DE202009010830U1

DE202009010830U1 - Vorrichtung in Form eines Thermolysereaktors

Info

Publication number: DE202009010830U1
Application number: DE202009010830U
Authority: DE
Original assignee: Eurotherm Technologies AG
Current assignee: Eurotherm Technologies AG
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2019-02-06
Also published as: DE102009007768A1; DE102009007768B4; WO2010088878A3; EP2393903A2; EP2393903B1; WO2010088878A2

Abstract

Thermolysereaktor umfassend einen Außenmantel (5) und einen Innenmantel (3), die einen Doppelmantel ausbilden, wobei der Innenmantel (3) vom Außenmantel (5) umgeben ist, so dass zwischen dem Innenmantel (3) und dem Außenmantel (5) ein Spalt (6) besteht, der Doppelmantel einen Eintrag (2), einen Austrag (12), mindestens einen Vergasungsmitteleinträger (22) und einen Verteiler (23) besitzt und der Innenmantel (3) einen Innenraum (1) umschließt, der an den Enden von Deckeln (4) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) an den Enden des durch Innenmantel (3) und Außenmantel (5) gebildeten Doppelmantels gegenüber der Umgebung abgeschlossen und die Deckel (4) eine Welle (13) lagern, wobei sich in dem Spalt (6) und der Welle (13) ein Wärmeträger befindet, die Welle (13) zentral in den Deckeln (4) gelagerte ist sowie ein Förderwerkzeug (11) trägt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Abfall- und Energiewirtschaft, des Maschinen- und Anlagenbaus und betrifft einen Thermolysereaktor gemäß der Gattung der Schutzansprüche.
Bei der Verarbeitung von Abfällen im Recyclingprozess verbleiben selektive, meist hochkalorische Reststoffe unterschiedlicher Menge, Konzentration und Art, Papier, Kunststoffe, Plastikstücke, Folien, Holzrückstände, Metalle und anderes mehr als nicht verwertbare Reststoffe.
Diese Reststoffe enthalten je nach Produktionsprozess inerte Feststoffanteile und Wasser, welche durch entsprechende Aufbereitung prozessspezifisch zu entfernen und/oder zu reduzieren sind.
Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche die Aufbereitung und/oder Verbrennung und/oder Vergasung von Abfällen und Reststoffen offenbaren.
Aus EP 0 609 802 A1 ist bspw. ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Entgasung und/oder Vergasung eines festen Brennstoffes oder Abfallstoffes bekannt.
Diese Vorrichtung besteht aus einem schachtartigen Reaktor, in dem die Beschickung, das gasförmige Vergasungsmittel und der erzeugte gasförmige Brennstoff im Gleichstrom absteigend geführt werden. Das Vergasungsmittel wird in einem in der Mantelpartie befindlichen schraubenförmigen Gegenstrom-Wärmetauscher vom gasförmigen Brennstoff vorgewärmt. Dieses vorgewärmte Vergasungsmittel wird in schraubenlinienförmigen oder wellenförmigen Kanälen im keramischen Herdkörper des Reaktors und in einem als Herdabschluss dienenden beweglichen oder festen, in die untere Partie der Beschickung hineinragenden kegel- oder paraboloidförmigen Zentralkörper weiter aufgeheizt. Der Rost wird durch einen Vollkegel oder einen hohlkegelförmigen Ringkörper darstellendes, drehbares, vertikal verschiebbares Gegenstück gebildet, das gegenüber der unteren Herdpartie einen einstellbaren ringförmigen Durchlass zum Abzug des erzeugten gasförmigen Brennstoffs und zum Austrag der festen oder flüssigen Reaktionsprodukte in Form von Asche, Schlacke, Destillationsrückstände offen lässt.
DE 199 37 521 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung insbesondere für die Bearbeitung von bereits teilweise zersetzten Abprodukten.
Diese Vorrichtung besteht aus einem schachtartigen, im unteren Teil trichterförmigen Reaktor, in dem die Beschickung der Kohlenstoffteilchen tangential und die Luft als Vergasungsmittel axial eingebracht werden und aufsteigend mittels thermochemischer Reaktion zu Synthesegas umgewandelt wird.
Aus DE 195 28 018 ist ein Reaktor zur thermischen Behandlung von Materialien bekannt, der u. a. eine Drehtrommel innerhalb eines mit Heißgas befüllbaren Gehäuses aufweist.
DE 42 37 1612 A1 offenbart einen Drehrohrofen mit Fördereinrichtung.
Aus DE 34 17 620 A1 ist eine Mülltrockungseinrichtung mit einem Schneckenförderer bekannt.
DE 199 37 524 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Beseitigung von Abprodukten und Abfallstoffen, die aus einem Behälter besteht, in dem die aufbereiteten Abprodukte und Abfallstoffe bei bis zu 900°C thermisch behandelt werden.
Dies geschieht durch die Erwärmung und anschließende Pyrolyse von Abprodukten und Abfallstoffen mittels Zuführung von Vergasungsmittel.
Die Durchmischung und Fortbewegung des Gutes wird in der beschriebenen Vorrichtung mittels auf einer Welle sitzenden Paddeln durchgeführt. Die Vergasungsmittelzufuhr erfolgt über axial in der Thermolysekammer verteilte Zuführung.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass keine zwangsweise Fortbewegung des Gutes organisiert wird und sich dadurch Schlacke und Glutnester bilden.
Darüber hinaus erfolgt gemäß DE 199 37 524 A1 der Energieeintrag über das Vergasungsmittel verfahrenstechnisch nicht mehr quantitativ aufgeteilt, was zur partiellen Überhitzung und Verbrennung und somit zum Abbruch des pyrolytischen Prozesses führt, so dass eine kontinuierliche und stabile temperaturgeführte Steuerung des Verfahrensablaufes nicht mehr möglich.
Aufgrund des instabilen Temperaturverlaufs kommt es somit zur Verstopfung und/oder Überhitzung und daraus folgend zum Abbruch des Prozesses bzw. zur Verformung/zum Verzug der Thermolysekammer.
Unabhängig von der extrem schwankenden Gasqualität ist die Standzeit der Vorrichtung gemäß DE 199 37 524 A1 sehr stark eingeschränkt. Dieser Vorgang wird durch die Inhomogenität der Abprodukte und Abfallstoffe noch verstärkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Thermolysereaktor anzugeben, welcher die zuvor stehend genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere eine Fortbewegung des Gutes in der Art und Weise organisieren, so dass ein stabiler Temperaturverlauf gewährleistet ist, eine kontinuierliche sowie stabile temperaturgeführte Steuerung des Verfahrensablaufes ermöglicht wird und eine konstante Gasqualität bei langer Standzeit garantiert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruchs gelöst.
Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße einen Doppelmantel umfasst, in dessen Inneren (zwischen dem äußeren und dem inneren Mantel) sich ein Wärmeträger, vorzugsweise Thermalöl, befindet, wobei der Doppelmantel einen Reaktorraum mit Förderwerkzeug umschließt, der Wärmeträger im Betriebszustand des Thermolysereaktors die Thermolysereaktortemperatur des Doppelmantels vergleichmäßigt und die thermo-chemische Umsetzung (Pyrolyse und partielle Oxidation) des Rohmaterials/der vorgetrockneten festen Abfallstoffe, im folgendem als Gut bezeichnet, unter leichtem Unterdruck durchführbar ist.
Das Förderwerkzeug/die Förderwerkzeuge können gemäß der Erfindung zusätzlich mit Mischwerkzeugen ausgestattet sein.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen und dem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu werden. Es zeigen:
1: schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermolysereaktors
2: einen Querschnitt des Thermolysereaktors gemäß 1 und
3 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Anordnung zur thermischen Zersetzung von Abprodukten und Abfallstoffen mit einer möglichen Einbauform des Thermolysereaktors gemäß 1 diese Anordnung.
Der in 1 und 2 dargestellte Thermolysereaktor ist doppelwandig ausgeführt (besteht aus einem Doppelmantel) und in seinem Innenraum (1), welcher durch den Doppelmantel umschlossen ist, sind thermo-chemische Umsetzungen (Pyrolyse und partielle Oxidation) von Gut unter leichtem Unterdruck durchführbar.
Der Doppelmantel weist einen Eintrag (2) auf, über den im Betriebszustand des Thermolysereaktors zerkleinerte, selektierte, vorgewärmte und vorgetrocknete festen Abfallstoffe (Gut), in den Innenraum (1) des Thermolysereaktors zuführbar sind.
Beim Eintrag des Gutes ist zu beachten, dass nur sehr geringe Mengen an Umgebungsluft mit in den Innenraum (1) des Thermolysereaktors gelangen. Dafür wird gemäß der Erfindung vorzugsweise eine Zellradschleuse verwendet.
Der Innenraum (1) des Thermolysereaktors wird vom Innenmantel (3), welcher vorzugsweise rohrförmig ausgeführt wird, umgeben. An den Enden wird der Innenraum (1) von Deckeln (4) begrenzt. Der Innenmantel (3) ist von einem Außenmantel (5) umgeben, so dass zwischen Innenmantel (3) und Außenmantel (5) ein Spalt (6) besteht.
Dieser Spalt (6) ist an den Enden des durch Innenmantel (3) und Außenmantel (5) gebildeten Doppelmantels gegenüber der Umgebung abgeschlossen.
In diesem Spalt (6) befindet sich ein Wärmeträger, vorzugsweise ein flüssiger Wärmeträger, besonders vorteilhaft Thermalöl, welcher/welches die Thermolysereaktortemperatur im Betriebszustand des Reaktors vergleichmäßigt.
Der flüssige Wärmeträger ist dem Spalt (6) über einen Zuführungsstutzen (7) zuführbar und über einen Abführungsstutzen (8) abführbar. Der flüssige Wärmeträger wird im Spalt (6) durch eine geeignete Führung (9), vorzugsweise spiralförmig ausgeführt, strömungstechnisch geleitet.
Durch die Führung (9) im Spalt (6) kommt es zu einer gezielten Strömungsführung um den Innenmantel (3) und somit zu einer verbesserten Wärmeübertragung in den Innenraum (1) des Thermolysereaktors und damit zu einer gezielten Temperaturstabilität für den Thermolyseprozess. Des Weiteren verhindert die Führung (9) die Ausbildung von Strömungstotzonen.
Zur Verminderung der Abstrahlungswärme ist der Außenmantel (5) mit einer geeigneten Isolierung (10) zu versehen.
Das zu behandelnde Gut wird im Betriebszustand des Thermolysereaktors mittels Förderwerkzeug (11), das vorzugsweise als Wendel/Schnecke ausgeführt ist, kontinuierlich vom Eintrag (2) in Richtung Austrag (12) geführt. Das Förderwerkzeug (11) ist vorzugsweise auf einer zentral in den Deckeln (4) gelagerten Welle (13) platziert. Zur besseren Durchmischung des Gutes können die Förderwerkzeuge (11) zusätzlich mit Mischwerkzeugen (14) ausgestattet sein.
Der Thermolysereaktor ist geneigt, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel von 25°, aufgestellt, so dass der Austrag (12) oberhalb des Eintrags (2) liegt. Diese Neigung trägt zu einer verbesserten Durchmischung des Gutes bei.
Die Welle (13) wird eintragsseitig durch den Deckel (4) geführt und außerhalb des Thermolysereaktors mittels Getriebemotor (15), am Außenmantel (5) befestigt, über Kette (16) und Zahnrad (17) angetrieben.
Die Welle (13) ist als Rohr zur Aufnahme eines Wärmeträgers, vorzugsweise Thermalöl, ausgeführt.
Der Wärmeträger selbst wird über ein zentral gelagertes Innenrohr (18) mittels außerhalb des Thermolysereaktors angeordneter Drehdurchführung (19) und Wärmeträgereintrag (20) in die Welle (13) eingebracht und über den damit verbundenen Wärmeträgeraustrag (21) wieder abgeführt.
Der Wärmeträger wird derart geführt, dass er sowohl in der Welle (13) als auch im Spalt (6) von der Austragseite zur Eintragsseite fließt. Zur Sicherstellung der verfahrenstechnischen Prozessführung befinden sich am Außenmantel (5), vorzugsweise in axialer Anordnung, Messstutzen (24) zur Aufnahme von Sensoren.
Das Gut gelangt vorzugsweise mit einer Temperatur von 50°C bis 100°C, einer Restfeuchte von 10 bis 20 Ma% und einer Kantenlänge bis ca. 35 mm in den Thermolysereaktor. Beim Transport durch den Thermolysereaktor wird das Gut mittels zugeführtem Vergasungsmittel, vorzugsweise Luft und Wasserdampf, erwärmt. Das Vergasungsmittel, welches vorzugsweise vor dem Thermolysereaktor auf eine Temperatur von 250°C bis 400°C vorgewärmt wird, gelangt in den Innenraum (1) durch einen und/oder mehreren Vergasungsmitteleinträgen (22) und einem Verteiler (23). Der Verteiler (23), vorzugsweise wie in 2 dargestellt als halbschalenförmig perforiertes Faltenblech ausgeführt und im unteren Bereich des Innenraums (1) des Thermolysereaktors platziert, sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des zwischen Innenmantel (3) und Verteiler (23) geführten Vergasungsmittels auf das Gut.
Der Verteiler (23) kann auch als medienführender perforierter Profilquerschnitt ausgeführt sein und direkt mit den Vergasungsmitteleinträgen (22) verbunden sein.
Des Weiteren wird das Gut durch die umlaufenden Wärmeträger im Spalt (6) und Welle (13) erwärmt.
Der Wärmeträger im Spalt (6) und innerhalb der Welle (13) weist im Betriebszustand des Thermolysereaktors eine Temperatur von bis zu ca 350°C auf.
Durch die Wärmezufuhr wird das Gut zuerst getrocknet und anschließend beginntes zu pyrolysieren.
Die bei der Pyrolyse freigesetzten Gase reagieren zum Teil mit dem Vergasungsmittel und erzeugen so einen Teil der Prozesswärme. Verfahrensgemäß wird der Vergasungsmittelstrom so begrenzt, dass keine vollständige Verbrennung des Gutes stattfindet. Im Zuge der partiellen Oxidation des Gutes erwärmt sich dieses vorzugsweise auf 400°C bis 500°C.
Nach dem Durchlaufen des Thermolysereaktors hat sich das komplette Gut in kohlenstoffhaltige feste Partikel (koksähnlich) und kohlenwasserstoffhaltiges Gas umgesetzt. Sowohl die festen wie auch die flüchtigen Bestandteile werden über den Austrag (12) abgeführt. Aufgrund der verfahrensgemäß im Thermolysereaktor stattfindenden partiellen Oxidation ergibt sich ein axiales Temperaturprofil innerhalb des Thermolysereaktors. Die Temperatur steigt von ca. 100°C am Eintrag auf 400°C bis 500°C am Austrag.
Da der umlaufende flüssige Wärmeträger erfindungsgemäß eine Temperatur von bis zu ca. 350°C aufweist, wird im Bereich des Eintrags (2) Wärme vom Wärmeträger auf das Gut übertragen. Im Bereich des Austrags (12) wird hingegen Wärme vom Gut auf den Wärmeträger übertragen. So kommt es zu einer Vergleichmäßigung der axialen Temperaturverteilung innerhalb des Thermolysereaktors.
Der in Spalt (6) und Welle (13) umlaufende flüssige Wärmeträger, besonders vortelhaft Thermalöl, sorgt erfindungsgemäß durch die Wärmeübertragung zwischen Gut und Wärmeträger nicht nur für eine Prozessstabilität, sondern beugt auch möglichen lokalen Überhitzungen des Thermolysereaktors vor.
Lokale Überhitzungen können sich z. B. aufgrund einer inhomogenen Abprodukt – und Abfallstoffkonsistenz ergeben und würden zu einer Instabilität des Thermolyseprozesses und darüber hinaus zu erheblichen Materialbelastungen führen.
Der zuvor stehend beschriebene Thermolysereaktor kann, wie in 3 dargestellt, an Stelle eines bisher bekannten Reaktors in eine bestehende oder neu zu errichtende Anordnung zur thermischen Zersetzung von Abprodukten und Abfallstoffen eingebaut werden.
Durch diesen Einbau werden gegenüber dem Stand der Technik die nach der Entgasung und/oder Vergasung der Abprodukte und Abfallstoffe verbleibenden Restprodukte weiter und nahezu vollständig umsetzt bzw. verwertet.
Alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Innenraum
2: Eintrag
3: Innenmantel
4: Deckel
5: Außenmantel
6: Spalt
7: Zuführungsstutzen
8: Abführungsstutzen
9: Führung
10: Isolierung
11: Förderwerkzeug
12: Austrag
13: Welle
14: Mischwerkzeug
15: Getriebemotor
16: Kette
17: Zahnrad
18: Innenrohr
19: Drehdurchführung
20: Wärmeträgereintrag
21: Wärmeträgeraustrag
22: Vergasungsmitteleintrag
23: Verteiler
24: Messstutzen
A: Materialaufarbeitung
B: Thermische Zersetzung
C: Verstromung
A1: Vorzerkleinerer mit EF-Abscheider
A2: Feinzerkleinerer
A3: Materialförderung
A4: Materialtrocknung
A5: Wärmeübertrager
B1: Thermolysereaktor
B2: Bewegtbettvergaser
B3: Zyklon
B4: Abhitzkessel/Heißgasfilter
B5: Gaswäsche
C1: Notfackel
C2: Gasspeicher
C3: Gasmotoren und Generatoren, Abgaswärmetauscher BHKW/ORC

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0609802 A1 [0005]
- DE 19937521 A1 [0007]
- DE 19528018 [0009]
- DE 42371612 A1 [0010]
- DE 3417620 A1 [0011]
- DE 19937524 A1 [0012, 0016, 0018]

Claims

Thermolysereaktor umfassend einen Außenmantel (5) und einen Innenmantel (3), die einen Doppelmantel ausbilden, wobei der Innenmantel (3) vom Außenmantel (5) umgeben ist, so dass zwischen dem Innenmantel (3) und dem Außenmantel (5) ein Spalt (6) besteht, der Doppelmantel einen Eintrag (2), einen Austrag (12), mindestens einen Vergasungsmitteleinträger (22) und einen Verteiler (23) besitzt und der Innenmantel (3) einen Innenraum (1) umschließt, der an den Enden von Deckeln (4) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) an den Enden des durch Innenmantel (3) und Außenmantel (5) gebildeten Doppelmantels gegenüber der Umgebung abgeschlossen und die Deckel (4) eine Welle (13) lagern, wobei sich in dem Spalt (6) und der Welle (13) ein Wärmeträger befindet, die Welle (13) zentral in den Deckeln (4) gelagerte ist sowie ein Förderwerkzeug (11) trägt.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger flüssig ist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger Thermalöl ist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrag (2) eine Zellradschleuse aufweist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) einen Zuführungsstutzen (7) und einen Abführungsstutzen (8) aufweist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) eine Führung (9) aufweist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (9) spiralförmig ist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderwerkzeuge (11) Mischwerkzeuge (14) tragen.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (23) medienführenden ist und einen profilierten Querschnitt aufweist.
Thermolysereaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) eine Drehdurchführung (19) und einen Wärmeträgereintrag (20) aufweist.
Thermolysereaktor gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (5) von einer Isolierung (10) umgeben ist.