DE3814723A1 - Pyrolysereaktor - Google Patents
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Pyrolysereaktor
gemäss dem 1. Teil von Patentanspruch 1.
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.
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.
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 (8)
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.
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