DE3814723A1

DE3814723A1 - Pyrolysereaktor

Info

Publication number: DE3814723A1
Application number: DE19883814723
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1988-11-17

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Pyrolysereaktor gemäss dem 1. Teil von Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Hierbei nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Pyrolysereaktoren Bezug, wie er etwa von J. Kenneth et al. im Aufsatz "The advanced electric reactor: a new technology for hazardous waste destruction" in J. of Hazardous Materials, 12 (1985), S. 143 ff. beschrieben ist. Beim bekannten Pyrolyse reaktor wird aufzubereitendes Pyrolysegut unter der Wirkung seines Eigengewichtes durch eine Zone hoher Temperatur geführt, in der es pyrolysiert wird. Hierbei muss durch eine genügend lange Aufenthaltsdauer in der Zone hoher Temperatur gewähr leistet sein, dass auch die grössten Teilchen des Pyrolyse gutes vollständig pyrolisiert werden. Dies erfordert jedoch eine ausgedehnte Zone hoher Temperatur und eine grosse Ver weilzeit des Pyrolysegutes in dieser Zone.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Pyrolysereaktor anzugeben, bei dem das aufzubereitende Pyrolysegut trotz kurzer Verweilzeit in der Zone hoher Temperatur und trotz eines grossen Massendurch satzes nahezu vollständig pyrolysiert wird. Beim erfindungsge mässen Pyrolysereaktor werden bereits während des Pyrolysevor ganges pyrolysiertes und nicht pyrolysiertes Material voneinan der getrennt und das nicht pyrolysierte Material wiederholt so lange durch die Zone hoher Temperatur rezykliert, bis voll ständige Pyrolyse stattgefunden hat. Der erfindungsgemässe Pyrolysereaktor weist daher einen grossen Massendurchsatz und einen hohen Wirkungsgrad auf.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen stark vereinfacht dargestellten Pyrolysereaktor nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch einen zylinderförmig ausgeführten Pyrolysereaktor nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen längs III-III geführten Schnitt durch den Pyrolysereaktor gemäss Fig. 2, und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Pyrolysereaktors gemäss den Fig. 2 und 3.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichwirkende Teile. Der in Fig. 1 dargestellte Pyrolysereaktor weist ein Reaktionsgefäss 1 aus einem wärmeisolierenden, hochtemperatur beständigen Material, beispielsweise einer Keramik, auf. Das Reaktionsgefäss 1 besitzt einen Eingang 2, durch den aufzube reitendes, tröpfchen- oder pulverförmiges Pyrolysegut 3, wie beispielsweise mit organischen und/oder anorganischen chemischen Verbindungen belastete Flüssigkeiten oder Stäube, zugeführt wird, sowie Ausgänge 4, durch die im Reaktionsgefäss 1 ent stehende Pyrolyseprodukte entfernt werden. 5 bezeichnet eine vorzugsweise als Plasmabrenner mit Elektroden 6 und 7 ausgebilde te Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung 5 erzeugt einen ins Reaktionsgefäss 1 eintretenden Heissgasstrahl 8, vorzugsweise einen Plasmastrahl. Das aufzubereitende Pyrolysegut 3 wird - gegebenenfalls zusammen mit einem Hilfsgas, wie etwa Stick stoff - zwecks Bildung einer erhitztes Pyrolysegut enthaltenden Strömung 9 über den Eingang 2 in den Heissgasstrahl 8 einge geben. Es kann aber auch über einen Eingang 10 direkt in die Heizvorrichtung 5 eingegeben werden. Ist die Heizvorrichtung 5 als Plasmabrenner ausgebildet und wird das Pyrolysegut 3 über den Eingang 2 direkt in das Reaktionsgefäss 1 eingegeben, so empfiehlt es sich, dem Plasmabrenner über den Eingang 10 inertes Hilfsgas, wie etwa Stickstoff, zuzuführen, um so die zur Plasmastrahlerzeugung notwendige Strömung aufrechtzuer halten.

Das Reaktionsgefäss 1 weist einen ringförmig gekrümmten Kanal 11 auf, in dem die Strömung 9 umgelenkt und auf sich selbst zurückgeführt wird. Der Kanal 11 wirkt als Zyklon. Er reichert infolge Zentrifugalkraft die noch in der Strömung 9 befindlichen grösseren (flüssigen und/oder festen) Teilchen 12 des erhitzten Pyrolysegutes 3 am Aussenrand des Reaktionsgefässes 1 an. Dadurch führt er sie, falls sie nach einem Umlauf im Kanal 11 noch nicht verflüchtigt sind, wieder dem Heissgasstrahl 8 zu, so dass sie einen weiteren Aufheizzyklus durchlaufen müssen. Die während des Aufheizzyklus infolge Verdampfens bzw. physi kalischer und/oder chemischer Reaktionen gebildeten, gasförmigen und/oder feinteiligen Pyrolyseprodukte (z.B. Russ) strömen durch die auf der dem Krümmungszentrum des Kanals 11 zugewandten Seite befindlichen Ausgänge 4 ab. Wegen des Zykloneffektes sowie wegen der starken Beschleunigung der Strömung 9 beim Eintritt in die Ausgänge 4 können die grösseren Teilchen 12 des noch nicht vollständig pyrolisierten Pyrolysegutes 3 nicht mitgerissen werden. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb des Pyrolysereaktors gewährleistet, bei dem die Pyro lyseprodukte sofort abgeführt werden, jedoch noch vorhandenes grobkörniges Pyrolysegut so oft durch den Heissgasstrahl 8 rezykliert wird, bis es vollständig umgesetzt ist.

Bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Pyrolysereaktor um schliesst das Reaktionsgefäss 1 einen im wesentlichen zylinder förmig ausgebildeten Kanal 11. Dieser Kanal 11 enthält einen von zwei konzentrischen Zylindern radial begrenzten Kanalabschnitt 13. Ein äusserer beider Zylinder ist als Rohr 14 ausgebildet. Dieses Rohr 14 ist an seiner oberen Stirnseite von einem Deckel 15, an seiner unteren Stirnseite von einem Boden 16 abgeschlos sen. Der Boden 16 weist eine zentral nach innen gerichtete Kegel kuppe 17 auf, welche die Innenseite einer in den Boden 16 ein geformten ringförmigen Rinne 18 bildet. Ein innerer beider Zylinder ist als beidseitig offenes Rohrstück 19 ausgebildet. Das Rohrstück 19 ist mittels eines Tragsterns 20 koaxial zu einem als Ausgang 4 dienenden Abströmrohr 21 mit mindestens einer vom Rohrstück 19 umschlossenen Abströmöffnung 22 ange ordnet. Rohr 14, Deckel 15, Boden 16, Rohrstück 19, Tragstern 20 und Abströmrohr 21 bestehen aus einem wärmeisolierenden, hoch temperaturbeständigen Material, beispielsweise einer Keramik.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Aufheiz vorrichtung 5 eine tangential in die ringförmige Rinne 18 einlaufende und erhitztes Pyrolysegut 3 enthaltene Strömung 9 (Fig. 3). Diese Strömung 9 windet sich im Kanalabschnitt 13 spiralförmig an der Innenwand des Rohres 14 empor und wird durch den Deckel 15 in die obere Oeffnung des beidseitig offenen Rohrstückes 19 umgelenkt und dort über einen von der Innenwand des Rohrstückes 19 und der Aussenwand des Abströmrohres 21 gebildeten Ringkanal 23 nach unten geführt. Beim Austreten aus dem Ringkanal 23 wird die Strömung in zwei Teilströme 24 und 25 aufgeteilt, von denen der vorwiegend Gase und sehr leichte Stäube (z.B. Russ) enthaltende Teilstrom 24 über das Abströmrohr 21 nach aussen geführt wird, während der noch vergleichsweise schwere Teilchen enthaltende Teilstrom 25 über einen von der Flanke der Kegelkoppe 17 und dem unteren freien Ende des Rohrstücks 19 gebildeten Ringspalt 26 in die Rinne 18 und damit in den Heizbereich der Heizvorrichtung 5 zurückgeführt wird (Fig. 4).

Die Konzentration von vergleichsweise schweren Teilchen ist in dem im Ringkanal 23 abwärts gerichteten Teil der Strömung 9 vergleichsweise gering, da diese Teilchen durch die Strömung 9 zum Teil erst gar nicht aus der Rinne 18 angehoben werden, sondern so lange im Heizbereich der Heizvorrichtung 5 verbleiben, bis sie etwa durch Verdampfen genügend klein geworden sind. Die sich im Kanalabschnitt 13 ausbildende, schraubenlinienförmig gewundene Strömung 9 führt ausserdem dazu, dass sich infolge von Zentrifugalkräften noch nicht pyrolysierte und daher ver gleichsweise schwere Teilchen in der Nähe des Rohres 14 an reichern und von dort durch Abgleiten in die Rinne 18 zurück geführt werden.

Claims

1. Pyrolysereaktor mit mindestens einem Eingang (2, 10) zur Zufuhr von aufzubereitendem Pyrolysegut (3), einer Heizvor richtung (5) zur Erzeugung einer erhitztes Pyrolysegut (3) enthaltenden Strömung (9), einem Reaktionsgefäss (1) zur Führung der Strömung (9) und zur Umsetzung des Pyrolyse gutes (3) in Pyrolyseprodukte und einem Ausgang (4) zum Entfernen der Pyrolyseprodukte, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäss (1) einen die Strömung (9) auf sich zurückführendem Kanal (11) aufweist mit mindestens einem gleichsinnig gekrümmt ausgebildeten und der Strömung (9) eine Zentrifugalkraft aufzwingenden Kanalabschnitt (13).

2. Pyrolysereaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (11) ringförmig ausgebildet ist und auf seiner dem Zentrum seiner Krümmung zugewandten Seite minde stens eine als Ausgang (4) dienende Oeffnung zum Entfernen gasförmiger und/oder feinteiliger Pyrolyseprodukte aufweist.

3. Pyrolysereaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Kanalabschnitt (13) von zwei konzentri schen Zylindern begrenzt ist, von denen ein äusserer als beidseitig abgeschlossenes Rohr (14) ausgebildet ist.

4. Pyrolysereaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer beider Zylinder als beidseitig offenes Rohrstück (19) ausgebildet ist.

5. Pyrolysereaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (19) koaxial angeordnet ist zu einem als Ausgang (4) dienenden Abströmrohr (21) mit mindestens einer vom Rohrstück (19) umschlossenen Abströmöffnung (22).

6. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäss (1) einen als ringförmige Rinne (18) ausgebildeten und den Kanal (11) axial begrenzenden Boden (16) aufweist.

7. Plasmareaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (18) auf ihrer Innenseite von einer zentral angeordneten Kegelkuppe (17) begrenzt ist.

8. Plasmareaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizvorrichtung (5) eine tangential in die ringförmige Rinne (18) einlaufende Strömung (9) erzeugt.