WO2005106330A1

WO2005106330A1 - Reaktor zur thermischen abfallbehandlung mit eindüsungsmitteln

Info

Publication number: WO2005106330A1
Application number: PCT/EP2005/004457
Authority: WO
Inventors: Frank Wuchert; Eckhard Tischer
Original assignee: Kbi International Ltd.
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2005-11-10
Also published as: DE102004020919B4; DE102004020919A1; WO2005106330A8

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit: einem Behälter (7) zur Aufnahme der Einsatzstoffe, Eindüsungsmitteln zur Ausbildung eines zusammenhängenden Bereichs (11) für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in dem Behälter, wobei die Eindüsungsmittel zumindest erste und zweite in Richtung eines Stoffstroms durch den Behälter voneinander beabstandete Eindüsungselemente (4, 5, 6) aufweisen.

Description

Attornev Docket: WAST.204.04 WO

Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit Eindüsungsmitteln

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung, sowie ein Eindusungselement für einen solchen Reaktor und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung.

Bei der Vergasung, Pyrolyse, Thermolyse, Trocknung, Überhitzung, Verbrennung und/oder Teilverbrennung handelt es sich um an sich bekannte Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung. Entsprechende Reaktoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Aus der DE 10007115C2, von der die vorliegende Erfindung als nächstkommendem Stand der Technik ausgeht und deren Offenbarungsgehalt mit zur Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung gehört, ist ein Schachtreaktor bekannt, bei dem auf die sonst übliche Kreislauf-Gasführung verzichtet wird und der nach dem Gleichstromprinzip arbeitet. Durch den Verzicht auf eine Kreislauf-Gasführung soll die Kondensation von Pyrolyseprodukten und die Entstehung unerwünschter Ablagerungen vermieden werden. Hieraus ist ferner bekannt, durch Sauerstofflanzen innerhalb einer Ebene eine heiße Zone in dem Reaktor zu schaffen, in der Temperaturen von 1 500 Grad Celsius bis 2 000 Grad Celsius herrschen können.

Aus der DE 19816864A1 ist ein koksbeheizter Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung bekannt. Eine untere Absaug- und Gasberuhigungs-Ringkammer wird unterhalb bis zur Ebene der durch die Lage der Gasstrahlverdichter gebildeten Schmelz- und Überhitzungszone angeordnet. Diese Anordnung bewirkt, dass das Überschussgas direkt aus der Schmelz- und Überhitzungszone mit hohen Temperaturen um 2 000 Grad Celsius aus dem Ofenschacht abgezogen wird. Das Überschussgas wird ebenfalls durch die glühende Koksschicht der Schmelz- und Überhitzungszone des koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolfens geführt. Durch die

BESTÄTϊGöNGSS OPIE Energie verbrauchende Wirkung des Boudouard-Gleichgewichts wird Kohlendioxid unter Absenkung der Gastemperatur zu Kohlenmonoxid umgesetzt.

Aus der DE 19640497A1 ist ein koksbeheizter Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien, wie beispielsweise Hausmüllfraktionen verschiedener Zusammensetzungen, bekannt. Der Kreislaufgas- Kupolofen hat einen senkrechten Ofenschacht mit mehreren, um den Umfang des Ofenschachts angeordneten Ofengas-Absaugöffnungen, die durch Kanäle mit über dem Herd im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone installierten Düsen verbunden sind. Die Düsen haben zentrisch geführte Sauerstofflanzen und einen Gasstrahlverdichter.

Aus der DE 4030554C2 ist eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen bekannt. Eine Dioxin-Problematik wird dadurch vermieden, dass Ruß in einer Koksschüttung zu Kohlenmonoxid umgesetzt wird. Die Koksschüttung wirkt auch als Staubfilter, sodass etwa noch an Staubpartikeln gebundene Dioxine und Furane im Bereich der Koksschüttung zurückgehalten werden.

Die US 2,709,153 zeigt ein Verfahren zur Verkokung und Vergasung bituminöser Materialien. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass nicht eindeutig bestimmt werden kann, in welchen Bereichen des Reaktors die gasförmigen Stoffe im Gleich- oder Gegenstrom die Einsatzstoffe und/oder die Zwischenprodukte durchströmen.

Aus der DE 4324111 A1 ist eine Vorrichtung zum Brennen von mineralogischen und petrografischen Verbindungen und Gemengen bekannt. In einem Gegenstrom- Schachtofen werden Ofengase abgezogen und über Brennerdüsen nach Grobstaubabscheidung wieder an einer anderen Stelle mit dem Brenngas eingeblasen.

Ferner ist aus der A 217064 ist ein Schachtofen zur Durchführung einer kontinuierlichen Reduktion von Metalloxiden bekannt. Der Schachtofen wird nach dem Gegenstromprinzip betrieben und hat in seinem unteren Bereich einen Austragtisch. An dem Schachtofen sind in mehreren Höhenlagen verteilt Düsen angeordnet. Sauerstoffhaltige Gase werden in gleichen Zeitabständen abwechselnd durch Düsen verschiedener Höhenlage und/oder durch verschiedene Düsen oder Düsenpaare derselben Höhenlage eingeblasen.

Das Einblasen von sauerstoffhaltigen Gasen durch die verschiedenen Düsensätze abwechselnd in gleichen Zeitabständen hat zur Folge, dass jede Düse jeweils eine kurze Periode in Gebrauch und danach in einer entsprechenden Periode abgesperrt ist. Jeder Düsensatz besteht aus vier Düsen, die im Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet sind. Diese Düsen sind in der Weise an die Luftzuführungsleitung angeschaltet, dass auf jedem Niveau zwei Paare diametral angeordneter Düsen vorhanden sind. Die Luftzuführung zu den einzelnen Paaren wird durch ein Umschaltventil in der Hauptleitung der betreffenden Düsenebene gesteuert.

Durch eine derartige periodische, rhythmische Luftzuführung werden Briketts, während sie im Schacht herabsinken, wechselweise durch Verbrennung der Kohlenmonoxidgase erhitzt und wiederum durch die endothermenen Reaktionen in den Briketts abgekühlt. Die Luftzuführung kann auch so ausgeführt sein, dass die Düsen in einer Ebene im Verhältnis zu den Düsen in den anderen Ebenen versetzt sind.

Dieser vorbekannte Schachtofen ist zur Gewinnung von Metallen aus oxidischen Erzen, wie Eisenerz, llmenit, Manganerz und Chromerz geeignet. Eine thermische Abfallbehandlung von Einsatzstoffen ist mit einem solchen Schachtofen jedoch nicht möglich.

Verschiedene weitere Reaktoren zur Vergasung von Einsatzstoffen sind aus den DE 30 42 200 A1 , DE 26 40 180 B, DE 202 00935 U1 , DD 133 571 A und EP 0067261 B1 bekannt geworden. Hierbei sind jeweils an einem Reaktorbehälter Eindüsungselemente zum Einblasen von Vergasungsmittel in einen zentralen Bereich des Reaktorbehälters vorgesehen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zu schaffen, der für die thermische Abfallbehandlung von Einsatzstoffen geeignet ist, sowie ein Eindusungselement für einen solchen Reaktor und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen geschaffen. Der Reaktor hat einen Behälter zur Aufnahme der Einsatzstoffe und Eindüsungsmittel für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung in einen zentralen Bereich des Behälters und in einen peripheren Bereich des Behälters ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß erfolgt die Eindüsung also nicht nur in Richtung auf einen zentralen Bereich des Behälters, sondern auch in Richtung auf einen peripheren Bereich des Behälters. Dadurch kann der Stoffstrom durch den Reaktorbehälter optimal mit dem eingedüsten, reaktionsfähigen Stoff durchsetzt werden. Insbesondere kann hierdurch die Bildung von Strähnen und dergleichen reduziert oder verhindert werden. Ferner lässt sich so der Wirkungsgrad des Reaktors erhöhen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Eindüsungsmittel am Umfang des Behälters verteilt angeordnete Eindüsungselemente auf. Zumindest eines der Eindüsungselemente hat einen Düsenkopf mit Düsenöffnungen in verschiedene Richtungen. Beispielsweise wird eine der Düsenöffnungen auf einen Zentralbereich des Reaktorbehälters ausgerichtet, während eine andere Düsenöffnung in eine tangentiale Richtung auf einen peripheren Bereich im Inneren des Reaktorbehälters ausgerichtet ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben die Eindüsungsmittel Eindüsungselemente, die jeweils zur Eindüsung in einer bestimmten Richtung ausgebildet sind. Einige der Eindüsungselemente sind dabei auf den zentralen Bereich und andere der Eindüsungselemente auf den peripheren Bereich im Inneren des Reaktorbehälters ausgerichtet. Zur Ausrichtung auf den peripheren Bereich schließen die Eindüsungselemente in einer Querschnittsebene des Reaktorbehälters einen Winkel von > 0° und < 90° mit einer Wandung des Behälters ein, vorzugsweise einen Winkel zwischen 20° bis 80°, insbesondere einem Winkel von ca. 40°. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die auf den peripheren Bereich des Reaktorbehälters ausgerichteten Eindüsungselemente linksdrehend oder rechtsdrehend angeordnet.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Eindüsungselemente in zwei oder mehreren in Stoffrichtung aufeinander folgenden Querschnittsebenen des Reaktorbehälters angeordnet. Beispielsweise sind die Eindüsungselemente in einer ersten der Querschnittsebenen auf den zentralen Bereich des Reaktors ausgerichtet, wohingegen in einer nachfolgenden zweiten Querschnittsebene die Eindüsungsmittel auf den peripheren Bereich ausgerichtet sind. Ferner können beispielsweise die Ausrichtungen der Eindüsungselemente in aufeinanderfolgenden Querschnittsebenen alternierend linksdrehend und rechtsdrehend sein. Es können aber auch die Eindüsungselemente derselben Querschnittsebene in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sein, das heißt einige der Eindüsungselemente in Richtung auf den zentralen Bereich und andere Eindüsungselemente in Richtung auf den peripheren Bereich.

Wenn die Eindüsungselemente in verschiedenen Querschnittsebenen angeordnet sind, so kommt es dort beim Betrieb des Reaktors zur Ausbildung von entsprechenden Eindüsungsebenen. Die Abstände der Querschnittsebenen sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass es zur Ausbildung eines in Richtung des Stoffstroms durch den Reaktor zusammenhängenden Reaktionsbereichs kommt. Dazu müssen die Abstände der Querschnittsebenen so gewählt werden, dass die Temperatur zwischen den Querschnittsebenen nicht unter einen bestimmten Mindestwert absinkt.

Beispielsweise bildet sich vor jedem der Eindüsungselemente bzw. vor jeder Düsenöffnung ein Wirkbereich aus, in den von dem betreffenden Eindusungselement bzw. der betreffenden Düsenöffnung ein reaktionsfähiger Stoff eingedüst wird. Diese Wirkbereiche können sich teilweise überlagern. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Wirkbereiche den gesamten Querschnitt des Behälters geometrisch ausfüllen.

Beispielsweise können sich die jeweils ausgebildeten Wirkbereiche gegenseitig beeinflussen, was zu einer räumlichen Ausweitung und / oder einer Veränderung der physikalischen Bedingungen, wie zum Beispiel Druck und Dichte führt. Dadurch können sich die Randbereiche der Wirkbereiche soweit ausweiten, dass im wesentlichen der gesamte Querschnitt des Behälters ausgefüllt wird. Diese Ausweitung der Wirkbereiche hängt im wesentlichen von den Porenverhältnissen, wie zum Beispiel der Anzahl, Größe, Verteilung und / oder Form der Poren, der Einsatzstoffe und der Menge des eingedüsten, reaktionsfähigen Stoffes ab.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit einem Behälter zur Aufnahme der Einsatzstoffe und Eindüsungsmitteln geschaffen. Durch die Eindüsungsmittel wird ein zusammenhängender Bereich in den Behälter für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe geschaffen. Die Eindüsungsmittel haben zumindest erste und zweite, in Richtung eines Stoffstroms durch den Behälter voneinander beabstandete Eindüsungselemente.

Beim Betrieb des Reaktors wird über die Eindüsungsmittel ein reaktionsfähiger Stoff oder ein Stoffgemisch in den Behälter eingedüst, sodass sich der zusammenhängende Bereich, innerhalb dessen die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe stattfindet, ausbildet. Bei dem reaktionsfähigen Stoff oder Stoffgemisch kann es sich um reaktionsfähige Gase und/oder Flüssigkeiten handeln.

Beispielsweise wird Luft oder Sauerstoff über Sauerstofflanzen eingedüst. Insbesondere zur Beeinflussung eines Reaktionsgleichgewichts der thermischen Abfallbehandlung kann das eingedüste Stoffgemisch neben einer oxidierenden Komponente, wie zum Beispiel Sauerstoff, eine reduzierende Komponente, wie zum Beispiel Wasserdampf, Kohlendioxid oder kohlendioxidhaltiges Gas beinhalten.

Die Eindüsung des reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs erfolgt beispielsweise über die zumindest erste und zweite in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter beabstandete Eindüsungselemente, also zum Beispiel über entsprechend beabstandete Sauerstofflanzen. Der Abstand der Eindüsungselemente ist dabei so gewählt, dass ein zusammenhängender Bereich für die thermische Abfallbehandlung geschaffen wird, der sich in Richtung des Stoffstroms in dem Behälter erstreckt. Dadurch vergrößert sich der Reaktionsraum sowie die Verweilzeit der Einsatzstoffe und Zwischenprodukte für die thermische Abfallbehandlung. Der Stoffumsatz der Einsatzstoffe sowie der bei der thermischen Abfallbehandlung entstehenden Zwischenprodukte mit dem eingebrachten reaktionsfähigen Stoff bzw. Stoffen wird dadurch verbessert und kann vollständiger ablaufen.

Bei der in dem Reaktor durchgeführten thermischen Abfallbehandlung kann es sich um verschiedene Prozesse handeln, zum Beispiel Trocknung, Thermolyse, Pyrolyse, Vergasung, Überhitzung, Verbrennung und/oder Teilverbrennung der Einsatzstoffe.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Eindüsungselemente zur Ausbildung zumindest erster und zweiter Eindüsungsebenen in entsprechenden Querschnittsebenen des Behälters angeordnet. Die Eindüsungsebenen sind in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter voneinander beabstandet, um den zusammenhängenden Bereich für die thermische Abfallbehandlung zu schaffen. Durch die Anordnung der Eindüsungselemente in mehreren voneinander beabstandeten Eindüsungsebenen ist ein vollständigerer und gleichmäßigerer Stoffumsatz in dem zusammenhängenden Bereich ermöglicht.

Aufgrund konstruktiver Randbedingungen können nämlich nur eine begrenzte Anzahl von Eindüsungselementen am Umfang des Behälters innerhalb einer Eindüsungsebene verteilt angeordnet werden. Selbst bei vollständiger Ausbildung der Wirbelzonen vor allen Eindüsungselementen derselben Eindüsungsebene ist jedoch keine über dem gesamten Behälterquerschnitt einheitliche Verteilung der Reaktionspartner, das heißt von Einsatzstoffen, Zwischenprodukten und dem eingedüsten reaktionsfähigen Stoff oder Stoffgemisch gegeben, wenn nur eine einzige Eindüsungsebene vorhanden ist. Ferner ist bei der Eindüsung von zum Beispiel Gasen in eine Festkörperschüttung die Eindringtiefe radial und auch axial zur Reaktorachse begrenzt, wodurch es bei vorbekannten Reaktoren zu Strähnenbildung in den offenen Randzonen sowie im Kernbereich der Schüttung kommen kann.

Wegen der Strähnenbildung durchläuft also ein Teil der Einsatzstoffe den durch die einzige Eindüsungsebene gebildeten Reaktionsbereich unbehandelt oder aufgrund nicht ausreichender Verweilzeit nur unvollständig behandelt. Gleiches kann für die Zwischenprodukte der Einsatzstoffe zutreffen. Dieses Problem wird dadurch verstärkt, wenn der Einfluss stark schwankender Eigenschaften der Einsatzstoffe sowie der vorübergehende Ausfall von ein oder mehreren Eindüsungselementen während der Betriebsphase des Reaktors hinzukommen. Dies hat eine ungleichmäßige Verteilung der Temperatur und damit eine Senkung des energetischen Potenzials in der durch die einzige Eindüsungsebene gebildeten Behandlungszone zur Folge.

Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Eindüsungselemente in mehreren, in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter voneinander beabstandeten Eindüsungsebenen eine gleichmäßigere, vollständigere und intensivere thermische Behandlung der Einsatzstoffe und deren Zwischenprodukte erreicht. Insbesondere wird die Gefahr einer Strähnenbildung reduziert.

Zur Schaffung eines zusammenhängenden Bereichs für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe ist der Abstand zwischen den Eindüsungsebenen so gewählt, dass die Temperatur zwischen den Eindüsungsebenen nicht unter einen bestimmten Mindestwert fällt. Dieser Mindestwert hängt von dem gewählten thermischen Abfallbehandlungsverfahren ab.

Wenn es sich bei der thermischen Abfallbehandlung beispielsweise um eine Verbrennung handelt, beispielsweise für die Behandlung hausmüllähnlicher Abfälle, so kann die Mindesttemperatur ca. 900 °C betragen. Sollen Einsatzmittel behandelt werden, die Schmelzen bildende Stoffe, wie Mineralien oder höher schmelzende Metalle enthalten, muß eine deutlich höhere Mindesttemperaturen eingehalten werden, um zu vermeiden, dass diese Schmelzen in dem Reaktor in den festen Zustand übergehen.

Der Abstand zwischen den Eindüsungsebenen wird bei der Konstruktion des Reaktors also in Abhängigkeit von den in dem Reaktor zu behandelnden Einsatzstoffen und den Zwischenprodukten so gewählt, dass die für die gewünschte Art der thermischen Abfallbehandlung und die Art der Einsatzstoffe erforderliche Mindesttemperatur zwischen den Eindüsungsebenen nicht unterschritten wird und die für ein vollständige thermische Behandlung notwendige Verweilzeit erreicht wird. Nach einen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Eindüsungselemente innerhalb einer Eindüsungsebene symmetrisch verteilt. Vorzugsweise sind die Eindüsungselemente radial auf die Längsachse des Reaktors ausgerichtet, das heißt, die Eindüsungselemente sind bei rundem Reaktorquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der Behälterwandung angeordnet. Vorteilhaft ist ferner eine tangentiale Ausrichtung eines oder mehrerer der Eindüsungselemente. Dabei kann ein Eindusungselement einen Winkel zwischen 0 und 90 Grad mit der Normalen der Behälterwand einschließen, vorzugsweise einen Winkel zwischen 20 und 80 Grad, insbesondere 40 Grad.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere der Eindüsungselemente nicht waagerecht, sondern in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter geneigt, angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Komponente des Impulses des eingedüsten Stoffs oder Stoffgemischs die Einsatzstoffe und deren Zwischenprodukte in Richtung des Stoffstroms durch den Bereich für die thermische Abfallbehandlung vorantreibt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Neigung der Eindüsungselemente eine Verschmutzung oder Verstopfung durch Eindringen von Reaktormaterial in ein Eindusungselement vermieden oder deutlich verringert wird. Die Neigung der Eindüsungselemente hat also eine selbstreinigende Funktion und hält die Eindüsungselemente des reaktionsfähigen Stoffs bzw. Stoffgemischs frei. Der Neigungswinkel in Bezug auf den Stoffstrom, d.h. zur Reaktoriängsachse, kann dabei zwischen 0 und 90 Grad betragen. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel zur Normalen der Behälterwand zwischen 5 und 30 Grad.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließen verschiedene Eindüsungselemente derselben oder unterschiedlicher Eindüsungsebenen verschiedene Winkel mit der Normalen der Behälterwand und/oder mit dem Stoffstrom ein. Durch diese ungleichmäßige Ausrichtung der Eindüsungselemente kommt es zu einer intensiveren Verwirbelung innerhalb des Bereichs für die thermische Abfallbehandlung.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Eindüsungselemente aufeinander folgender Eindüsungsebenen versetzt zueinander angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßigere Beaufschlagung des zusammenhängenden Bereichs für die thermische Abfallbehandlung mit reaktionsfähigem Stoff erreicht, was zu einem vollständigerem Umsatz der Einsatzstoffe und einer Reduktion oder Vermeidung von Strähnenbildung führt.

Beispielsweise sind zwei Eindüsungsebenen mit je 12 Eindüsungselementen vorhanden. Benachbarte Eindüsungselemente derselben Eindüsungsebene schließen dann einen Winkel von 30 Grad ein. Die beiden Eindüsungsebenen sind zueinander um einen Winkel 15 Grad versetzt, um den Bereich zwischen den Eindüsungselementen der vorausgehenden Eindüsungszone abzudecken.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Eindüsungselemente einzeln oder in Gruppen schaltbar, steuerbar und/oder regelbar. Über entsprechende Steuerungs- und/oder Regelungsmittel erfolgt eine kontinuierliche, intermittierende, oszillierende und/oder alternierende Eindüsung in den zusammenhängenden Bereich.

Eine intermittierende, oszillierende und/oder alternierende Betriebsweise der Eindüsungsmittel hat den Vorteil einer Auflockerung und/oder eines Freiblasens der Poren in der Schüttung und somit der Vergrößerung des Reaktionsraums. Dies wird durch Veränderung der lokalen Drücke und/oder der Menge des lokal eingebrachten reaktionsfähigen Stoffs aufgrund der intermittierenden, oszillierenden und/oder alternierenden Eindüsung zum Beispiel mit einer Phasenverschiebung zwischen einzelnen Eindüsungselementen oder Gruppen von Eindüsungselementen erreicht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor eine Steuerung oder Regelung für die Zusammensetzung des einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffgemischs.

Gemäß dem Massenwirkungsgesetz laufen Reaktionen schneller ab, je größer die Konzentration der Reaktionspartner ist. Sollen nun bestimmte Reaktionen oder Gleichgewichte wie zum Beispiel die heterogene Wassergasreaktion [H₂0 + C = 2 H₂ + CO] beeinflusst werden, so ist es sinnvoll, den Wasserdampfanteil in dem reaktionsfähigen Stoff zu erhöhen und über die Eindüsungsmittel einzublasen. Da im konkreten Fall die Wassergasreaktion endotherm ist, muss beachtet werden, dass ggf. durch andere Maßnahmen wie die Erhöhung des Sauerstoffanteils zur Förderung einer partiellen Verbrennung und damit einer Temperaturerhöhung innerhalb der gleichen oder einer anderen Eindüsungsebene eine Kompensation erfolgen muss, es sei denn, dieser Einfluss der Erhöhung des Wasserdampfanteils auf eine Temperaturerniedrigung ist gleichzeitig gewollt.

Ein weiteres Beispiel ist die Beeinflussung des Boudouard-Gleichgewichts [C + C0₂ = 2 CO], welches eine große Rolle bei thermischen Verfahren spielt, die Reduktionsmechanismen des Kohlenstoffs [C] oder des Kohlenoxids [CO] auszunutzen. Da der zusammenhängende Bereich für die thermische Abfallbehandlung in dem Reaktorbehälter durch mehrere Eindüsungsebenen gebildet wird, kann in einer oberen Ebene, z.B. der in Richtung des Stoffstroms obersten Eindüsungsebene, Kohlendioxid [C0₂] oder kohlendioxidhaltiges Gas eingeblasen werden, welches beispielsweise aus einer nachfolgenden Gaswäsche stammt.

Diese Komponente wird in dem Bereich lediglich aufgeheizt und nimmt zunächst an keiner Reaktion teil. Für einen nachfolgenden Reduktionsbereich ist dieses Kohlendioxid jedoch Ausgangstoff für die Boudouard-Reaktion und kann entsprechend den thermodynamischen Bedingungen in Kohlenmonoxid [CO], einer der energetisch nutzbaren Komponenten eines Produktgases von Vergasungsverfahren, umgewandelt werden. In dem Bereich findet in diesem Beispiel ein physikalischer Vorgang der Temperaturerhöhung statt, der in einer nachfolgenden Stufe der thermischen Behandlung das thermodynamische Gleichgewicht der Boudouard-Reaktion in Richtung Reaktionsprodukt Kohlenmonoxid [CO] verschiebt.

Nach einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Prozessabwärme für die Aufheizung des reaktionsfähigen Stoffs bzw. Stoffgemischs vor der Eindüsung verwendet. Die Abwärme kann aus einem in dem Reaktor ablaufenden Prozess, der Abkühlung der ausgebrachten Schmelzen, der Abkühlung aus dem ausgebrachten Rohgas oder der Abwärme aus nachgeschalteten Prozessen der Rohgasreinigung oder der Rohgasaufbereitung stammen.

Alternativ oder zusätzlich können auch andere Wärmequellen für die Aufheizung verwendet werden. Die Prozesse der thermischen Behandlung von Abfallstoffen beginnen nämlich bereits bei Temperaturen von unter 100 °C und erreichen je nach Verfahren oder Verfahrensschritt bis über 2 000 °C. Der reaktionsfähige Stoff bzw. das Stoffgemisch wird vor der Eindüsung vorzugsweise auf die Prozesstemperatur erhitzt.

Durch Nutzung der Abwärme zum Beispiel aus der Abkühlung des Reaktors, der Schmelzen und/oder des Rohgases kann der Gesamtwirkungsgrad verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Abwärme aus nachfolgenden Prozessen, wie zum Beispiel der Methanolsynthese, für die Erhitzung des reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs verwendet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Stoffe, die man aufgrund der thermischen Abfallbehandlung in dem Reaktor erhält, über die Eindüsungsmittel für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in den Prozess zurückgeführt. Hierbei kann es sich um Stoffe handeln, die aus der thermischen Abfallbehandlung der Einsatzstoffe nachgeschalteten Gasreinigung, Gasaufbereitung oder Gasverwertung gewonnen werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steigt die Anzahl der Eindüsungselemente pro Eindüsungsebene in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter an. Dadurch kann die insgesamt erforderliche Anzahl von Eindüsungselementen optimiert werden, da aufgrund der großen Zahl von Eindüsungselementen der letzten Eindüsungsebene hinreichend sichergestellt ist, dass die Einsatzstoffe vollständig behandelt werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Eindüsungsmittel aus Metall, zum Beispiel Kupfer. In diesem Fall ist eine Kühlung durch ein Wärmeträgermedium, zum Beispiel Wasser, erforderlich. Eine solche Kühlung kann entfallen, wenn die Eindüsungsmittel ganz oder teilweise aus Keramik bestehen.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, Figur 2 einen Querschnitt des Reaktors mit einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,

Figur 3 einen Querschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,

Figur 4 einen Querschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,

Figur 5 einen Querschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,

Figur 6 einen Querschnitt des Reaktors, wobei die Eindüsungsmittel Eindüsungselemente mit je zwei Düsenöffnungen aufweisen,

Figur 7 einen Querschnitt des Reaktors, wobei die Eindüsungsmittel Eindüsungselemente mit je drei Düsenöffnungen aufweisen,

Figur 8 eine bevorzugte Ausführungsform des zeitlichen Verlaufs der Eindüsung in zwei verschiedenen Eindüsungsebenen.

Die Figur 1 zeigt einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen d. Bei den Einsatzstoffen d kann es sich um übliche Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handeln sowie auch um schwierige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle.

Der Reaktor hat einen Behälter 7, in den die thermisch zu behandelnden Einsatzstoffe d zum Beispiel über eine Schüttvorrichtung eingefüllt werden. Dadurch bildet sich eine entsprechende Schüttung in dem Behälter 7 aus.

In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel sind in Längsrichtung des Behälters 7 an dessen Wandung 8 Eindüsungsmittel angeordnet, die mehrere Eindüsungselemente 4, 5 und 6 aufweisen. Die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 sind in voneinander beabstandeten Querschnittsebenen zur Ausbildung entsprechender Eindüsungsebenen 1 , 2 und 3 angeordnet. Über die Eindüsungselemente 4 wird ein Stoff oder Stoffgemisch a, über die Eindüsungselemente 5 wird ein Stoff oder Stoffgemisch b und über die Eindüsungselemente 6 wird ein Stoff oder Stoffgemisch c eingedüst. Die Stoffe oder Stoffgemische a, b und c können gleich oder verschieden sein.

Die Eindüsungsebene 2 ist von der Eindüsungsebene 1 in Richtung des Stoffstroms um den Abstand L1 beabstandet; die Eindüsungsebene 3 ist von der Eindüsungsebene 2 in Richtung des Stoffstroms um den Abstand L2 beabstandet. Die Abstände L1 und L2 sind so gewählt, dass die Temperatur der Einsatzstoffe d und der Zwischenprodukte e zwischen den Eindüsungsebenen 1 und 2 sowie 2 und 3 nicht unter eine vorgegebene Mindesttemperatur abfällt. Dadurch wird ein zusammenhängender Bereich 11 für die thermische Abfallbehandlung geschaffen. Der Bereich 11 wird durch seine obere Grenze 9 und seine untere Grenze 10 begrenzt. Die obere Grenze 9 und die untere Grenze 10 sind Isotherme, das heißt Flächen, die die Mindesttemperatur für die thermische Abfallbehandlung aufweisen.

Sofern der Reaktor zur Verbrennung zum Beispiel hausmüllähnlicher Abfälle dienen soll, so kann die Mindesttemperatur ca. 900 °C betragen. Zur Behandlung von Einsatzstoffen, die Schmelzen bildende Stoffe wie Mineralien oder höher schmelzende Metalle enthalten, muss eine deutlich höhere Mindesttemperatur eingehalten werden, um ein Erstarren der Schmelze zu vermeiden. Dies ist insbesondere auch für die Behandlung von Abfällen der Erdöl- und Raffinerieindustrie erforderlich, insbesondere zur thermischen Behandlung von Metall- und Maschinenteilen, die erdölverschmutzt sind, sowie von Filteranlagen und Filterkomponenten der Erdölindustrie.

Sollen in dem Reaktor zum Beispiel PCB(polychlorierte Biphenyle)-haltige Einsatzstoffe durch Oxidation und Überhitzung thermisch abschließend behandelt werden und dort PCB als Leitkomponente des Einsatzstoffes vollständig aufgespalten werden, dann liegt die Mindesttemperatur, die zwischen den Eindüsungsebenen nicht unterschritten werden darf, bei über 1 000 °C.

Die Abstände L1 und L2 werden also in Abhängigkeit von den zu behandelnden Einsatzstoffen gewählt. Je nach dem beabsichtigten Einsatzgebiet liegen die Abstände L1 und L2 im Bereich von ca. 30 Zentimeter bis 1 ,5 Meter, vorzugsweise im Bereich von 50 cm bis 1 m.

Bei den Eindüsungselementen kann es sich um Sauerstofflanzen, Düsen, Brenner oder dergleichen handeln, über welche Luft, Sauerstoff, verschiedene Brenngase, Gasgemische und/oder Flüssigkeiten zugeführt werden können, mit dem Ziel, die Temperatur für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe d auf einen gewünschten Wert einzustellen.

Sofern die Zufuhr von Sauerstoff dafür nicht ausreichend ist, können auch Fremdbrenngase oder aus dem Reaktor gewonnene Überschussgase über die Eindüsungsmittel zugeführt werden. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel verfügen die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 über Stellvorrichtungen, über die der Volumenstrom und/oder die Zusammensetzung der über ein Eindusungselement eingedüsten reaktionsfähigen Stoffgemisches eingestellt werden kann.

Einige der Eindüsungselemente 4, 5 und/oder 6 sind auf einen zentralen Bereich ausgerichtet (vgl. hierzu die Figuren 2 und 3, dort der zentrale Bereich 19) und einige der Eindüsungselemente 4, 5 und/oder 6 sind auf periphere Bereiche ausgerichtet (vgl. hierzu die Figuren 4 und 5, dort die peripheren Bereiche 20), wobei die peripheren Bereiche den zentralen Bereich umgeben, aber nicht notwendigerweise vollständig umschließen.

In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel sind die Eindüsungselemente 4 der obersten Eindüsungsebene 1 so angeordnet, dass eine Eindüsung des reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemisch in einem Winkel von 80 Grad zu der Vorzugsrichtung des Stoffstroms erfolgt. Dies entspricht einem Winkel von 10 Grad zu der Normalen der Wandung 8 des Behälters 7.

Entsprechend sind die Eindüsungselemente 5 der darunter liegenden zweiten Eindüsungsebene 2 so angeordnet, dass die Eindüsung unter einem Winkel von 85 Grad erfolgt, das heißt, die Eindüsungselemente 5 schließen einen Winkel von 5 Grad mit der Flächennormalen der Wandung 8 an. Die Eindüsungselemente 6 der untersten Eindüsungsebene 3 sind senkrecht zu der Wandung 8 angeordnet, sodass die Eindüsung in den Stoffstrom unter einem 90-Grad- Winkel erfolgt.

Die Neigung der Eindüsungselemente zur Bildung eines spitzen Winkels mit dem Stoffstrom hat den Vorteil, dass eine Richtungskomponente des Impulses des eingedüsten Stoffs in Richtung des Stoffstroms zeigt, was dem Stoffstrom von Einsatzstoffen d und Zwischenprodukten e förderlich ist. Ein weiterer Vorteil der Neigung der Eindüsungselemente ist, dass dieses einem Eindringen von Reaktormaterial in das betreffende Eindusungselement vorbeugt. Ein weiterer Vorteil der Neigung ist, dass einer Verschmutzung oder Verstopfung der Eindüsungselemente entgegengewirkt wird.

Der Reaktor hat eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 13, die zur Steuerung der Stellvorrichtungen 12 und weiterer in der Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigter Aggregate des Reaktors dient. Hierzu verfügt die SPS 13 über zumindest einen Mikroprozessor zur Ausführung der Programmmodule 14 und 15. Femer ist die SPS 13 mit einer Messeinrichtung 16, beispielsweise einem Temperatursensor, verbunden.

Dem in der Figur 1 dargestellten Abschnitt des Reaktors ist eine Gasreinigungsvorrichtung 17 nachgeschaltet, die Abwärme 18 aus der Gasreinigung zur Erhitzung der über die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffe abgibt.

Beim Betrieb des Reaktors werden Einsatzstoffe d in den Behälter 7 eingefüllt. Über die Eindüsungselemente wird ein reaktionsfähiger Stoff oder ein Stoffgemisch eingedüst, sodass sich ein zusammenhängender Bereich 11 herausbildet, in dem eine thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe d stattfindet. Aufgrund der Wahl der Abstände L1 und L2 zwischen den Eindüsungsebenen erreicht die Temperatur in dem zusammenhängenden Bereich 11 überall einen vorgegebenen Mindestwert.

In dem Bereich 11 reagieren die Einsatzstoffe d mit den über die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 eingedüsten reaktionsfähigen Stoffen, sodass Zwischenprodukte e und Endprodukte f gebildet werden. Die Endprodukte f verlassen den Bereich 11 in Richtung des Stoffstroms des nach dem Gleichstromprinzip betriebenen Reaktors.

Insbesondere bei problematischen Einsatzstoffen d, die aufgrund ihrer Kornverteilung, Kornform und/oder Korngröße zur Verdichtung oder Schichtung neigen, ist es vorteilhaft, einzelne Eindüsungselemente oder Gruppen von Eindüsungselementen, insbesondere der Eindüsungselemente verschiedener Eindüsungsebenen, oszillierend, intermittierend und/oder alternierend zu betreiben. Durch die zeitliche Veränderung des über ein Eindusungselement in die Schüttung eintretenden Volumenstroms von reaktionsfähigen Stoffen kommt es zu einer Auflockerung und/oder einem Freiblasen der Poren in der Schüttung und somit zu einer Vergrößerung des Reaktionsraums. Dadurch kann eine bessere Ausbildung der Wirbelzonen in dem Bereich 11 erreicht werden sowie einer Strähnenbildung entgegengewirkt werden. Die entsprechende Ansteuerung der Stellvorrichtungen 12 der Eindüsungselemente 4, 5 und 6 erfolgt durch das Programmmodul 14 der SPS 13.

Ferner erhält die SPS 13 von der Messeinrichtung 16 einen Messwert, beispielsweise einen Temperaturmesswert, aus dem die SPS 13 eine Information über den Ablauf der thermischen Abfallbehandlung in dem Bereich 11 ableitet. Beispielsweise lässt sich aus dem Temperaturmesswert die Temperatur in dem Bereich 11 zumindest näherungsweise ableiten.

Diese Information wird von dem Programmmodul 15 genutzt, um die Zusammensetzung des reaktionsfähigen Stoffgemischs zum Beispiel zur Beeinflussung des Reaktionsgleichgewichts der in dem Bereich 11 ablaufenden thermischen Abfallbehandlung zu regeln. Hierzu kann das Programmmodul 15 die Stellvorrichtungen 12 der Eindüsungselemente 4, 5 und 6 entsprechend ansteuern.

Die Endprodukte f werden in der Gasreinigungsvorrichtung 17 einer Gasreinigung unterzogen. Die dabei erzeugte Abwärme 18 wird zur Erhitzung der über die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 in den Bereich 11 eingedüsten reaktionsfähigen Stoffe oder Stoffgemische verwendet. Dadurch lässt sich der Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöhen. Ein Vorteil des Reaktors ist, dass sich der Bereich 11 über die Länge LG in Richtung des Stoffstroms durch den Behälters 7 erstreckt, welches durch mehrere, beabstandete Eindüsungsebenen erreicht wird. Dadurch erfolgt eine intensive stoffliche Umsetzung in dem Bereich 11, welche auch die thermische Behandlung von schwierigen Stoffen, einschließlich Erdöl und Raffinerieabfällen, ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Länge des Bereichs 11 sowie der Anordnung der Eindüsungselemente 4, 5 und 6 in verschiedenen Eindüsungsebenen 1 , 2 und 3 eine Strähnenbildung unterdrückt bzw. vollständig vermieden werden kann. Dieser positive Effekt wird noch durch die Steuerung der Eindüsungselemente 4, 5 und 6 durch das Programmmodul 14 verstärkt, da die oszillierende, intermittierende und/oder alternierende Eindüsung ebenfalls der Strähnenbildung entgegen wirkt.

Es ist aber keineswegs notwendig, dass in dem Behälter mehrere Eindüsungsebenen ausgebildet werden. Es kann auch in einer einzigen Eindüsungsebene eine Eindüsung sowohl in Richtung auf den zentralen Bereich des Behälters als auch in Richtung auf periphere Bereiche erfolgen, wie z.B. in den Ausführungsbeispielen der Figuren 6 und 7 dargestellt.

Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des Reaktors der Figur 1 mit zwei Eindüsungsebenen 1 und 2 im Querschnitt. Elemente der Figur 2, die Elementen der Figur 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel hat die Eindüsungsebene 1 eine Anzahl von vier Eindüsungselementen 4, die um den Querschnitt des Behälters 7 herum in Abständen von 90 Grad angeordnet sind. Die Eindüsungsebene 2 weist ebenfalls 4 voneinander um 90 Grad beabstandete Eindüsungselemente 5 auf.

Die Eindüsungsebenen 1 und 2 sind dabei um einen Winkel von 45 Grad gegeneinander versetzt, sodass die Eindüsungselemente 5 der Eindüsungsebene 2 die zwischen benachbarten Eindüsungselementen 4 der Eindüsungsebene 1 gebildeten Lücken abdecken. Alternativ können pro Eindüsungsebene auch eine größere Anzahl von Eindüsungselementen vorgesehen sein, wie zum Beispiel bis zu 24 Eindüsungselemente pro Eindüsungsebene, wobei die Eindüsungselemente einer Eindüsungsebene jeweils gleiche Winkel mit dem benachbarten Eindusungselement der selben Eindüsungsebene einschließen und die Eindüsungsebenen gegeneinander um einen bestimmten Winkel versetzt sind.

Die in den in der Figur 2 dargestellten Eindüsungsebenen angeordneten Eindüsungselemente sind auf den zentralen Bereich 19 ausgerichtet. In anderen Eindüsungsebenen, die in der Figur 2 nicht dargestellt sind, erfolgt die Eindüsung auch in periphere Bereiche (vgl. Figuren 4, 5, 6 und 7).

Die Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Eindüsungsebenen. Elemente der Figur 3 sind wiederum mit denselben Bezugszeichen wie Elemente der Figuren 1 und 2 gekennzeichnet.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 hat die Eindüsungsebene 1 drei Eindüsungselemente 4, die in Abständen von 120 Grad am Umfang des Behälters 7 angeordnet sind.

Die Eindüsungsebene 2 hat dagegen neun Eindüsungsmittel 5, die in 40-Grad- Abständen angeordnet sind. Die Eindüsungsebenen 1 und 2 sind gegeneinander um 20 Grad versetzt, um die Lücken abzudecken.

Generell ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Eindüsungselemente in Richtung des Stoffstroms ansteigt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die letzte Eindüsungsebene am unteren Ende des Bereichs 11 die größte Anzahl von Eindüsungselementen aufweist, sodass jedenfalls hier etwaig noch nicht oder nicht vollständig thermisch behandelter Einsatzstoffe oder Zwischenprodukte vollständig umgesetzt werden.

Die in den in der Figur 3 dargestellten Eindüsungsebenen angeordneten Eindüsungselemente sind auf den zentralen Bereich 19 ausgerichtet. In anderen Eindüsungsebenen, die in der Figur 2 nicht dargestellt sind, erfolgt die Eindüsung auch in periphere Bereiche (vgl. Figuren 4, 5, 6 und 7). Die Figur -4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, indem wiederum dieselben Bezugszeichen wie in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 , 2 und 3 füreinander entsprechende Elemente verwendet werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 haben die dort gezeigten Eindüsungsebenen jeweils vier Eindüsungselemente 4 bzw. 5, die jeweils im Abstand von 90 Grad angeordnet sind. Die Eindüsungselemente 4 schließen ferner einen Winkel mit der Flächennormalen der Wandung 8 ein, das heißt, die Eindüsungselemente 4 sind tangential gedreht angeordnet. Die Eindüsungselemente 4 sind also auf die peripheren Bereiche 20 ausgerichtet..

In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel 40 Grad; es sind jedoch auch kleinere oder größere Winkel zwischen 0 und 90 Grad möglich. Durch die tangentiale Drehung der Eindüsungselemente erhält der eingedüste reaktionsfähige Stoff eine tangentiale Impulskomponente, was zu einer Verbesserung der Verwirbelung führt.

Die beiden in der Fig. 4 dargestellten Eindüsungsebenen sind um 60 Grad gegeneinander versetzt angeordnet.

Die Ausrichtung der Eindüsungselemente 4 ist hier linksdrehend; die Ausrichtung kann auch rechtsdrehend sein. Beispielsweise folgt auf eine Eindüsungsebene mit einer linksdrehenden Ausrichtung alternierend eine Eindüsungsebene mit rechtsdrehender Ausrichtung.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform mit in zwei übereinander liegenden Ebenen angeordneten Eindüsungselementen 4 und 5. Die Eindüsungselemente 5 sind radial in Richtung auf den zentralen Bereich 19 des Behälters 7 ausgerichtet, wohingegen die Eindüsungselemente 4 einen Winkel 21 von ca. 60° mit der Tangentialen der Behälterwandung einschließen, so dass diese auf periphere Bereiche 20 ausgerichtet sind. Hierdurch kommt es zu einer Durchströmung der in dem gezeigten Querschnitt befindlichen Einsatzstoffe mit Vergasungsmittel auch in den peripheren Bereichen 20. Die Figur 6- zeigt eine Eindüsungsebene, die die Eindüsungselemente 4 beinhaltet. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel haben die Eindüsungselemente 4 jeweils einen Düsenkopf 22. Jeder der Düsenköpfe 22 hat eine Düsenöffnung 23 und eine Düsenöffnung 24. Die Winkel 21 , die die Eindüsungselemente 4 mit der Wandung des Behälters 7 einschließen, sind hier so gewählt, dass die Düsenöffnungen 23 auf den zentralen Bereich 19 ausgerichtet sind, wohingegen die Düsenöffnungen 24 auf die peripheren Bereiche 20 ausgerichtet sind.

Die Figur 7 zeigt eine der Figur 6 entsprechende Ausführungsform, wobei die Düsenköpfe 22 hier jeweils drei Düsenöffnungen 23, 24 und 25 aufweisen. Die Eindüsungselemente 4 stehen im wesentlichen senkrecht auf der Wandung des Behälters 7, so dass die Düsenöffnungen 23 und 24 auf die peripheren Bereiche 20 ausgerichtet sind, wohingegen die zusätzliche, zwischen den Düsenöffnungen 23 und 24 angeordnete Düsenöffnung 25 in Richtung auf den Zentralbereich 19 ausgerichtet ist.

Die Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Steuerung der Eindüsungselemente 4 und 5.. Das obere Diagramm zeigt die pro Zeiteinheit von den Eindüsungselementen 4 abgegebene Menge reaktionsfähigem Stoffs über der Zeitachse. Das untere Diagramm der Figur 8 zeigt dasselbe für die Eindüsungselemente 5 der Eindüsungsebene 2.

Wie aus den Diagrammen der Figur 8 ersichtlich, erfolgt die Eindüsung intermittierend, das heißt gepulst, mit unterschiedlichen Pulshöhen. Durch die Variation der Pulshöhen ergibt sich insgesamt eine oszillierende Eindüsung, wobei die Eindüsung der Eindüsungsebene 2 gegenüber der Eindüsungsebene 1 um einen Winkel φ entsprechend einer Zeit Δt phasenverschoben ist.

Bezugszeichenliste

1 Eindüsungsebene

2 Eindüsungsebene

3 Eindüsungsebene

4 Eindusungselement

5 Eindusungselement

6 Eindusungselement

7 Behälter

8 Wandung

9 obere Grenze

10 untere Grenze

11 Bereich

12 Stellvorrichtung

13 speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

14 Programmmodul

15 Programmmodul

16 Messeinrichtung

17 Gasreinigungsvorrichtung

18 Abwärme

19 zentraler Bereich

20 peripherer Bereich

21 Winkel

22 Düsenkopf

23 Düsenöffnung

24 Düsenöffnung

25 Düsenöffnung d Einsatzstoffe e Zwischenprodukte f Endprodukte

LG Länge

L1 Abstand

L2 Abstand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit: einem Behälter (7) zur Aufnahme der Einsatzstoffe,

Eindüsungsmitteln (4, 5, 6; 22, 23, 24; 25) für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in dem Behälter, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung in einen zentralen Bereich (19) des Behälters und in einen peripheren Bereich (20) des Behälters ausgebildet sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1 , wobei die Eindüsungsmittel am Umfang des Behälters verteilt angeordnete Eindüsungselemente (4, 5, 6) aufweisen, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente einen Düsenkopf (22) mit Düsenöffnungen (23, 24, 25) in zumindest zwei verschiedene Richtungen aufweist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, wobei der Düsenkopf eine Öffnung (25) in Richtung auf den zentralen Bereich und zumindest eine Öffnung (23, 24) in Richtung auf den peripheren Bereich (20) des Behälters aufweist.

4. Reaktor nach Anspruch 1 , 2, oder 3, wobei die Eindüsungsmittel erste Eindüsungselemente zur Eindüsung in Richtung auf den zentralen Bereich und zweite Eindüsungselemente zur Eindüsung in Richtung auf den peripheren Bereich aufweisen.

5. Reaktor nach Anspruch 4, wobei die zweiten Eindüsungselemente in einer Querschnittsebene des Behälters einen Winkel von größer 0 Grad und kleiner 90 Grad mit einer Wandung des Behälters einschließen, vorzugsweise einen Winkel zwischen 20 Grad bis 80 Grad, insbesondere einen Winkel von 40 Grad.

6. Reaktor nach Anspruch 5, wobei die zweiten Eindüsungselemente in der Querschnittsebene linksdrehend oder rechtsdrehend angeordnet sind.

7. Reaktor nach Anspruch 5 oder 6, mit in mehreren Querschnittsebenen angeordneten Eindüsungselementen, wobei zumindest in einer ersten der Querschnittsebene die ersten Eindüsungselemente und zumindest in einer zweiten der Querschnittsebenen die zweiten Eindüsungselemente angeordnet sind.

8. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zumindest erste und zweite in Richtung eines Stoffstroms durch den Behälter voneinander beabstandete Eindüsungselemente (4, 5, 6) aufweisen.

9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der thermischen Abfallbehandlung um eine Trocknung, Thermolyse, Pyrolyse, Vergasung, Überhitzung, Verbrennung und/oder Teilverbrennung handelt.

10. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungselemente zur Ausbildung zumindest erster und zweiter Eindüsungsebenen in zumindest ersten und zweiten Querschnittsebenen des Behälters (1 , 2, 3) angeordnet sind.

11. Reaktor nach Anspruch 10, wobei die Eindüsungselemente der zweiten Eindüsungsebene versetzt bezüglich der Eindüsungselemente der ersten Eindüsungsebene angeordnet sind.

12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente im Wesentlichen senkrecht zu dem Behälter angeordnet ist.

13. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente einen Winkel von größer 0 Grad und kleiner 90 Grad mit der Normalen des Behälters einschließt, vorzugsweise einen Winkel zwischen 20 Grad bis 80 Grad, insbesondere einen Winkel von 40 Grad.

14. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungsmittel in Richtung des Stoffstroms geneigt ist.

15. Reaktor nach Anspruch 14, wobei der Neigungswinkel bezogen auf die Normale zur Reaktorlängsachse zwischen 0 Grad und 90 Grad, vorzugsweise zwischen 45 Grad und 2 Grad liegt.

16. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Anzahl der Eindüsungselemente in Richtung des Stoffstroms vergrößert.

17. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Eindüsungselemente erste und zweite Eindüsungsebenen gebildet werden, und jede der Eindüsungsebenen zwischen 3 und 36 Eindüsungselementen, vorzugsweise 12 Eindüsungselemente, aufweist.

18. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungselemente einzeln oder in Gruppen schaltbar, steuerbar und/oder regelbar sind.

19. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Steuerungs- und/oder Regelungsmitteln (13) zur kontinuierlichen, intermittierenden, oszillierenden und/oder alternierenden Eindüsung eines reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemisches über die Eindüsungsmittel.

20. Reaktor nach Anspruch 19, wobei die Steuerungs- und/oder Regelungsmittel zur phasenversetzten Eindüsung ausgebildet sind.

21. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente im Wesentlichen aus Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehen und zur Kühlung mit einem Wärmeträgermedium ausgebildet ist.

22. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente ganz oder teilweise aus Keramik besteht.

23. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung eines gasförmigen und/oder flüssigen reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs ausgebildet sind.

24. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente als Sauerstofflanze oder Sauerstoffdüse ausgebildet ist.

25. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung von Wasserdampf oder wasserdampfhaltigem Stoffgemisch ausgebildet sind.

26. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung von Kohlendioxid oder kohlendioxidhaltigem Gas ausgebildet sind.

27. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Steuerungs- und/oder Regelungsmitteln (13) zur Beeinflussung einer Zusammensetzung eines über die Eindüsungsmittel in den Behälter einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs.

28. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln zur Erwärmung eines über die Eindüsungsmittel in den Behälter einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs.

29. Reaktor nach Anspruch 28, wobei die Mittel zur Erwärmung des reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs zur Nutzung von Abwärme ausgebildet sind.

30. Eindusungselement für einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit einem Behälter (7) zur Aufnahme der Einsatzstoffe zur Anordnung an einer Wandung des Behälters, wobei das Eindusungselement zumindest erste und zweite Düsenöffnungen (23, 24, 25) zur Eindüsung in einen zentralen Bereich (19) des Behälters und in einen peripheren Bereich (20) des Behälters aufweist.

1. Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit folgenden Schritten:

Aufnahme der Einsatzstoffe in einen Behälter (7) eines Reaktors,

Eindüsung mit Hilfe von Eindüsungsmitteln (4, 5, 6; 22, 23, 24; 25) für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in dem Behälter, wobei die Eindüsung in Richtung auf einen zentralen Bereich (19) des Behälters und in Richtung auf einen peripheren Bereich (20) des Behälters erfolgt.