WO2005106330A1 - Reactor for thermal waste treatment with injection means - Google Patents

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WO2005106330A1 PCT/EP2005/004457 EP2005004457W WO2005106330A1 WO 2005106330 A1 WO2005106330 A1 WO 2005106330A1 EP 2005004457 W EP2005004457 W EP 2005004457W WO 2005106330 A1 WO2005106330 A1 WO 2005106330A1
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Definitions

  • Attornev Docket WAST. 204.04 WHERE
  • This known shaft furnace is suitable for extracting metals from oxidic ores, such as iron ore, llmenite, manganese ore and chrome ore. A thermal waste treatment of feedstocks is not possible with such a shaft furnace.
  • the injection elements are arranged in different cross-sectional planes, corresponding injection levels are formed there when the reactor is in operation.
  • the distances between the cross-sectional planes are preferably selected such that a reaction region connected in the direction of the material flow through the reactor is formed.
  • the distances between the cross-sectional planes must be selected so that the temperature between the cross-sectional planes does not drop below a certain minimum value.
  • the injection elements can be switched, controlled and / or regulated individually or in groups.
  • Appropriate control and / or regulating means ensure continuous, intermittent, oscillating and / or alternating injection into the coherent area.
  • the injection plane 1 has a number of four injection elements 4, which are arranged around the cross section of the container 7 at intervals of 90 degrees.
  • the injection plane 2 likewise has 4 injection elements 5 spaced apart from one another by 90 degrees.
  • the injection level 2 has nine injection means 5, which are arranged at 40-degree intervals.
  • the injection levels 1 and 2 are offset from each other by 20 degrees to cover the gaps.

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Abstract

The invention relates to a reactor for thermal treatment of feed materials as waste, which comprises a container (7), for receiving the feed materials and injection means, for forming a continuous area (11) for thermal treatment of the feed materials in the container, whereby the injection means are provided with at least first and second injection elements (4, 5, 6), spaced from each other in the direction of a material flow through the container.

Description

Attornev Docket: WAST.204.04 WOAttornev Docket: WAST. 204.04 WHERE
Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit EindüsungsmittelnReactor for thermal waste treatment with injection agents
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung, sowie ein Eindusungselement für einen solchen Reaktor und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung.The present invention relates to a reactor for thermal waste treatment, as well as an injection element for such a reactor and a method for thermal waste treatment.
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.Gasification, pyrolysis, thermolysis, drying, overheating, incineration and / or partial incineration are known methods for thermal waste treatment. Corresponding reactors are known from the prior art.
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.From DE 10007115C2, from which the present invention is based as the closest prior art and the disclosure content of which is part of the disclosure of the present patent application, a shaft reactor is known in which the otherwise conventional gas circulation is dispensed with and which works on the direct current principle. By avoiding a recycle gas flow, the condensation of pyrolysis products and the formation of undesirable deposits should be avoided. From this it is also known to create a hot zone in the reactor by means of oxygen lances, in which temperatures of 1,500 degrees Celsius to 2,000 degrees Celsius can prevail.
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 dieFrom DE 19816864A1 a coke-heated cycle gas cupola for the material and / or energy recovery of waste materials of different compositions is known. A lower suction and gas calming ring chamber is arranged below to the level of the melting and superheating zone formed by the position of the gas jet compressors. This arrangement means that the excess gas is drawn directly from the melting and superheating zone at high temperatures of around 2,000 degrees Celsius from the furnace shaft. The excess gas is also passed through the glowing coke layer of the melting and overheating zone of the coke-heated cycle gas cupola. Through the
BESTÄTϊGöNGSS OPIE Energie verbrauchende Wirkung des Boudouard-Gleichgewichts wird Kohlendioxid unter Absenkung der Gastemperatur zu Kohlenmonoxid umgesetzt.CONFIRMATION OPIE The energy-consuming effect of the Boudouard balance converts carbon dioxide to carbon monoxide while lowering the gas temperature.
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.From DE 19640497A1 a coke-heated cycle gas cupola for the material and / or energy recovery of waste materials, such as household waste fractions of various compositions, is known. The recycle gas cupola has a vertical furnace shaft with a plurality of furnace gas suction openings arranged around the circumference of the furnace shaft, which are connected by channels to nozzles installed above the stove in the area of the melting and overheating zone. The nozzles have centrally guided oxygen lances and a gas jet compressor.
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.A device for the thermal treatment of waste materials is known from DE 4030554C2. A dioxin problem is avoided by converting soot into carbon monoxide in a coke bed. The coke bed also acts as a dust filter, so that dioxins and furans still bound to dust particles are retained in the area of the coke bed.
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.US 2,709,153 shows a process for coking and gasifying bituminous materials. A particular disadvantage here is that it cannot be clearly determined in which areas of the reactor the gaseous substances flow through the feedstocks and / or the intermediate products in cocurrent or countercurrent.
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.DE 4324111 A1 discloses a device for firing mineralogical and petrographic compounds and batches. Furnace gases are drawn off in a counterflow shaft furnace and blown in again at another point with the fuel gas via burner nozzles after coarse dust separation.
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.A shaft furnace for carrying out a continuous reduction of metal oxides is also known from A 217064. The shaft furnace is operated according to the counterflow principle and has a discharge table in its lower area. Nozzles are distributed at several altitudes on the shaft furnace. Oxygen-containing gases are alternated through nozzles at the same time intervals blown in at different heights and / or through different nozzles or pairs of nozzles of the same height.
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.The blowing in of oxygen-containing gases through the different nozzle sets alternately at the same time intervals means that each nozzle is in use for a short period and then shut off in a corresponding period. Each nozzle set consists of four nozzles, which are arranged at an angle of 90 degrees to each other. These nozzles are connected to the air supply line in such a way that there are two pairs of diametrically arranged nozzles at each level. The air supply to the individual pairs is controlled by a changeover valve in the main line of the relevant nozzle level.
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.By means of such a periodic, rhythmic air supply, briquettes are alternately heated by burning the carbon monoxide gases as they descend in the shaft and are in turn cooled by the endothermic reactions in the briquettes. The air supply can also be designed such that the nozzles in one plane are offset in relation to the nozzles in the other planes.
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.This known shaft furnace is suitable for extracting metals from oxidic ores, such as iron ore, llmenite, manganese ore and chrome ore. A thermal waste treatment of feedstocks is not possible with such a shaft furnace.
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.Various other reactors for gasifying feedstocks are known from DE 30 42 200 A1, DE 26 40 180 B, DE 202 00935 U1, DD 133 571 A and EP 0067261 B1. In each case, injection elements for blowing gasifying agent into a central region of the reactor container are provided on a reactor container.
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.In contrast, the invention has for its object to provide an improved reactor which is suitable for the thermal waste treatment of feedstocks, as well as an injection element for such a reactor and a method for thermal waste treatment. The object underlying the invention is achieved with the features of the main claim. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
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.The invention creates a reactor for the thermal treatment of waste materials. The reactor has a container for receiving the feed materials and injection means for the thermal waste treatment of the feed materials, the injection means being designed for injection into a central region of the container and into a peripheral region of the container.
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.According to the invention, the injection takes place not only in the direction of a central region of the container, but also in the direction of a peripheral region of the container. As a result, the material flow through the reactor vessel can be optimally interspersed with the injected, reactive substance. In particular, the formation of strands and the like can hereby be reduced or prevented. Furthermore, the efficiency of the reactor can be increased.
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.According to one embodiment of the invention, the injection means have injection elements arranged distributed around the circumference of the container. At least one of the injection elements has a nozzle head with nozzle openings in different directions. For example, one of the nozzle openings is aligned with a central region of the reactor vessel, while another nozzle opening is aligned in a tangential direction with a peripheral region in the interior of the reactor vessel.
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.According to a further embodiment of the invention, the injection means have injection elements which are each designed for injection in a specific direction. Some of the injection elements are aligned with the central area and others of the injection elements with the peripheral area in the interior of the reactor vessel. To align with the peripheral area, the injection elements form an angle of> 0 ° and <90 ° with a wall of the container in a cross-sectional plane of the reactor vessel, preferably an angle between 20 ° to 80 °, in particular an angle of approximately 40 °. According to one embodiment of the invention, the injection elements aligned with the peripheral region of the reactor vessel are arranged in a counterclockwise or clockwise direction.
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.According to a further embodiment of the invention, the injection elements are arranged in two or more cross-sectional planes of the reactor vessel which follow one another in the direction of the substance. For example, the injection elements in a first of the cross-sectional planes are aligned with the central area of the reactor, whereas in a subsequent second cross-sectional plane the injection devices are aligned with the peripheral area. Furthermore, for example, the orientations of the injection elements in successive cross-sectional planes can alternate between left-handed and right-handed. However, the injection elements of the same cross-sectional plane can also be oriented in different directions, that is to say some of the injection elements in the direction of the central region and other injection elements in the direction of the peripheral region.
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.If the injection elements are arranged in different cross-sectional planes, corresponding injection levels are formed there when the reactor is in operation. The distances between the cross-sectional planes are preferably selected such that a reaction region connected in the direction of the material flow through the reactor is formed. For this purpose, the distances between the cross-sectional planes must be selected so that the temperature between the cross-sectional planes does not drop below a certain minimum value.
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.For example, an effective area is formed in front of each of the injection elements or in front of each nozzle opening, into which a reactive substance is injected by the relevant injection element or the relevant nozzle opening. These effective areas can partially overlap. However, it is not necessary that the effective areas geometrically fill the entire cross section of the container.
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.For example, the effective ranges formed in each case can influence one another, which leads to a spatial expansion and / or a change in the physical conditions, such as pressure and density. This allows the edge areas of the effective areas expand to such an extent that essentially the entire cross section of the container is filled. This expansion of the effective areas depends essentially on the pore ratios, such as, for example, the number, size, distribution and / or shape of the pores, the starting materials and the amount of the reactive substance injected.
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.According to one embodiment of the invention, a reactor for thermal waste treatment of feed materials with a container for holding the feed materials and injection agents is created. The injection means create a coherent area in the container for the thermal treatment of waste materials. The injection means have at least first and second injection elements spaced apart from one another in the direction of a material flow through the container.
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.When the reactor is in operation, a reactive substance or mixture of substances is injected into the container via the injection means, so that the coherent area within which the thermal waste treatment of the feedstocks takes place is formed. The reactive substance or mixture of substances can be reactive gases and / or liquids.
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.For example, air or oxygen is injected via oxygen lances. In particular to influence a reaction equilibrium of the thermal waste treatment, the injected substance mixture can contain, in addition to an oxidizing component such as oxygen, a reducing component such as water vapor, carbon dioxide or gas containing carbon dioxide.
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.The reactive substance or mixture of substances is injected, for example, via the at least first and second injection elements spaced apart in the direction of the substance flow through the container, that is to say, for example, via appropriately spaced oxygen lances. The distance between the injection elements is chosen so that a coherent area for thermal waste treatment is created, which extends in the direction of the material flow in the container. This increases the reaction space and the residence time of the input materials and intermediates for thermal waste treatment. The material turnover of the input materials and of the intermediate products resulting from the thermal waste treatment with the introduced reactive substance or substances is thereby improved and can run more completely.
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.The thermal waste treatment carried out in the reactor can be various processes, for example drying, thermolysis, pyrolysis, gasification, overheating, combustion and / or partial combustion of the starting materials.
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.According to a preferred embodiment of the invention, the injection elements for forming at least first and second injection levels are arranged in corresponding cross-sectional levels of the container. The injection planes are spaced apart in the direction of the material flow through the container in order to create the coherent area for the thermal waste treatment. The arrangement of the injection elements in a plurality of injection levels spaced apart from one another enables a more complete and uniform material conversion in the coherent area.
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.Because of structural constraints, only a limited number of injection elements can be arranged distributed around the circumference of the container within one injection plane. Even with complete formation of the vortex zones in front of all injection elements of the same injection level, however, there is no uniform distribution of the reactants over the entire cross-section of the container, i.e. of starting materials, intermediate products and the injected reactive substance or mixture of substances, if only a single injection level is present. Furthermore, when gases are injected into a solid bed, for example, the depth of penetration is limited radially and also axially to the reactor axis, as a result of which strands can form in the open edge zones and in the core region of the bed in known reactors.
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.Because of the streak formation, some of the feedstocks pass through the reaction area formed by the single injection level untreated or only incompletely treated due to an insufficient dwell time. The same can be said for Intermediate products of the input materials apply. This problem is exacerbated if the influence of strongly fluctuating properties of the feed materials and the temporary failure of one or more injection elements during the operating phase of the reactor are added. This results in an uneven distribution of the temperature and thus a lowering of the energetic potential in the treatment zone formed by the single injection level.
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.In contrast, the arrangement of the injection elements according to the invention in a plurality of injection levels spaced apart from one another in the direction of the material flow through the container achieves a more uniform, complete and intensive thermal treatment of the starting materials and their intermediates. In particular, the risk of streak formation is reduced.
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.In order to create a coherent area for the thermal waste treatment of the input materials, the distance between the injection levels is chosen so that the temperature between the injection levels does not fall below a certain minimum value. This minimum value depends on the thermal waste treatment method chosen.
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.If the thermal waste treatment is, for example, incineration, for example for the treatment of household-like waste, the minimum temperature can be approximately 900 ° C. If feedstocks are to be treated which contain melt-forming substances such as minerals or metals with a higher melting point, a significantly higher minimum temperature must be maintained in order to prevent these melts from going into the solid state in the reactor.
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.The distance between the injection levels is chosen in the construction of the reactor depending on the feedstocks to be treated in the reactor and the intermediate products so that the minimum temperature required for the desired type of thermal waste treatment and the type of feedstocks is not undercut between the injection levels and the residence time necessary for complete thermal treatment is achieved. According to a preferred embodiment of the invention, the injection elements are distributed symmetrically within an injection level. The injection elements are preferably aligned radially with respect to the longitudinal axis of the reactor, that is to say the injection elements are arranged substantially perpendicular to the vessel wall in the case of a round reactor cross section. A tangential alignment of one or more of the injection elements is also advantageous. Here, an injection element can enclose an angle between 0 and 90 degrees with the normal of the container wall, preferably an angle between 20 and 80 degrees, in particular 40 degrees.
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.According to a preferred embodiment of the invention, one or more of the injection elements are not arranged horizontally, but inclined in the direction of the material flow through the container. This has the advantage that a component of the momentum of the injected substance or mixture of substances drives the feedstocks and their intermediate products in the direction of the material flow through the area for the thermal waste treatment. Another advantage is that the inclination of the injection elements prevents or significantly reduces contamination or blockage due to the penetration of reactor material into an injection element. The inclination of the injection elements therefore has a self-cleaning function and keeps the injection elements of the reactive substance or mixture of substances free. The angle of inclination in relation to the material flow, i.e. to the longitudinal axis of the reactor, can be between 0 and 90 degrees. The angle of inclination to the normal of the container wall is preferably between 5 and 30 degrees.
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.According to a further preferred embodiment of the invention, different injection elements of the same or different injection levels include different angles with the normal of the container wall and / or with the material flow. This uneven alignment of the injection elements leads to a more intensive swirling within the area for the thermal waste treatment.
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.According to a further preferred embodiment of the invention, the injection elements are arranged in succession to one another in an offset manner. This results in a more even exposure to the coherent area for thermal waste treatment with reactive substance reached, which leads to a more complete turnover of the feed materials and a reduction or avoidance of streaking.
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.For example, there are two injection levels with 12 injection elements each. Adjacent injection elements of the same injection level then enclose an angle of 30 degrees. The two injection planes are offset from one another by an angle of 15 degrees in order to cover the area between the injection elements of the preceding injection zone.
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.According to a further preferred embodiment of the invention, the injection elements can be switched, controlled and / or regulated individually or in groups. Appropriate control and / or regulating means ensure continuous, intermittent, oscillating and / or alternating injection into the coherent area.
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.An intermittent, oscillating and / or alternating mode of operation of the injection means has the advantage of loosening and / or blowing the pores in the bed and thus enlarging the reaction space. This is achieved by changing the local pressures and / or the amount of the locally introduced reactive substance due to the intermittent, oscillating and / or alternating injection, for example with a phase shift between individual injection elements or groups of injection elements.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor eine Steuerung oder Regelung für die Zusammensetzung des einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffgemischs.According to a further preferred embodiment of the invention, the reactor has a control system for the composition of the reactive substance mixture to be injected.
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.According to the law of mass action, reactions run faster, the greater the concentration of the reactants. If certain reactions or equilibria, such as the heterogeneous water gas reaction [H 2 0 + C = 2 H 2 + CO], are to be influenced, it makes sense to increase the water vapor content in the reactive substance and to blow it in via the injection agent. Since the water gas reaction is endothermic in the specific case, it must be noted that If necessary, other measures such as increasing the oxygen content to promote partial combustion and thus increasing the temperature within the same or a different injection level must compensate, unless this influence of the increase in the water vapor content on a temperature reduction is desired at the same time.
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.Another example is the influencing of the Boudouard equilibrium [C + C0 2 = 2 CO], which plays a major role in thermal processes that exploit the reduction mechanisms of carbon [C] or carbon oxide [CO]. Since the coherent area for the thermal waste treatment in the reactor vessel is formed by several injection levels, carbon dioxide [C0 2 ] or carbon dioxide-containing gas, which originates, for example, from a subsequent gas scrubbing, can be blown in at an upper level, for example the top injection level in the direction of the material flow ,
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.This component is only heated in the area and initially does not take part in any reaction. For a subsequent reduction range, however, this carbon dioxide is the starting material for the Boudouard reaction and, depending on the thermodynamic conditions, can be converted into carbon monoxide [CO], one of the energetically usable components of a product gas from gasification processes. In this area, a physical process of increasing the temperature takes place in the area, which in a subsequent stage of the thermal treatment shifts the thermodynamic equilibrium of the Boudouard reaction towards the reaction product carbon monoxide [CO].
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.According to a further preferred embodiment of the invention, process waste heat is used for heating the reactive substance or mixture of substances before the injection. The waste heat can originate from a process running in the reactor, the cooling of the applied melts, the cooling from the applied raw gas or the waste heat from downstream processes of the raw gas cleaning or the raw gas processing.
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.Alternatively or additionally, other heat sources can also be used for heating. The processes of thermal treatment of waste materials This is because they start at temperatures below 100 ° C and, depending on the process or process step, can reach over 2,000 ° C. The reactive substance or mixture of substances is preferably heated to the process temperature before the injection.
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.The overall efficiency can be improved by using the waste heat, for example from the cooling of the reactor, the melts and / or the raw gas. Alternatively or additionally, the waste heat from subsequent processes, such as, for example, methanol synthesis, can also be used for heating the reactive substance or mixture of substances.
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.According to a further preferred embodiment of the invention, substances which are obtained in the reactor due to the thermal waste treatment are returned to the process via the injection means for the thermal waste treatment of the starting materials. These can be substances that are obtained from the thermal waste treatment of the input materials downstream gas cleaning, gas processing or gas utilization.
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.According to a further preferred embodiment of the invention, the number of injection elements per injection level increases in the direction of the material flow through the container. As a result, the total number of injection elements required can be optimized, since the large number of injection elements in the last injection level ensures that the starting materials are completely treated.
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.According to a further preferred embodiment of the invention, the injection means are made of metal, for example copper. In this case, cooling by means of a heat transfer medium, for example water, is required. Such cooling can be omitted if the injection means consist entirely or partially of ceramic.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, Figur 2 einen Querschnitt des Reaktors mit einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,FIG. 1 shows a longitudinal section of an embodiment of a reactor according to the invention, FIG. 2 shows a cross section of the reactor with a preferred embodiment of the arrangement of the injection means,
Figur 3 einen Querschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,FIG. 3 shows a cross section of the reactor with a further preferred embodiment of the arrangement of the injection means,
Figur 4 einen Querschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,FIG. 4 shows a cross section of the reactor with a further preferred embodiment of the arrangement of the injection means,
Figur 5 einen Querschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Eindüsungsmittel,FIG. 5 shows a cross section of the reactor with a further preferred embodiment of the arrangement of the injection means,
Figur 6 einen Querschnitt des Reaktors, wobei die Eindüsungsmittel Eindüsungselemente mit je zwei Düsenöffnungen aufweisen,FIG. 6 shows a cross section of the reactor, the injection means having injection elements with two nozzle openings each,
Figur 7 einen Querschnitt des Reaktors, wobei die Eindüsungsmittel Eindüsungselemente mit je drei Düsenöffnungen aufweisen,FIG. 7 shows a cross section of the reactor, the injection means having injection elements with three nozzle openings each,
Figur 8 eine bevorzugte Ausführungsform des zeitlichen Verlaufs der Eindüsung in zwei verschiedenen Eindüsungsebenen.Figure 8 shows a preferred embodiment of the time course of the injection in two different injection levels.
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.Figure 1 shows a reactor for thermal waste treatment of feedstocks d. The input materials d can be common municipal waste, industrial waste, hospital waste or the like, as well as difficult substances, in particular petroleum and refinery waste.
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.The reactor has a container 7 into which the starting materials d to be thermally treated are filled, for example, via a pouring device. As a result, a corresponding bed is formed in the container 7.
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.In the exemplary embodiment considered here, 8 injection means are arranged in the longitudinal direction of the container 7, which have a plurality of injection elements 4, 5 and 6. The injection elements 4, 5 and 6 are in one another spaced cross-sectional planes to form corresponding injection levels 1, 2 and 3. A substance or mixture of substances a is injected via the injection elements 4, a substance or mixture of substances b is injected via the injection elements 5 and a substance or mixture of substances c is injected via the injection elements 6. The substances or mixtures of substances a, b and c can be the same or different.
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.The injection plane 2 is spaced from the injection plane 1 in the direction of the material flow by the distance L1; the injection plane 3 is spaced from the injection plane 2 in the direction of the material flow by the distance L2. The distances L1 and L2 are selected such that the temperature of the starting materials d and the intermediate products e between the injection levels 1 and 2 and 2 and 3 does not drop below a predetermined minimum temperature. This creates a coherent area 11 for thermal waste treatment. The area 11 is limited by its upper limit 9 and its lower limit 10. The upper limit 9 and the lower limit 10 are isotherms, that is to say areas which have the minimum temperature for the thermal waste treatment.
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.If the reactor is to be used, for example, to incinerate waste similar to household waste, the minimum temperature can be approximately 900 ° C. For the treatment of feedstocks that contain melt-forming substances such as minerals or metals with a higher melting point, a significantly higher minimum temperature must be maintained in order to avoid solidification of the melt. This is particularly necessary for the treatment of waste from the oil and refinery industry, especially for the thermal treatment of metal and machine parts that are contaminated with petroleum, as well as filter systems and filter components from the oil industry.
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.If, for example, PCBs (polychlorinated biphenyls) containing feedstocks are to be thermally treated in the reactor by oxidation and overheating and PCBs are completely split there as the lead component of the feedstock, then the minimum temperature, which must not fall below the injection levels, is over 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.The distances L1 and L2 are therefore chosen depending on the feed materials to be treated. The distances are depending on the intended area of application L1 and L2 in the range of approximately 30 centimeters to 1.5 meters, preferably in the range of 50 cm to 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.The injection elements can be oxygen lances, nozzles, burners or the like, via which air, oxygen, various fuel gases, gas mixtures and / or liquids can be supplied, with the aim of adjusting the temperature for the thermal waste treatment of the starting materials to a desired one Value.
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.If the supply of oxygen is not sufficient for this, external combustion gases or excess gases obtained from the reactor can also be supplied via the injection means. In the exemplary embodiment considered here, the injection elements 4, 5 and 6 have adjusting devices by means of which the volume flow and / or the composition of the reactive substance mixture injected via an injection element can be adjusted.
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.Some of the injection elements 4, 5 and / or 6 are aligned with a central area (cf. FIGS. 2 and 3, there the central area 19) and some of the injection elements 4, 5 and / or 6 are aligned with peripheral areas (cf. 4 and 5, there the peripheral areas 20), the peripheral areas surrounding the central area, but not necessarily completely enclosing it.
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.In the exemplary embodiment considered here, the injection elements 4 of the uppermost injection level 1 are arranged such that the reactive substance or mixture of substances is injected at an angle of 80 degrees to the preferred direction of the substance flow. This corresponds to an angle of 10 degrees to the normal to the wall 8 of the container 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.Correspondingly, the injection elements 5 of the underlying second injection plane 2 are arranged in such a way that the injection takes place at an angle of 85 degrees, that is, the injection elements 5 connect an angle of 5 degrees with the surface normal of the wall 8. The injection elements 6 of the lowest injection level 3 are arranged perpendicular to the wall 8, so that the injection into the material flow takes place at a 90 degree angle.
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.The tendency of the injection elements to form an acute angle with the material flow has the advantage that a directional component of the momentum of the injected material points in the direction of the material flow, which is conducive to the material flow of starting materials d and intermediate products e. Another advantage of the inclination of the injection elements is that it prevents reactor material from penetrating into the injection element in question. Another advantage of the inclination is that contamination or blockage of the injection elements is counteracted.
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.The reactor has a programmable logic controller (PLC) 13 which is used to control the actuating devices 12 and further units of the reactor which are not shown in FIG. 1 for the sake of clarity. For this purpose, the PLC 13 has at least one microprocessor for executing the program modules 14 and 15. Furthermore, the PLC 13 is connected to a measuring device 16, for example a temperature sensor.
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.The section of the reactor shown in FIG. 1 is followed by a gas cleaning device 17, which emits waste heat 18 from gas cleaning for heating the reactive substances to be injected via the injection elements 4, 5 and 6.
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.When operating the reactor, feed materials d are filled into the container 7. A reactive substance or a mixture of substances is injected via the injection elements, so that a coherent area 11 is formed in which the waste materials d are subjected to thermal waste treatment. Because of the choice of the distances L1 and L2 between the injection levels, the temperature in the connected area 11 reaches a predetermined minimum value everywhere.
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.In the region 11, the starting materials d react with the reactive substances injected via the injection elements 4, 5 and 6, so that intermediate products e and End products f are formed. The end products f leave the region 11 in the direction of the material flow of the reactor operated according to the direct current principle.
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.Particularly in the case of problematic feedstocks d which, owing to their grain distribution, grain shape and / or grain size, tend to compact or stratify, it is advantageous to operate individual injection elements or groups of injection elements, in particular the injection elements of different injection levels, in an oscillating, intermittent and / or alternating manner. The temporal change in the volume flow of reactive substances entering the bed via an injection element leads to a loosening and / or blowing of the pores in the bed and thus to an enlargement of the reaction space. As a result, a better formation of the swirl zones in the region 11 can be achieved and a streak formation can be counteracted. The corresponding control of the actuating devices 12 of the injection elements 4, 5 and 6 is carried out by the program module 14 of the PLC 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.Furthermore, the PLC 13 receives from the measuring device 16 a measured value, for example a temperature measured value, from which the PLC 13 derives information about the course of the thermal waste treatment in the area 11. For example, the temperature in the region 11 can be derived at least approximately from the measured temperature value.
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.This information is used by the program module 15 to regulate the composition of the reactive substance mixture, for example to influence the reaction equilibrium of the thermal waste treatment taking place in the area 11. For this purpose, the program module 15 can control the adjusting devices 12 of the injection elements 4, 5 and 6 accordingly.
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.The end products f are subjected to gas cleaning in the gas cleaning device 17. The waste heat 18 generated in this way is used to heat the reactive substances or substance mixtures injected into the region 11 via the injection elements 4, 5 and 6. This can increase the overall efficiency of the system. An advantage of the reactor is that the area 11 extends over the length LG in the direction of the material flow through the container 7, which is achieved by several spaced-apart injection levels. This results in an intensive material conversion in area 11, which also enables the thermal treatment of difficult substances, including petroleum and refinery waste.
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.Another advantage is that, due to the length of the region 11 and the arrangement of the injection elements 4, 5 and 6 in different injection levels 1, 2 and 3, streak formation can be suppressed or completely avoided. This positive effect is further enhanced by the control of the injection elements 4, 5 and 6 by the program module 14, since the oscillating, intermittent and / or alternating injection also counteracts the streak formation.
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.However, it is by no means necessary for several injection levels to be formed in the container. Injection can also take place in a single injection plane both in the direction of the central region of the container and in the direction of peripheral regions, such as e.g. shown in the embodiments of Figures 6 and 7.
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.Figure 2 shows an embodiment of the reactor of Figure 1 with two injection levels 1 and 2 in cross section. Elements in FIG. 2 which correspond to elements in FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
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.In the exemplary embodiment considered here, the injection plane 1 has a number of four injection elements 4, which are arranged around the cross section of the container 7 at intervals of 90 degrees. The injection plane 2 likewise has 4 injection elements 5 spaced apart from one another by 90 degrees.
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.The injection levels 1 and 2 are offset from one another by an angle of 45 degrees, so that the injection elements 5 of the injection level 2 cover the gaps formed between adjacent injection elements 4 of the injection level 1. Alternatively, a larger number of injection elements can be provided for each injection level, for example up to 24 injection elements per injection level, the injection elements being one Injection level each include the same angle with the adjacent injection element of the same injection level and the injection levels are offset from one another by a certain angle.
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).The injection elements arranged in the injection levels shown in FIG. 2 are aligned with the central area 19. In other injection levels, which are not shown in FIG. 2, the injection also takes place in peripheral areas (cf. FIGS. 4, 5, 6 and 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.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment with two injection levels. Elements of FIG. 3 are again identified by the same reference numerals as elements of FIGS. 1 and 2.
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.In the exemplary embodiment in FIG. 3, the injection plane 1 has three injection elements 4, which are arranged at intervals of 120 degrees on the circumference of the container 7.
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.In contrast, the injection level 2 has nine injection means 5, which are arranged at 40-degree intervals. The injection levels 1 and 2 are offset from each other by 20 degrees to cover the gaps.
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.In general, it is advantageous if the number of injection elements increases in the direction of the material flow. In particular, it is advantageous that the last injection level at the lower end of area 11 has the largest number of injection elements, so that in any case feedstocks or intermediate products that have not yet been or are not completely thermally treated are completely implemented.
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.The injection elements arranged in the injection levels shown in FIG. 3 are aligned with the central area 19. In other injection levels, which are not shown in FIG. 2, the injection also takes place in peripheral areas (see FIGS. 4, 5, 6 and 7). FIG. -4 shows a further exemplary embodiment, in that the same reference numerals as in the exemplary embodiments in FIGS. 1, 2 and 3 are used for corresponding elements.
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 the exemplary embodiment in FIG. 4, the injection levels shown there each have four injection elements 4 and 5, which are each arranged at a distance of 90 degrees. The injection elements 4 also form an angle with the surface normal of the wall 8, that is to say the injection elements 4 are arranged rotated tangentially. The injection elements 4 are thus aligned with the peripheral areas 20.
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.In the exemplary embodiment considered here, this angle is 40 degrees; however, smaller or larger angles between 0 and 90 degrees are also possible. Due to the tangential rotation of the injection elements, the injected reactive substance receives a tangential impulse component, which leads to an improvement in the turbulence.
Die beiden in der Fig. 4 dargestellten Eindüsungsebenen sind um 60 Grad gegeneinander versetzt angeordnet.The two injection levels shown in FIG. 4 are arranged offset from one another by 60 degrees.
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.The orientation of the injection elements 4 is counterclockwise here; the alignment can also be clockwise. For example, an injection plane with a left-handed orientation alternates with an injection plane with a right-handed orientation.
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.FIG. 5 shows a further embodiment with injection elements 4 and 5 arranged in two levels one above the other. The injection elements 5 are aligned radially in the direction of the central region 19 of the container 7, whereas the injection elements 4 have an angle 21 of approximately 60 ° with the Include tangents of the container wall so that they are aligned with peripheral areas 20. This results in a flow of gasification agent through the feedstocks in the cross section shown, also in the peripheral regions 20. FIG. 6- shows an injection level that contains the injection elements 4. In the exemplary embodiment considered here, the injection elements 4 each have a nozzle head 22. Each of the nozzle heads 22 has a nozzle opening 23 and a nozzle opening 24. The angles 21 which enclose the injection elements 4 with the wall of the container 7 are selected here such that the Nozzle openings 23 are aligned with the central area 19, whereas the nozzle openings 24 are aligned with the peripheral areas 20.
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.FIG. 7 shows an embodiment corresponding to FIG. 6, the nozzle heads 22 here each having three nozzle openings 23, 24 and 25. The injection elements 4 are essentially perpendicular to the wall of the container 7, so that the nozzle openings 23 and 24 are aligned with the peripheral regions 20, whereas the additional nozzle opening 25 arranged between the nozzle openings 23 and 24 is directed towards the central region 19 ,
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.FIG. 8 shows an exemplary embodiment for a control of the injection elements 4 and 5. The upper diagram shows the amount of reactive substance emitted by the injection elements 4 per unit of time over the time axis. The lower diagram in FIG. 8 shows the same for the injection elements 5 of the injection level 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. As can be seen from the diagrams in FIG. 8, the injection takes place intermittently, that is to say in pulsed fashion, with different pulse heights. The variation of the pulse heights results overall in an oscillating injection, the injection of the injection plane 2 being out of phase with the injection plane 1 by an angle φ corresponding to a time Δt.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Eindüsungsebene1 injection level
2 Eindüsungsebene2 injection level
3 Eindüsungsebene3 injection level
4 Eindusungselement4 injection element
5 Eindusungselement5 injection element
6 Eindusungselement6 injection element
7 Behälter7 containers
8 Wandung8 wall
9 obere Grenze9 upper limit
10 untere Grenze10 lower limit
11 Bereich11 area
12 Stellvorrichtung12 adjusting device
13 speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)13 programmable logic controller (PLC)
14 Programmmodul14 program module
15 Programmmodul15 program module
16 Messeinrichtung16 measuring device
17 Gasreinigungsvorrichtung17 Gas cleaning device
18 Abwärme18 waste heat
19 zentraler Bereich19 central area
20 peripherer Bereich20 peripheral area
21 Winkel21 angles
22 Düsenkopf22 nozzle head
23 Düsenöffnung23 nozzle opening
24 Düsenöffnung24 nozzle opening
25 Düsenöffnung d Einsatzstoffe e Zwischenprodukte f Endprodukte25 nozzle opening d feedstocks e intermediate products f end products
LG LängeLG length
L1 AbstandL1 distance
L2 Abstand L2 distance

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit: einem Behälter (7) zur Aufnahme der Einsatzstoffe,1. Reactor for thermal waste treatment of feed materials with: a container (7) for holding the feed materials,
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.Injection means (4, 5, 6; 22, 23, 24; 25) for the thermal waste treatment of the starting materials in the container, the injection means for injection into a central region (19) of the container and into a peripheral region (20) of the container are trained.
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.2. A reactor according to claim 1, wherein the injection means have injection elements (4, 5, 6) distributed around the circumference of the container, at least one of the injection elements having a nozzle head (22) with nozzle openings (23, 24, 25) in at least two different directions having.
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.3. Reactor according to claim 2, wherein the nozzle head has an opening (25) in the direction of the central region and at least one opening (23, 24) in the direction of the peripheral region (20) of the container.
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.4. Reactor according to claim 1, 2, or 3, wherein the injection means have first injection elements for injection in the direction of the central region and second injection elements for injection in the direction of the peripheral region.
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.5. The reactor of claim 4, wherein the second injection elements in a cross-sectional plane of the container enclose an angle of greater than 0 degrees and less than 90 degrees with a wall of the container, preferably an angle between 20 degrees to 80 degrees, in particular an angle of 40 degrees.
6. Reaktor nach Anspruch 5, wobei die zweiten Eindüsungselemente in der Querschnittsebene linksdrehend oder rechtsdrehend angeordnet sind. 6. Reactor according to claim 5, wherein the second injection elements are arranged in the cross-sectional plane counterclockwise or clockwise.
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.7. Reactor according to claim 5 or 6, with injection elements arranged in a plurality of cross-sectional planes, the first injection elements being arranged at least in a first of the cross-sectional plane and the second injection elements being arranged at least in a second of the cross-sectional planes.
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.8. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the injection means have at least first and second injection elements (4, 5, 6) spaced apart in the direction of a material flow through the container.
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.9. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the thermal waste treatment is drying, thermolysis, pyrolysis, gasification, overheating, combustion and / or partial combustion.
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.10. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the injection elements for forming at least first and second injection levels in at least first and second cross-sectional levels of the container (1, 2, 3) are arranged.
11. Reaktor nach Anspruch 10, wobei die Eindüsungselemente der zweiten Eindüsungsebene versetzt bezüglich der Eindüsungselemente der ersten Eindüsungsebene angeordnet sind.11. The reactor of claim 10, wherein the injection elements of the second injection level are arranged offset with respect to the injection elements of the first injection level.
12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente im Wesentlichen senkrecht zu dem Behälter angeordnet ist.12. Reactor according to one of the preceding claims, wherein at least one of the injection elements is arranged substantially perpendicular to the container.
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. 13. Reactor according to one of the preceding claims, wherein at least one of the injection elements includes an angle of greater than 0 degrees and less than 90 degrees with the normal of the container, preferably an angle between 20 degrees to 80 degrees, in particular an angle of 40 degrees.
14. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungsmittel in Richtung des Stoffstroms geneigt ist.14. Reactor according to one of the preceding claims, wherein at least one of the injection means is inclined in the direction of the material flow.
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.15. The reactor of claim 14, wherein the angle of inclination with respect to the normal to the longitudinal axis of the reactor is between 0 degrees and 90 degrees, preferably between 45 degrees and 2 degrees.
16. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Anzahl der Eindüsungselemente in Richtung des Stoffstroms vergrößert.16. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the number of injection elements increases in the direction of the material flow.
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.17. Reactor according to one of the preceding claims, wherein first and second injection levels are formed by the injection elements, and each of the injection levels has between 3 and 36 injection elements, preferably 12 injection elements.
18. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungselemente einzeln oder in Gruppen schaltbar, steuerbar und/oder regelbar sind.18. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the injection elements can be switched, controlled and / or regulated individually or in groups.
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.19. Reactor according to one of the preceding claims, with control and / or regulating means (13) for the continuous, intermittent, oscillating and / or alternating injection of a reactive substance or mixture of substances via the injection means.
20. Reaktor nach Anspruch 19, wobei die Steuerungs- und/oder Regelungsmittel zur phasenversetzten Eindüsung ausgebildet sind.20. The reactor of claim 19, wherein the control and / or regulating means are designed for phase-shifted injection.
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.21. Reactor according to one of the preceding claims, wherein at least one of the injection elements consist essentially of metal, preferably copper, and is designed for cooling with a heat transfer medium.
22. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente ganz oder teilweise aus Keramik besteht. 22. Reactor according to one of the preceding claims, wherein at least one of the injection elements consists entirely or partially of ceramic.
23. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung eines gasförmigen und/oder flüssigen reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs ausgebildet sind.23. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the injection means are designed for injection of a gaseous and / or liquid reactive substance or mixture of substances.
24. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Eindüsungselemente als Sauerstofflanze oder Sauerstoffdüse ausgebildet ist.24. Reactor according to one of the preceding claims, wherein at least one of the injection elements is designed as an oxygen lance or oxygen nozzle.
25. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung von Wasserdampf oder wasserdampfhaltigem Stoffgemisch ausgebildet sind.25. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the injection means are designed to inject water vapor or a mixture of substances containing water vapor.
26. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindüsungsmittel zur Eindüsung von Kohlendioxid oder kohlendioxidhaltigem Gas ausgebildet sind.26. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the injection means are designed to inject carbon dioxide or gas containing carbon dioxide.
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.27. Reactor according to one of the preceding claims with control and / or regulating means (13) for influencing a composition of a reactive substance or mixture of substances to be injected into the container via the injection means.
28. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln zur Erwärmung eines über die Eindüsungsmittel in den Behälter einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs.28. Reactor according to one of the preceding claims with means for heating a reactive substance or mixture of substances to be injected into the container via the injection means.
29. Reaktor nach Anspruch 28, wobei die Mittel zur Erwärmung des reaktionsfähigen Stoffs oder Stoffgemischs zur Nutzung von Abwärme ausgebildet sind.29. The reactor of claim 28, wherein the means for heating the reactive substance or mixture of substances are designed to utilize waste heat.
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. 30. Injection element for a reactor for thermal waste treatment of feed materials with a container (7) for receiving the feed materials for arrangement on a wall of the container, wherein the injection element has at least first and second nozzle openings (23, 24, 25) for injection into a central area (19) of the container and in a peripheral region (20) of the container.
1. Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen mit folgenden Schritten:1. Process for the thermal treatment of waste materials with the following steps:
Aufnahme der Einsatzstoffe in einen Behälter (7) eines Reaktors,Taking the feed materials into a container (7) of a reactor,
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. Injection with the aid of injection means (4, 5, 6; 22, 23, 24; 25) for the thermal waste treatment of the starting materials in the container, the injection in the direction of a central region (19) of the container and in the direction of a peripheral one Area (20) of the container takes place.
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