als stoßende Schicht mit einer vergleichsweise niedrigen Temperatur größer 400°C durch eine radiale Zirkulation und durch die Beimengung von Pellets mit einer Oberfläche als Mischung mit einer Dichte kleiner 600 kg/m³ infolge der Druckpulsation.The mixture of intermediate and input product is created in a bidirectionally directed material flow as an impacting layer with a comparatively low temperature greater than 400 ° C by a radial circulation and by adding pellets with a surface as a mixture with a density of less than 600 kg / m ³ as a result of Pressure pulsation.

Die Hochtemperaturzone und die Nachreaktionszone werden durch Verbrennen von Produktgas auf eine Oberflächentemperatur von bis zu 1000°C gebracht, wobei das Brenngas in einen Brennraum eingeleitet wird, der die Hochtemperaturzone zylindrisch umschließt. The high temperature zone and the post-reaction zone are made by burning product gas to a Surface temperature brought up to 1000 ° C, the fuel gas being introduced into a combustion chamber which is cylindrical to the high temperature zone encloses.  

Durch die Zuführung von Gas und Luft oder Sauerstoff in eine zentral in der Hochtemperaturzone und in der Nachreaktionszone angeordneten Zuführungseinrichtung wird an der Oberfläche dieser Einrichtung eine Temperatur eingestellt, so daß die flüssigen Zerfallprodukte aus der Pyrolyse eine Temperatur größer 600°C erreichen. Dabei bilden sich Gase, die anschließend die Gleichgewichtsreaktionen in der stoßenden Schicht der Mischzone beeinflussen.By adding gas and air or oxygen in a central in the high temperature zone and in the Post-reaction zone arranged feed device becomes a on the surface of this facility Temperature set so that the liquid Decay products from pyrolysis a temperature reach greater than 600 ° C. This creates gases that then the equilibrium reactions in the impacting layer of the mixing zone.

Zum Verständnis des in der Darlegung des Wesens der Erfindung beschriebenen Verfahrens wurde die Abweichung vom Pyrolyseverfahren wie folgt beschrieben:To understand the in the exposition of the nature of the Invention described method was the Deviation from the pyrolysis process as follows described:

Beim Pyrolyseverfahren entsteht in einer Gleichgewichtsreaktion ein Gemisch aus Reaktanten und Reaktionsprodukten. Um die Reaktion entsprechend des gewünschten Reaktionsfortschrittes voranzutreiben, werden Reaktionsprodukte entfernt und Reaktanten, wie zum Beispiel Kohlenwasserstoffe, Wasser usw., hinzugefügt.The pyrolysis process creates one Equilibrium reaction a mixture of reactants and Reaction products. To the reaction according to the to drive the desired reaction progress, reaction products are removed and reactants such as for example hydrocarbons, water etc., added.

Ein wesentliches Merkmal der verschiedenen Pyrolyseverfahren ist die Zuführung von Sauerstoff (Luft) für die Erzeugung von Wärme bzw. Abwesenheit von Sauerstoff und die Wärmezufuhr von außen. Im ersten Fall entsteht ein Armgas mit höherem Kohlendioxidanteil und Stickstoff. In dem beschriebenen Verfahren entsteht ein hochkalorisches Gas, bei dem unabhängig davon ein Koksanteil ausgetragen, aber auch durch eine Konvertierung nach dem Stand der Technik eingesetzt werden kann.An essential feature of the different The pyrolysis process is the supply of oxygen (Air) for the generation of heat or absence of oxygen and the supply of heat from the outside. in the in the first case there is a lean gas with a higher one Carbon dioxide and nitrogen. By doing described procedure arises a high calorific Gas, in which independently a coke component  carried out, but also by a conversion to the prior art can be used.

In der Erfindung wird nicht die Tatsache beschrieben, daß eine Konvertierung vollständig abgeschlossen oder vorzeitig abgebrochen wird, sondern daß die eingesetzten Natur- und Synthesestoffe "verschwelt" werden. Wir hatten hierzu den Ausdruck Vergasung eingeführt, da diese Stoffe durch den Schwelprozeß vergast werden. Wir weisen daraufhin, daß es sich ausdrücklich um keine Vergasung von Kohle handelt, sondern in einem Vergasungsprozeß über die beschriebenen Verfahrensschritte die Herstellung des Zwischenproduktes stattfindet, mit dem eine bestimmte Gasqualität erzielt werden kann.The invention does not describe the fact that a conversion is complete or is terminated prematurely, but that the natural and synthetic materials used become. We had the expression gassing introduced because these substances through the smoldering process be gassed. We point out that it is expressly not a coal gasification, but in a gasification process over the Process steps described the manufacture of the Intermediate takes place with which a certain Gas quality can be achieved.

Die unter den Verfahrensansprüchen dargestellte technische Lehre beinhaltet die Herstellung einer Mischung aus einem Eingangsstoff, dem beschriebenen Zwischenprodukt und die Herstellung des Zwischenproduktstromes, wobei dessen Führung mehreren Reaktionsschritten unterworfen wird.The presented under the procedural claims technical teaching involves the production of a Mixture of an input material, the one described Intermediate and the production of the Intermediate product stream, its leadership several Reaction steps is subjected.

• 1. Zersetzung/Mischung1. Decomposition / Mixing
• 2. Zersetzung/Cracken2. Decomposition / cracking
• 3. Herstellung Zwischenprodukt in Gleichgewichtsreaktion3. Manufacturing intermediate in Equilibrium reaction
• 4. Vergasung in Gasreaktion als Gleichgewichtsreaktion zur Bildung bestimmter Reaktionsprodukte, z. B. Gase4. Gasification in gas reaction as Equilibrium reaction to form certain Reaction products, e.g. B. gases

Diese Reaktionen, Aufspaltung der Natur- und Synthesestoffe zur Herstellung des Zwischenproduktstromes mit bestimmten Temperaturen in mehreren Schritten und die anschließende Gasreaktion als Gleichgewichtsreaktion zwischen den Reaktanten und Reaktionsprodukten verlaufen in den Verfahrensschritten in der oberen Mischkammer, in der Hochtemperaturzone und in den nachgeschalteten Verfahrenschritten mit unterschiedlichem Schwergewicht und dem erfindungsgemäßen Ergebnis.These reactions, splitting the natural and Synthetic materials for the production of the Intermediate stream with certain temperatures in several steps and the subsequent gas reaction as an equilibrium reaction between the reactants and reaction products run in the Process steps in the upper mixing chamber, in the High temperature zone and in the downstream Procedural steps with different Heavyweight and the result according to the invention.

Weiterhin wird in den Verfahrensansprüchen beschrieben, auf welche Weise das Zwischenprodukt hergestellt wird. Dies erfolgt bei einer Temperatur über 500°C unter Zuführung der Mischung und der in den nachgeschalteten Verfahrensschritten hergestellten Gase. In der dritten Merkmalsgruppe ist beschrieben, daß ein Produktstrom aus der oberen Mischkammer, bestehend aus Zwischenprodukt und Eingangsstoff als Produktgemisch zur Hochtemperaturbehandlung in die Hochtemperaturzone eingetragen wird, so daß hier unter den oben genannten Bedingungen die Zwischenproduktherstellung durchgeführt wird. Ferner wird durch die bidirektionale Führung die Nutzung des Zwischenproduktstromes zur Wärme- und Stoffzufuhr realisiert, wodurch ein Prozeß mit Wärmezufuhr in der oberen Mischkammer (1. Verfahrensschritt) und eine weitere Vergasung in den nachgeschalteten Verfahrensschritten über den Produktaustritt (C1 und C2) stattfindet. Furthermore, in the procedural claims described how the intermediate will be produced. This takes place at one temperature over 500 ° C while feeding the mixture and the in the subsequent process steps manufactured gases. In the third group of characteristics is described that a product stream from the top Mixing chamber consisting of intermediate and Input material as a product mixture for High temperature treatment in the high temperature zone is entered so that here under the above mentioned conditions the intermediate production is carried out. Furthermore, the bi-directional guidance the use of the Intermediate product flow for heat and material supply realized, whereby a process with heat input in the upper mixing chamber (1st step) and a further gasification in the downstream Process steps via the product exit (C1 and C2) takes place.  

Nachfolgend wird das erfinderische Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles bzw. der Fig. 3 für den verfahrensbedingten Ablauf einer Gesamtanlage, insbesondere des erfindungsgemäßen Schwelreaktors, beschrieben:The inventive method is described below using an exemplary embodiment or FIG. 3 for the process-related sequence of an entire system, in particular the smoldering reactor according to the invention:

Das Verfahren gliedert sich in die Stufen, in denen die Einstellung der Eingangsstoffströme, die Reaktion der Stoffstrommischung, die Hochtemperaturvergasung, Niedrigdruckvergasung, Einstellung der Ausgangsstoffströme, die Verstromung sowie die Gastrennung erfolgen. Kennzeichnend für die Reaktionsstufe des Verfahrens ist das Vorhandensein von gasförmigen, flüssigen und festen Stoffströmen, die den erfindungsgemäßen Verfahrensstufen entstammen mit spezifischen Eigenschaften. Die festen Stoffströme unterteilen sich in die Eingangsstoffströme und den Zwischenproduktstoffstrom.The process is divided into the stages in which the setting of the input material flows, the reaction the material flow mixture, the high temperature gasification, Low pressure gasification, adjustment of the Starting material flows, electricity generation and Gas separation takes place. Characteristic of the The reaction stage of the process is the presence of gaseous, liquid and solid material flows, which originate from the process stages according to the invention with specific properties. The firm Material flows are divided into the Input material flows and the Intermediate product stream.

In der Eingangszone wird der erste Eingangsstoffstrom durch Beaufschlagung mit Abgas der Verstromung, welcher eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 700 °C aufweist und im Prinzip drucklos ist, so aufbereitet, daß eine Partikelbildung mit nichtklebender Oberfläche entsteht. Die Partikel haben eine Größe bis maximal 100 mm Kantenlänge. Die Temperatur des ersten Eingangsstoffstromes wird auf bis zu maximal 100°C angehoben. Der erste Eingangsstoffstrom besteht aus natürlichem und/oder synthetischen zellulosehaltigem Material. The first input stream is in the input zone by exposure to exhaust gas from the electricity generation, which has a temperature in the range of 100 ° C to 700 ° C and is in principle depressurized, so processed that a particle formation with non-stick surface. The particles have a size up to a maximum of 100 mm edge length. The The temperature of the first input stream is raised raised to a maximum of 100 ° C. The first Input material flow consists of natural and / or synthetic cellulosic material.  

Der zweite Eingangsstoffstrom, der bereits mit dem ersten Eingangsstoffstrom während des Verfahrensschrittes vereinigt werden kann, beinhaltet eine Kunststoffmischung.The second input stream, which is already with the first input stream during the Process step can be combined includes a plastic mixture.

Der dritte Eingangsstoffstrom, der ebenfalls zeitig vereinigt werden kann, beinhaltet einen hohen Kohlenstoffanteil.The third input stream, which is also timely can be united involves a high Carbon content.

Die zellulose- und kohlenstoffhaltigen Eingangsstoffströme weisen vor der Einstellung einen Wasseranteil bis maximal 50% der Gesamtmasse auf. Durch Beaufschlagung mit dem Abgasstrom aus dem Verfahrensschritt Verstromung wird dieser Anteil auf 5 bis 35% eingestellt. Die eingestellten Eingangsstoffströme enthalten quellfähiges und gequollenes Material und befinden sich in einer Wasserdampfatmosphäre. In diesem Zusammenhang werden sie zur Reaktion gebracht.The cellulose and carbonaceous Input streams have a before setting Water content up to a maximum of 50% of the total mass. By applying the exhaust gas flow from the Process step electricity generation will have this share 5 to 35% set. The set Input streams contain swellable and swollen material and are in one Water vapor atmosphere. In this context made them react.

Der Zwischenproduktstoffstrom resultiert aus dem Prozeß des Hochtemperaturvergasungsschrittes. Dieser Stoffstrom besteht aus 25% Kohlenstoff (fest) und 55 % Kohlenwasserstoffen, die das Zwölffache an Doppelbindungen enthalten - gegenüber dem Eingangsprodukt. Das Zwischenprodukt weist 5 bis 6% flüssige Kohlenwasserstoffe mit einem Anteil von 35% Aromaten auf. Das Verhältnis Wasserstoff zu Kohlenstoff des festen Zwischenproduktes ist 2 : 1.The intermediate product stream results from the Process of high temperature gasification step. This Material flow consists of 25% carbon (solid) and 55 % Hydrocarbons, which is twelve times higher Double bonds included - compared to that Input product. The intermediate product has 5 to 6% liquid hydrocarbons with a share of 35% Aromatics on. The ratio of hydrogen to Carbon of the solid intermediate is 2: 1.

Die Zuführung des Zwischenproduktes in den Verfahrensschritt Reaktion ist nicht kontinuierlich, sondern erfolgt schubweise mit einer Frequenz von 10 bis 200 Sekunden. Durch die Führung des Stoffstromes aus der Reaktionszone in der Mischkammer in die Hochtemperaturvergasung und aus dieser in die Reaktionszone zurück ist mit dem Aufbau eines Druckes an der Grenze zur Reaktionszone verbunden. Der pulsierend eintretende Zwischenproduktstoffstrom erzeugt damit eine stoßende Schicht in der Feststoffmischung in der Reaktionszone, die die in dieser Zone befindlichen Reaktionspartner in innigen Kontakt bringen und unter der zusätzlichen Wirkung eines Agitators und von Schnecken, die eine Drehzahl von 10 bis 20 Umdrehungen pro Minute aufweisen, und die vorwärts und rückwärts in Drehung versetzt werden, zu einer, aus dem quellfähigen Material dosiert abgegebenen Wasserdampf, mit Zwischenprodukt, Koks und den Komponenten der Eingangsstoffströme in direkten Stoffkontakt bringen. Die Reaktion läuft durch die erfindungsgemäß temperierten Komponenten aus dem Zwischenproduktstrom bei Temperaturen zwischen 450°C und 750°C an der Oberfläche der in Kontakt befindlichen Reaktionspartner ab. Die Mischung steht unter der Wirkung des gasförmigen Stoffstromes, der pulsierend aus der Hochtemperaturzone in die Reaktionszone eintritt und eine Temperatur größer 650°C aufweist, so daß die aus der Reaktionszone und der Hochtemperaturzone entstammenden Gaskomponenten bei Reaktionstemperaturen über 600°C zur Reaktion gebracht werden. Dabei entsteht ein Gas, das folgende Eigenschaften aufweist:
5% Ethan
11% Ethylen
28% Propan
21% Methan und CO
10% CO₂
7% Benzen
6% höhere Aliphate
12% höhere Alkane (flüssig).The supply of the intermediate product in the reaction step is not continuous, but takes place in batches at a frequency of 10 to 200 seconds. By guiding the stream of material from the reaction zone in the mixing chamber into the high-temperature gasification and back into the reaction zone, pressure is built up at the border to the reaction zone. The pulsating intermediate product stream thus creates an impacting layer in the solid mixture in the reaction zone, which bring the reactants located in this zone into intimate contact and under the additional action of an agitator and screws, which have a speed of 10 to 20 revolutions per minute, and which are rotated forwards and backwards to bring a water vapor dispensed from the swellable material into direct contact with the intermediate product, coke and the components of the input material streams. The reaction takes place through the components tempered according to the invention from the intermediate product stream at temperatures between 450 ° C. and 750 ° C. on the surface of the reactants in contact. The mixture is under the action of the gaseous stream which pulsates from the high temperature zone into the reaction zone and has a temperature greater than 650 ° C, so that the gas components originating from the reaction zone and the high temperature zone are reacted at reaction temperatures above 600 ° C. This creates a gas that has the following properties:
5% ethane
11% ethylene
28% propane
21% methane and CO
10% CO ₂
7% benzene
6% higher aliphates
12% higher alkanes (liquid).

Die Hochtemperaturreaktionszone, in der der Zwischenproduktstrom erzeugt wird, weist eine zylindrische Oberfläche mit einer Temperatur bis 1000 °C auf. An dieser Oberfläche wird durch schneckenartige Rotoren der Zwischenstoffstrom pulsierend verdichtet und in innigen Kontakt mit der Wandzone gebracht, um abwechselnd mit der Kompressionsphase von der Wand gelockert und in die angrenzenden Reaktionszonen gefördert zu werden. Während der Kompressionsphase wird in den Hohlräumen des Zwischenproduktes in der Hochtemperaturreaktionszone und in der nachgeschalteten Niedrigdruckvergasungszone ein Innendruck von ca. 5 kPa aufgebaut.The high temperature reaction zone in which the Intermediate product stream generated has one cylindrical surface with a temperature up to 1000 ° C. On this surface is through helical rotors of the intermediate material flow pulsatingly compacted and in intimate contact with the Brought to alternate with the wall zone Compression phase loosened from the wall and into the adjacent reaction zones to be promoted. During the compression phase is in the cavities of the intermediate in the High temperature reaction zone and in the downstream low pressure gasification zone Internal pressure of approx. 5 kPa built up.

Die nachgeschaltete Niedrigdruckvergasungszone nimmt ein Zwischenprodukt auf, das anteilig nicht in die Reaktionszone gefördert wurde, sondern aufgrund der entstandenen Partikelgröße kleiner 40 mm Kantenlänge durch Schneckenförderer ausgetragen wurde. Die Niedrigdruckvergasung findet bis maximal 2,5 kPa statt. Der in dieser Zone vorherrschende Druck entsteht durch eine weitere Fortsetzung der Pyrolyse des Zwischenproduktes unter indirekter Wärmezuführung in dieser Zone, die teilweise aus der Anfallwärme der Verstromung gespeist wird. Die aus einer gleichmäßigen Wärmezufuhr resultierende Vergasung des Zwischenproduktes bei einer Temperatur von 600°C bis 700°C speist einen Gasraum, der in Verbindung mit der Hochtemperaturzone steht.The downstream low pressure gasification zone takes an intermediate product that is not part of the Reaction zone was promoted, but because of resulting particle size less than 40 mm edge length was carried out by screw conveyors. The Low pressure gasification takes place up to a maximum of 2.5 kPa instead of. The pressure prevailing in this zone  arises from a further continuation of pyrolysis of the intermediate product with indirect heat input in this zone, which is partly from the heat of the Electricity is fed. The one uniform heat supply resulting gasification of the Intermediate at a temperature of 600 ° C to 700 ° C feeds a gas space in connection with the high temperature zone.

Während der Gasstrom sich pulsierend in die vorgeschalteten Verfahrensstufen entspannt, tritt aus der Niedrigdruckreaktionszone der Austragsstoffstrom aus. Das ausgetretene Material dieses Stoffstroms wird in der Aufeinanderfolge mit Heißdampf behandelt und abgesiebt, so daß ein Anteil als Aktivkohle gewonnen wird. Asche und Schlacke sind aus der Aktivkohle in dieser Phase abgeschieden worden.While the gas flow pulsates into the upstream process steps relaxed, emerges the low pressure reaction zone the discharge stream out. The leaked material of this material flow is treated with superheated steam in succession and sieved, so that a portion as activated carbon is won. Ash and slag are from the Activated carbon has been deposited in this phase.

Das in den Verfahrensstufen Niedrigdruckvergasung, Hochtemperaturreaktionszone und Reaktionszone erzeugte und abgemischte Gas wird in eine Zone zur Einstellung des Produktgasstromes eingeleitet, in der eine Temperatur zwischen 450°C und 950°C herrscht. In dieser Zone findet die Einstellung der Gaszusammensetzung in Abhängigkeit von der Temperatur statt. Über einen Bypass wird dazu Gas aus der Niedrigdruckreaktion eingespeist. Mit dieser Temperatur wird das Gas über Aktivkohle geleitet. An diese Verfahrensstufe schließt sich eine konventionelle Gasreinigungsstufe und ein Gaslager an. In the low pressure gasification process stages, High temperature reaction zone and reaction zone generated and mixed gas is in a zone for Setting the product gas flow initiated in the the temperature is between 450 ° C and 950 ° C. In this zone the setting of the Gas composition depending on the temperature instead of. A bypass is used to gas from the Low pressure reaction fed. With this Temperature, the gas is passed over activated carbon. On this stage of the process includes one conventional gas cleaning stage and a gas warehouse on.  

Aus dem Gaslager wird das Gas für die Verfahrensschritte Verstromung und Gastrennung bereitgestellt. Die bei der Verstromung entstehende Anfallwärme weist eine Temperatur von 550°C bis 700 °C auf und dient entsprechend Beschreibung in der Niederdruckreaktionsstufe der Temperierung der Prozesse. Ein Teilstrom wird zur Eingangsprodukteinstellung und Partikelbildung mit einer Temperatur von größer 550°C abgezweigt und eingesetzt.The gas warehouse becomes the gas for the Process steps of electricity generation and gas separation provided. The resulting from the electricity Heat generated has a temperature of 550 ° C to 700 ° C and serves as described in the Low pressure reaction stage of tempering the Processes. A partial flow becomes Input product setting and particle formation with branched off at a temperature greater than 550 ° C and used.

Zum Zwecke der Einstellung einer erfindungsgemäßen Gasmischung werden bis maximal 25% Trockenproduktanteile über eine Sekundäreinspeisung in die Verfahrensstufe Niedrigdruckvergasung mit einer Temperatur von 50°C bis 90°C eingespeist.For the purpose of setting an inventive Gas mixture up to a maximum of 25% Dry product shares via a secondary feed to the low-pressure gasification process stage a temperature of 50 ° C to 90 ° C fed.

In der Anlage wird eine Verschwelung von zellulosehaltigen Reststoffen zur Erzeugung von Synthesegasen bzw. zur Energiegewinnung durchgeführt. Die eingesetzten Reststoffe kommen aus dem Recycling. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß eine anderweitige Verwertung ökologisch bzw. ökonomisch nicht sinnvoll durchführbar ist. Der wesentliche Grund hierfür sind der sehr hohe Wasseranteil (z. B. Recyclingrückstände) bzw. die starke Vermischung unterschiedlicher Stoffe. Der hohe Wasseranteil hat zur Folge, daß eine Nutzung durch andere Verfahren auf Grund des hohen energetischen Aufwandes für die Trocknung nicht sinnvoll ist. Ein hoher Grad der Durchmischung unterschiedlicher Substanzen erfordert einen sehr hohen Aufwand bei der Trennung der Stoffe bzw. macht eine solche unmöglich. Die Verschwelung derartiger Reststoffe ermöglicht eine teilweise stoffliche Nutzung (Synthesegase) sowie eine energetische Nutzung. Da die erzeugten Schwelgase in einem geschlossenen Reinigungsprozeß von Schadstoffen getrennt werden, kann eine Luftverunreinigung ausgeschlossen werden. Das Kreislaufwasser der Gaswaschanlage kann durch Ausnutzung der im Schwelprozeß anfallenden Abwärme angereichert und nachfolgend in Tanks zur Verwertung abgefahren und in einer Kläranlage gereinigt werden. Ölige Bestandteile des Schwelgases werden in einem Koksabsorber gebunden. Je nach Zusammensetzung dieser Bestandteile kann der verunreinigte Koks wieder der Verschwelung zugeführt oder entsorgt werden.A smoldering of cellulose-containing residues for the production of Synthesis gases or carried out for energy. The residues used come from recycling. They are characterized in that a other recycling ecologically or economically is not feasible. The essential The reason for this is the very high water content (e.g. Recycling residues) or the strong mixing different fabrics. The high proportion of water has as a result of use by other methods due to the high energy expenditure for the Drying is not useful. A high degree of Mixing different substances required a very high effort in separating the substances  or makes such an impossible. The smoldering such residues allows a partial material use (synthesis gases) and a energetic use. Since the carbonization gases generated in a closed cleaning process of pollutants can be separated, an air pollution be excluded. The circulating water of the Gas washer can by using the Waste heat accumulated and smoldering process subsequently driven into tanks for recycling and in a sewage treatment plant. Oily ingredients of the carbonization gas are in a coke absorber bound. Depending on the composition of these components the contaminated coke can again be the smoldering supplied or disposed of.

Die gesamte Anlage, z. B. zur Verschwelung von zellulosehaltigen Reststoffen aus dem Papierrecycling, der Land- und der Forstwirtschaft, gliedert sich in folgende Betriebseinheiten, wie in Fig. 1 beschrieben. Dabei sind folgende Anlagenkomponenten, wie in der Fig. 1 dargestellt, miteinander verknüpft:
Eingangslager (21)
Aufbereitung und Trocknung (22, 23, 24)
Schwelreaktor (5)
Nachschwelschnecken, Koksaufbereitung, Koksaustrag, Ascheaustrag (16, 17)
Gasreaktor (25)
Gasreinigung, Wasseraufbereitung, Abgasreinigung (26, 30, 27)
Gaslager (28)
Verstromung (29)The entire system, e.g. B. for the smoldering of cellulose-containing residues from paper recycling, agriculture and forestry, is divided into the following operating units, as described in Fig. 1. The following system components are linked to one another, as shown in FIG. 1:
Entrance warehouse ( 21 )
Preparation and drying ( 22 , 23 , 24 )
Smoldering reactor ( 5 )
Post-wilting screws, coke processing, coke discharge, ash discharge ( 16 , 17 )
Gas reactor ( 25 )
Gas cleaning, water treatment, exhaust gas cleaning ( 26 , 30 , 27 )
Gas storage ( 28 )
Electricity generation ( 29 )

Den Schwelreaktor stellen die Fig. 2 und Fig. 3 als eine Betriebseinheit dar, in dem die eigentliche Pyrolyse stattfindet. Die einzelnen Reaktoren untergliedern sich in die folgenden Teile:
Mischerkammer 2
Hochtemperaturkammer 4 The carbonization, FIGS. 2 and Fig. 3 illustrates as an operation unit, in which the actual pyrolysis takes place. The individual reactors are divided into the following parts:
Mixer chamber 2
High temperature chamber 4

Diese Teile stehen in einer festen Verbindung und können während des Betriebes nicht getrennt werden. Die Unterteilung dient lediglich der Beschreibung der unterschiedlichen Funktionalität. Durch die beiden Schwelkammern verläuft eine Schnecke 7 mit spezieller Schneckengeometrie.These parts are in a fixed connection and cannot be separated during operation. The subdivision is only used to describe the different functions. A screw 7 with a special screw geometry runs through the two smoldering chambers.

Das Schwelgut gelangt als Eingangsstoffstrom von den Trocknungsschnecken in die Eintragsschnecke. Von dort wird in die Mischerkammer 2 eingetragen. Die Eintragsschnecke ist eine einfach ausgeführte Trogschnecke, die die Mischerkammer 2 durchdringt. Die Mischerkammer 2 hat ein Fassungsvermögen von 2 m³. Sie wird einerseits durch die Mantelkammer (5) beheizt. Im wesentlichen wird sie aber durch eine Vermischung mit dem Zwischenprodukt und einem Gasaustausch mit der Hochtemperaturkammer 4 temperiert. In der Mischerkammer 2 herrschen Temperaturen von ca. 500 bis 700°C. Die Mischung aus Eingangsprodukt und Zwischenprodukt wird in der Mischerkammer 2 teilweise verschwelt, teilweise durch die Förderwirkung der Schnecke in die Hochtemperaturkammer 4 eingetragen. In die Mischerkammer 2 strömen die in der Hochtemperaturkammer 4 und den Nachschwelschnecken entstehenden Schwelgase ein. Aus der Mischerkammer 2 gelangen die Schwelgase sowohl über die Gasaustrittsstutzen b1 und b2 als auch absteigend durch die Hochtemperaturzone in die Nachreaktionszone über den Stutzen in die Betriebseinheit Gasreinigung und Gaslagerung.The smoldering material arrives as an input material stream from the drying screws into the feed screw. From there is entered into the mixer chamber 2 . The feed screw is a simple trough screw that penetrates the mixer chamber 2 . The mixer chamber 2 has a capacity of 2 m ³ . On the one hand, it is heated by the jacket chamber ( 5 ). In essence, however, it is tempered by mixing with the intermediate product and gas exchange with the high-temperature chamber 4 . Temperatures of approx. 500 to 700 ° C prevail in the mixer chamber 2 . The mixture of product and input intermediate is carbonized in the mixer chamber 2 partly partially entered by the conveying action of the screw in the high temperature chamber. 4 The smoldering gases generated in the high-temperature chamber 4 and the post-heating screws flow into the mixer chamber 2 . From the mixer chamber 2 , the carbonization gases arrive both via the gas outlet connections b1 and b2 and descending through the high-temperature zone into the after-reaction zone via the connection piece into the gas cleaning and gas storage operating unit.

Die Schwelkammer besteht aus mehreren direkt bzw. indirekt beheizten Kammern, die aus zylindrischen Hohlkörpern bestehen und deren Mittelachse eine Neigung < 60° zur Horizontale aufweist, in denen eine reversierende Fördereinrichtung über eine Hohlwelle 7 mit einer Schnecke 8 arbeitet. In der Mischerkammer 2 ist ein Rührarm 11 vorzugsweise angeordnet, um die Mischung herzustellen.The smoldering chamber consists of several directly or indirectly heated chambers, which consist of cylindrical hollow bodies and whose central axis has an inclination <60 ° to the horizontal, in which a reversing conveyor device works with a screw 8 via a hollow shaft 7 . A stirring arm 11 is preferably arranged in the mixer chamber 2 in order to produce the mixture.

Unterhalb der Mischerkammer 2 befindet sich die Hochtemperaturkammer 4. In dieser Schwelkammer herrscht eine Temperatur von bis zu 1000°C. Die Verschwelung des eingetragenen Materials wird in diesem Bereich fortgesetzt. Es besteht ein Materialaustausch mit der Mischerkammer 2.Below the mixing chamber 2 is the high temperature chamber. 4 The temperature in this smoldering chamber is up to 1000 ° C. The smoldering of the material entered continues in this area. There is an exchange of materials with the mixer chamber 2 .

Ausgetragen wird das Material über die Austragsschnecke, welche die Hochtemperaturkammer 4 durchdringt, in die Betriebseinheit - Koksaufbereitung, Koksaustrag, Ascheaustrag. Die Hochtemperaturkammer 4 wird von der Ringkammer 3 umgeben. Diese ist mit einer Hitzefest-Auskleidung versehen und dient der Beheizung der Hochtemperaturkammer 4. Die Beheizung erfolgt mittels Gasbrennern über den Brennerstutzen d. Die Befeuerung erfolgt mit dem erzeugten Pyrolysegas. Das Abgas des Gasbrenners, welches über die Abgasstutzen e1, e2 austritt, wird zur Beheizung des Heizmantels der Mischerkammer 2, der Trocknungsschnecke, der Nachschwelschnecken und der Wasseraufbereitung eingesetzt.The material is discharged via the discharge screw, which penetrates the high-temperature chamber 4 , into the operating unit - coke processing, coke discharge, ash discharge. The high-temperature chamber 4 is surrounded by the annular chamber 3 . This is provided with a heat-resistant lining and serves to heat the high-temperature chamber 4 . The heating takes place by means of gas burners via the burner nozzle d. The firing is carried out with the pyrolysis gas generated. The exhaust gas from the gas burner, which exits through the exhaust ports e1, e2, is used to heat the heating jacket of the mixer chamber 2 , the drying screw, the after-heating screw and the water treatment.

Die Schwelreaktoren verfügen über eine Reihe von Meßsonden, die der Überwachung der Schwelreaktion und der Gewährleistung der Sicherheit der Reaktoren dienen. Die Gasbrenner und das Sicherheitssystem wird über diese Sensoren angesteuert.The smoldering reactors have a number of Measuring probes for monitoring the smoldering reaction and ensuring the safety of the reactors serve. The gas burner and the security system will controlled by these sensors.

Den Schwelreaktoren werden eine Anzahl von Nachschwelschnecken nachgeschaltet. Diese Schnecken sind als einfache Schnecken mit Mantelbeheizung ausgeführt. Das bereits stark verschwelte Schwelgut wird aus der Austragsschnecke des Produktaustrittes c1, c2 der Schwelreaktoren mit einer Temperatur von mehr als 800°C in die Nachschwelschnecken eingetragen. In den Mantel der Nachschwelschnecken wird Brenngas zur Wärmeerzeugung oder Abgas aus der Verstromung bzw. aus den Schwelreaktoren eingetragen und so eine Temperatur von mehr als 500°C in den Nachschwelschnecken aufrechterhalten. Somit wird der Schwelprozeß über eine Zeitdauer von ca. 60 Minuten weiter aufrechterhalten, und es kommt zu einer vollständigen Verschwelung des Schwelgutes. Als Rückstände der Pyrolyse verbleiben Koks und Asche. The smoldering reactors are a number of Nachschwelschne downstream. These snails are as simple snails with jacket heating executed. The already heavily smoldered char becomes from the discharge screw of the product outlet c1, c2 of the smoldering reactors with a temperature of more than 800 ° C in the post-wilting worms registered. In the mantle of the post-dwarf snails becomes fuel gas for heat generation or exhaust gas from the Electricity generation or entered from the smoldering reactors and so a temperature of more than 500 ° C in the Maintain rewelling snails. Thus the Smoldering process over a period of approx. 60 minutes continue to be maintained and there will be one complete smoldering of the char. As Pyrolysis residues remain coke and ash.  

Diese werden aus den Nachschwelschnecken in geschlossene Behälter ausgetragen, in denen sie abkühlen. Die Anzahl der baugleichen Nachschwelschnecken, die erforderlich sind, um eine vollständige Verschwelung des Schwelgutes zu erreichen, ist abhängig vom eingesetzten Ausgangsmaterial. Die Nachschwelschnecken besitzen Ein- und Austragsschnecken für das Produktgas. These are from the post-dwarf snails in closed containers in which they are discharged cooling down. The number of identical Nachschwelschne, which are required to a complete smoldering of the char achieve depends on the used Source material. The rewelling snails own Feed and discharge screws for the product gas.  

Bezugszeichenreference numeral

11

Gasreaktor
Gas reactor

22

Mischerkammer
Mixer chamber

33rd

Ringkammer
Ring chamber

44

Hochtemperaturkammer
High temperature chamber

55

Mantelkammer
Mantle chamber

77

Hohlwelle
Hollow shaft

88th

Schnecke
slug

1010th

Luftzuführung
Air supply

1111

Rührarm
Agitator

1616

Nachschwelreaktor
Post-carbon reactor

17-117-1

Nachschwelreaktor mit Doppelmantel
Post-carbon reactor with double jacket

17-217-2

Nachschwelreaktor mit Doppelmantel
Post-carbon reactor with double jacket

2121

Vorratslager
Storage

2222

Aufgabevorrichtung
Feeder

2323

Doppelschnecke
Twin screw

2525th

Gasreaktor
Gas reactor

2626

Gaswäsche
Gas washing

2727

Pufferbehälter
Buffer tank

2828

Gaslagerbehälter
Gas storage tank

2929

Gasmotor/Turbine
Gas engine / turbine

3030th

Wärmeübertrager
a - Produktgemisch-Zuführung
b1 - Gasaustrittsstutzen
b2 - Gasaustrittsstutzen
c1 - Produktaustritt
c2 - Produktaustritt
d - Brennerstutzen
e1 - Abgasstutzen
e2 - Abgasstutzen
f1 - Gasstutzen
f2 - Gasstutzen
a1 - Eingangsprodukt
a2 - Eingangsprodukt
b. . . - Gase
c - Zwischenprodukt/Produkt
c_n Heat exchanger
a - Product mixture feed
b1 - gas outlet connection
b2 - gas outlet connection
c1 - Product leakage
c2 - Product leakage
d - burner nozzle
e1 - exhaust pipe
e2 - exhaust pipe
f1 - gas nozzle
f2 - gas nozzle
a1 - input product
a2 - input product
b. , , - gases
c - intermediate / product
c _n

- Zwischenprodukt/Produkt
e. . . - Rauchgase
f. . . - Rauchgase
h. . . - Hilfsmedien
w. . . - Wasser
- intermediate / product
e. , , - flue gases
f. , , - flue gases
H. , , - auxiliary media
w. , , - Water

Claims (9)

1. Verfahren zur thermischen Behandlung und chemischen Umsetzung von Natur- und Synthesestoffen unter Zeugung eines Produktgases zur weiteren Verwendung, wobei hohe Temperaturen auf ein Produktgemisch aus Recyclingstoffen und/oder organischen Beimengungen in einem Schwelreaktor (1) wirken und Gase zu einer weiteren Verarbeitung entstehen, gekennzeichnet dadurch, daß

• - ein wasserhaltiger Eingangsstoff mit einem vorhandenen Zwischenprodukt eines Zwischenproduktstromes aus der Hochtemperaturkammer (4) des Schwelreaktors (1) gemischt wird und dabei auf eine Temperatur größer 300°C in der Mischerkammer (2) des Schwelreaktors (1) und zur Zersetzung und Vergasung gebracht wird,
• - ein Zwischenprodukt in Verbindung mit einer zusätzlichen Gaszufuhr bei einer Temperatur von 500 bis 1000°C in der Hochtemperaturkammer (4) des Schwelreaktors (1) hergestellt wird,
• - ein Produktstrom des Gemisches aus Zwischenprodukt und wasserhaltigem Eingangsstoff bidirektional als Zwischenproduktgemisch zwischen der Hochtemperaturkammer (4) und der Mischerkammer (2) des Schwelreaktors (1) geführt wird, so dass dabei durch eine Hochtemperaturbehandlung in der Hochtemperaturkammer (4) des Schwelreaktors (1) die Zwischenproduktherstellung erfolgt.

1. Process for the thermal treatment and chemical conversion of natural and synthetic substances while generating a product gas for further use, high temperatures acting on a product mixture of recycled materials and / or organic admixtures in a smoldering reactor ( 1 ) and gases being produced for further processing, characterized in that

• - A water-containing input material is mixed with an existing intermediate product of an intermediate product stream from the high temperature chamber ( 4 ) of the smoldering reactor ( 1 ) and is brought to a temperature greater than 300 ° C in the mixer chamber ( 2 ) of the smoldering reactor ( 1 ) and for decomposition and gasification ,
• an intermediate product is produced in connection with an additional gas supply at a temperature of 500 to 1000 ° C. in the high-temperature chamber ( 4 ) of the smoldering reactor ( 1 ),
• - A product stream of the mixture of intermediate product and water-containing input material is passed bidirectionally as an intermediate product mixture between the high-temperature chamber ( 4 ) and the mixer chamber ( 2 ) of the smoldering reactor ( 1 ), so that a high-temperature treatment in the high-temperature chamber ( 4 ) of the smoldering reactor ( 1 ) the intermediate product is manufactured.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischungsverhältnis des Produktgemisches aus Eingangsprodukt und Zwischenprodukt von 1 : 1 bis 1 : 5 eingestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a mixing ratio of the product mixture from input product and intermediate product of 1: 1 until 1: 5 is set. 3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der bidirektionale Zwischenproduktstrom des Zwischenproduktes bzw. der Mischung aus dem Eingangsstoff mit dem Zwischenprodukt mit einer Frequenz von größer 10 Sekunden^-1 in seiner Richtung umgekehrt wird.3. The method according to claim 1 characterized in that the bi-directional intermediate product stream of intermediate product or the mixture of the input material with the intermediate product with a frequency of greater than 10 second ^-1 is reversed in its direction. 4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das aus anderen Zonen durch das Zwischenprodukt geleitete Gas vorzugsweise CH₄, C₂H₆, C₃H₆, C₆H₆ und C₆H₁₂ enthält und ferner aus 2 bis 6% Wasserdampf besteht und die Verweilzeit der Gasmenge mehr als 4 Sekunden beträgt. 4. The method according to claim 1, characterized in that the gas passed from other zones through the intermediate product preferably contains CH ₄ , C ₂ H ₆ , C ₃ H ₆ , C ₆ H ₆ and C ₆ H ₁₂ and also from 2 to 6% There is water vapor and the residence time of the gas quantity is more than 4 seconds. 5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich im Zwischenprodukt in dem gecrackten Kohlenwasserstoff des Zwischenproduktes ein Verhältnis Wasserstoff zu Kohlenstoff größer 1,5 : 1 einstellt und sich die Doppelbindungen im Vergleich zum Eingangsprodukt auf mehr als das Dreifache erhöhen.5. The method according to claim 1, characterized in that in the intermediate in the cracked Hydrocarbon of the intermediate Ratio of hydrogen to carbon greater than 1.5: 1 sets and the double bonds in Compared to the input product on more than that Increase threefold. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorstehenden Ansprüchen 1 bis 4, wobei ein Schwelreaktor mit einem Schwelraum und innen liegender Transport- und Mischschnecke vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Schwelreaktor 1, eine obere Mischerkammer (2) aufweist und mit einer Mantelkammer (5) umschlossen ist und weiterhin eine Eingangsstoffzuführung (a) sowie Gasaustrittsstutzen (b1) und (b2) angeordnet sind,
• - unterhalb der Mischerkammer (2) eine Hochtemperaturkammer (4) kleineren Querschnittes ausgeführt ist, wobei diese mit einer Ringkammer (3) mit einem Brennstutzen (d) sowie Abgasstutzen (e1) und (e2) umschlossen ist,
• - innerhalb der Mischerkammer (2) und der Hochtemperaturkammer (4) eine Hohlwelle (7) mit einer Schnecke (8) vorhanden ist, wobei die Hohlwelle reversierend rotiert und innerhalb der Hohlwelle (7) ein Brenngas und eine Luftzufuhr (10) bis oberhalb der Ringkammer (3) mit Austrittsöffnungen angeordnet ist,
• - unterhalb der Ringkammer (3) ein Produktaustritt (c1), (c2) mit einer innen liegenden Transportschnecke versehen ist.

6. Device for performing the method according to the preceding claims 1 to 4, wherein a smoldering reactor with a smoldering chamber and internal transport and mixing screw is present, characterized in that

• - a smoldering reactor 1 , has an upper mixer chamber ( 2 ) and is enclosed with a jacket chamber ( 5 ) and furthermore an inlet feed (a) and gas outlet connections (b1) and (b2) are arranged,
• a high-temperature chamber ( 4 ) with a smaller cross-section is formed below the mixer chamber ( 2 ), said chamber being enclosed by an annular chamber ( 3 ) with a fuel nozzle (d) and exhaust gas nozzles (e1) and (e2),
• - Within the mixer chamber ( 2 ) and the high-temperature chamber ( 4 ), a hollow shaft ( 7 ) with a screw ( 8 ) is present, the hollow shaft rotating reversely and within the hollow shaft ( 7 ) a fuel gas and an air supply ( 10 ) to above Annular chamber ( 3 ) with outlet openings is arranged,
• - Below the annular chamber ( 3 ), a product outlet (c1), (c2) is provided with an internal screw conveyor.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (3) die Hochtemperaturkammer (4) und die Mischerkammer (2) als Zylinder ausgestaltet sind und die Mantelkammer (5) die Mischerkammer (2) vorzugsweise umschließt.7. The device according to claim 5, characterized in that the annular chamber ( 3 ), the high-temperature chamber ( 4 ) and the mixer chamber ( 2 ) are designed as cylinders and the jacket chamber ( 5 ) preferably surrounds the mixer chamber ( 2 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (7) in der Mischerkammer (2) einen Rührarm (11) vorzugsweise im unteren Drittel der Mischerkammer (2) aufweist.8. The device according to claim 5, characterized in that the hollow shaft ( 7 ) in the mixer chamber ( 2 ) has a stirring arm ( 11 ) preferably in the lower third of the mixer chamber ( 2 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Schwelreaktor (1) eine Neigung < 30° zur Horizontale aufweist.9. The device according to claim 5, characterized in that the entire smoldering reactor ( 1 ) has an inclination <30 ° to the horizontal.