AT522059A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kohle - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Kohle (2), insbesondere Aktiv- und/oder Pflanzenkohle, aus, vorzugsweise stückigem, Brennstoff (6) im Gegenstromprinzip gezeigt, bei dem der Brennstoff (6) in einen Pyrolysereaktor (3) eingebracht und zu Kohle (2) direkt pyrolysiert wird, indem dem Pyrolysereaktor (3) ein Heißgas (4.1) aus einer Oxidationskammer (4) zugeführt wird, welches Heißgas (4.1) sich in der Oxidationskammer (4) durch Verbrennung eines Schwelgases (3.1) aus dem Pyrolysereaktor (3) bildet. Um das Anfahren der Pyrolyse im Gegenstromprinzip zu vereinfachen, ohne damit die Qualität der hergestellten Kohle negativ zu beeinflussen, wird vorgeschlagen, dass beim Anfahren des Pyrolysereaktors (3) dessen eingebrachter Brennstoff (6) unter Zufuhr von Frischluft (7) verbrannt wird.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Kohle, insbesondere Aktiv- und/oder Pflanzenkohle, aus, vorzugsweise stückigem, Brennstoff im Gegenstromprinzip, bei dem der Brennstoff in einen Pyrolysereaktor eingebracht und zu Kohle direkt pyrolysiert wird, indem dem Pyrolysereaktor ein Heißgas aus einer Oxidationskammer zugeführt wird, welches Heißgas sich in der Oxidationskammer durch Verbrennung eines Schwelgases aus dem Pyrolysereaktor bildet.

Nach der EP 0 216 229 A2 ist eine Pyrolyse im Gegenstromprinzip bekannt, bei dem stückiger Brennstoff in einem Pyrolysereaktor durch ein Heißgas, gebildet in einer Oxidationskammer durch Verbrennung eines Schwelgases aus dem Pyrolysereaktor, direkt pyrolysiert wird, Zum Anfahren des Pyrolysereaktors weist die Oxidationskammer eine Stützfeuerung auf, die das Heißgas auf Pyrolysetemperatur für eine direkte Pyrolyse im Pyrolysereaktor bringt.

Neben dem Umstand, dass eine Stützfeuerung nachteilig eines zusätzlichen Brennstoffs bedarf, kann die Verbrennung dieses zusätzlichen Brennstoffs, der sich in der Zusammensetzung von jenem stückigen Brennstoff in einem Pyrolysereaktor unterscheidet, auch nachteilig auf die Qualität der hergestellten Kohle Einfluss nehmen. Des Weiteren bedarf es vergleichsweise aufwendiger regelungstechnischer Maßnahmen, über eine Stützfeuerung in der Oxidationskammer, um die Temperatur im Pyrolysereaktor passend einzustellen, was sich ebenfalls nachteilig auf die Qualität der hergestellten Kohle - und zwar zumindest jener, beim Anfahren des Pyrolysereaktors hergestellten - auswirken kann. ;

Die Erfindung hat sich daher ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, das Anfahren der Pyrolyse im Gegenstromprinzip im Verfah-

ren zu vereinfachen, ohne damit die Qualität der hergestellten Kohle zu beeinträchtigen.

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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zum Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Wird beim Anfahren des Pyrolysereaktors dessen eingebrachter Brennstoff unter Zufuhr von Frischluft verbrannt, kann sichergestellt werden, dass sich die hergestellte Kohle nahezu ausschließlich im Betriebszustand der direkten Pyrolyse im Gegenstromprinzip - also nach dem Betriebszustand des Anfahrens - bildet. Der Umwandlungsprozess der Verbrennung des Brennstoffs beim Anfahren vermeidet nämlich unkontrolliert entstehende Pyrolysereste im Pyrolysereaktor, wodurch eine Kontamination der hergestellten Kohle vermieden wird, Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher reproduzierbar eine hohe Qualität der damit hergestellten Kohle sicherstellen. Außerdem ist das Anfahren des Pyrolysereaktors durch Verbrennung des eingebrachten Brennstoffs vergleichsweise einfach handhabbar - beispielsweise von Heizkesseln bekannt durch Regelung der Zufuhrmenge an Frischluft. Vorzugsweise wird Frischluft als Primärluft zugeführt. Auch kann Frischluft als Sekundärluft verwendet werden bzw. einen Teil der Sekundärluft darstellen. Frischluft kann auch als Verbrennungsluft bezeichnet werden.

Im Allgemeinen wird erwähnt, dass bei einer direkten Pyrolyse das zu pyrolysierende Gut durch Verbrennungsgase erhitzt wird. Die Pyrolyse kann sohin die erforderliche Wärmeenergie aus dem Pyrolysegut selbst gewinnen. Im Allgemeinen wird zudem erwähnt, dass unter „verbrannt“ bzw. „pyrolysiert“ verstanden wird, dass der stoffliche

Umwandlungsprozess Verbrennung des Brennstoffs bzw. Pyrolyse des Brennstoffs stattfindet.

Der Regelungsaufwand des Betriebszustands der direkten Pyrolyse im Gegenstromprinzip im Pyrolysereaktor ist weiter reduzierbar, wenn das Heißgas aufgrund eines veränderbaren Differenzdrucks zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer in den Pyrolysereaktor strömt.

16/01/2019 17:30 Nr.: R348 L1 P.004/024

Beispielsweise kann der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer durch eine, insbesondere zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer vorgesehene, Treibdüse eingestellt werden. Vorzugsweise kann eine Injektordüse diese Treibdüse darstellen - und auch eine Gasverbindung zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer ausbilden. Zudem kann dies -aus dem Stand der Technik bekannte- bewegliche Teile in vergleichsweise temperaturbelasteten Bereichen vermeiden, was reproduzierbar Brennstoff pyrolysieren kann.

Vorzugsweise saugt die Treibdüse Schwelgas des Pyrolysereaktors durch Einblasen von Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft, an, um damit beispielsweise die Verbrennung des Schwelgases in der Oxidationskammer zu regeln.

Beim Anfahren des Pyrolysereaktors kann eine Reduktion des Strömungswiderstands erreicht werden, wenn der Pyrolysereaktor ein die Treibdüse überbrückendes erstes Gasventil aufweist, das beim Anfahren geöffnet wird, um ein Verbrennungsgas aus dem Pyrolysereaktor beispielsweise widerstandsarm abzuführen. Das erste Gasventil kann beispielsweise als Drehtellerventil ausgeführt sein - womit die Konstruktion weiter zu vereinfachen ist. Zudem kann das erste Gasventil zur Abreinigung des Pyrolysereaktors und/oder der Treibdüse geöffnet werden, über welches Heißgas aus der Oxidationskammer in den Pyrolysereaktor einströmt. Das Heißgas kann nämlich Ablagerungen im Pyrolysereaktor und/oder an der Treibdüse durch Temperaturerhöhung und Oxidation sicher reduzieren bzw. entfernt. Beispielsweise werden diese flüchtigen Ablagerungen mit Hilfe der Treibdüse abgesaugt und in der Oxidationskammer verbrannt. Als erstes Gasventil kann sich insbesondere ein Drehtellerventil eignen,

Alternativ zu einer Treibdüse ist der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer durch einen Ventilator, insbesondere Verdichter, beispielsweise Hochtemperaturverdichter, einstellbar. Der Ventilator kann vorzugsweise nach der Oxidationskammer vorgesehen sein, beispielsweise um die Gefahr der Anlagerung von teerhaltigen Ablagerungen zu reduzieren.

16/01/2019 17:31 Nr.: R348 L1 P.005/024

Wird der oberhalb des Pyrolysereaktors vorgesehenen Oxidationskammer das Schwelgas des Pyrolysereaktors zugeführt, kann der Gasstrom reproduzierbarer geführt werden. Außerdem kann damit eine vergleichsweise rasche Erwärmung der Oxidationskammer und somit ein problemloses Zünden der Schwelgase nach dem Anfahren ermöglicht werden. Zudem ist es möglich, durch diese Anordnung der Oxidationskammer die Grundfläche der Vorrichtung gering zu halten.

Wird der Pyrolysereaktor außenmantelseitig mit Heißgas zumindest abschnittsweise umströmt, kann dies durch Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Pyrolysereaktor die Pyrolyse des Brennstoffs in engen Grenzen halten. Derart ist es also möglich, Kohle mit vergleichsweise hoher Qualität auf reproduzierbare und standfestere Weise herzustellen. Außerdem kann durch diese Temperaturführung der Wand

des Pyrolysereaktors die Gefahr an Anbackungen im Pyrolysereaktors vermindert werden.

Zwischen den Betriebszuständen kann handhabungsfreundlich umgeschaltet werden, wenn eine Zufuhrmenge an Heißgas in den Pyrolysereaktor über ein zweites Ventil des Pyrolysereaktors eingestellt wird. Beispielsweise kann die Zufuhrmenge an Heißgas in den Pyrolysereaktor, beispielsweise durch Höhenverstellen des Rosts, eingestellt werden, um auf den Betriebszustand Pyrolyse zusätzlich Einfluss zu nehmen.

Außerdem kann zusätzlich oder alternativ eine Austragungsmenge von Kohle aus dem Pyrolysereaktor über das zweite Ventil des Pyrolysereaktors eingestellt werden. Dies beispielsweise, indem das zweite Ventil eine Austragungsöffnung am Pyroly-

sereaktor öffnet, um über diese Austragungsöffnung Kohle aus dem Pyrolysereaktor auszutragen.

Vorzugsweise wird diese Einstellung handhabungsfreundlich möglich, wenn ein Rost im Pyrolysereaktor das zweite Ventil ausbildet, welcher Rost hierfür im Pyrolysereaktor bewegt, insbesondere höhenverstellt und/oder gedreht, wird.

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Wird die an den Pyrolysereaktor anschließende Austragungsreinrichtung für die Kohle gekühlt, ist die Qualität der hergestellten Kohle weiter erhöhbar. Zudem kann damit sichergestellt werden, dass sich diese Kohle bei anschließender Lagerung nicht mehr selbst entzünden und/oder dass eine feine Fraktion der Kohle gebunden werden kann.

Dies unter anderem auch dadurch, dass die Kohle bei ihrer Austragung abgeschreckt wird — beispielsweise mit Hilfe von Wasser (H20). Eine universelle Verwendbarkeit der hergestellten Kohle kann ermöglicht werden, wenn die Kohle bei der Austragung diesbezüglich funktionalisiert wird, Beispielsweise ermöglicht eine Abschreckung mit sauren Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, eine Anpassung des PH-Wertes sowie können beispielsweise pflanzliche Nährstoffe, im wesentlichen Stickstoff, Phosphor,

Kalium, durch entsprechende Flüssigkeiten bestmöglich in die Kohle eingebracht werden.

Zudem ist vorstellbar, diese Qualität, insbesondere an der inneren Oberfläche (BETOberfläche) weiter zu verbessern, indem beim Pyrolysieren des Brennstoffs dem Pyrolysereaktor Heißgas angereichert mit Wasserdampf und/oder mit einem Reduktionsmittel zugeführt wird.

Das Anfahren kann besonders effizient durchgeführt werden, wenn im Pyrolysereaktor eine unterstöchiometrische Reaktionsbedingung und in der Oxidationskammer eine stöchiometrische bis überstöchiometrische Reaktionsbedingung eingestellt wird.

Die Erfindung hat sich zudem die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, die das Anfahren des Pyrolysereaktors erleichtert, dennoch aber eine hohe Qualität der hergestellten Kohle sicherstellen kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 15.

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Mündet in den Pyrolysereaktor eine Frischluft führende Luftzuführung, die mit dem Pyrolysereaktor beim Anfahren des Pyrolysereaktors verbunden und dazu ausgebildet ist, Frischluft als Primärluft in den Pyrolysereaktor einzubringen, um den Brennstoff im Pyrolysereaktor zu verbrennen, kann damit ermöglicht werden, dass sich die hergestellte Kohle nahezu ausschließlich im Betriebszustand der direkten Pyrolyse im Gegenstromprinzip -also nach dem Betriebszustand des Anfahrens- bildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher reproduzierbar eine hohe Qualität der hergestellten Kohle sicherstellen. Außerdem ist das Vorsehen einer, eine Frischluft führenden Luftzuführung an der Vorrichtung vergleichsweise konstruktiv einfach zu lösen, was den Konstruktionsaufwand an der Vorrichtung reduzieren kann. Dies auch dahingehend, dass für das Anfahren keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen an der Vorrichtung vorgesehen werden müssen, um den Pyrolysereaktor und die Oxidationskammer auf Temperatur zu bringen.

Ist zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer eine Treibdüse, insbesondere Injektordüse, vorgesehen, kann ein Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer verbessert eingestellt werden. Zudem lassen sich hierzu bewegliche Teile vermeiden, was die Konstruktion vereinfachen kann.

Wird der Treibdüse Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft, zugeführt, kann damit Schweigas vom Pyrolysereaktor angesaugt werden. Außerdem kann diese erhöhte Luftmenge mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu einer turbulenten und somit guten Vermischung des Schwelgases und der Frischluft sorgen, was beispielsweise die Bildung von gasförmigen Schadstoffen, wie Kohlenstoffmonoxid (CO) und/oder Stickoxide (NOx) reduziert.

Eine vergleichsweise einfach konstruktive Lösung zum Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebszuständen kann sich an der Vorrichtung eröffnen, wenn der Pyrolysereaktor ein die Treibdüse überbrückendes und insbesondere am Deckel des Pyrolysereaktors angeordnetes, erstes Gasventil, insbesondere ein Drehtellerventil,

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aufweist. Außerdem kann dieses erste Gasventil zur Abreinigung der Treibdüse verwendet werden, wodurch die Standfestigkeit der Vorrichtung weiter erhöhbar ist.

Alternativ kann der Differenzdruck erzeugt werden, wenn nach der Oxidationskam-

mer ein Ventilator, insbesondere Verdichter, beispielsweise Hochtemperaturverdichter, vorgesehen ist.

Die Baugröße der Vorrichtung ist weiter verringerbar, wenn über dem Pyrolysereaktor die Oxidationskammer vorgesehen ist.

Umgibt der Gaskanal die Wand des Pyrolysereaktors zumindest abschnittsweise außen, ist es möglich, die Temperaturverteilung im Pyrolysereaktor zu vergleichmäßigen sowie Ablagerungen von den kondensierbaren Teilen des Schwelgases zu redu-

zieren, was den Fortschritt der Pyrolyse des Brennstoffs in engen Grenzen halten kann,

Eine Zufuhrmenge an Heißgas in den Pyrolysereaktor und/oder eine Austragungsmenge an ausgetragener Kohle aus dem Pyrolysereaktor kann -konstruktiv einfach gelöst- eingestellt werden, wenn der Pyrolysereaktor ein, insbesondere im Bereich des Bodens des Pyrolysereaktors vorgesehenes, zweites Ventil aufweist.

Vorzugsweise bildet ein beweglicher, beispielsweise höhenverstellbarer und/oder drehbarer, Rost im Pyrolysereaktor in Zusammenwirken mit mindestens einem anderen Teil des Pyrolysereaktors, vorzugsweise der Wand des Pyrolysereaktors, das zweite Ventil aus.

In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausfüh-

rungsvariante näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitansicht einer aufgerissen dargestellten Vorrichtung zur Herstellung von Kohle im Betriebszustand „Pyrolyse“,

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Fig. 2 die nach Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in abgerissener und vergrößerter Ansicht im Betriebszustand „Anfahren“ und ;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Pyrolysereaktor der Vorrichtung nach Fig. 1 im Betriebszustand „Anfahren“ bzw. „Reinigen“.

Nach den Figuren 1 bis 2 ist beispielsweise eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Kohle 2, nämlich Aktivkohle, dargestellt. Diese Vorrichtung 1 weist unter anderem einen Pyrolysereaktor 3, eine mit dem Pyrolysereaktor 3 verbundene Oxidationskammer 4 und einen Gaskanal 5 auf.

Bei der Herstellung von Kohle 2 aus stückigem Brennstoff 6 im Gegenstromprinzip befindet sich der Pyrolysereaktor 3 in einem Betriebszustand Pyrolyse, bei dem der Brennstoff 6 zu Kohle 2 direkt pyrolysiert wird. Hierbei wird dem Pyrolysereaktor 3 ein Heißgas 4.1 aus einer Oxidationskammer 4 zugeführt - und zwar über den Gaskanal 5, der an die Oxidationskammer 4 und an den Pyrolysereaktor 3 anschließt.

Der Betriebszustand Pyrolyse ist in Fig. 1 dargestellt. Das Heißgas 4.1 durchströmt den Pyrolysereaktor 3 im Gegenstromprinzip, da dieses Heißgas 4.1 im unteren Bereich des Pyrolysereaktors 3 einströmt. Das Heißgas 4.1 entsteht in der Oxidationskammer 4 durch Verbrennen eines Schwelgases 3.1 aus dem Pyrolysereaktor 3.

Vor dem Betriebszustand „Pyrolyse“, bei dem 400 bis 1000 Grad Celsius im Pyrolysereaktor 3 herrschen, muss der Pyrolysereaktor 3 angefahren werden. Mit dieser Temperatur kann eine vergleichsweise hohe Qualität bei der hergestellten Kohle erreicht werden. Vorzugsweise wird der Pyrolysereaktor auf 550 bis 850°C gehalten, um den Brennstoff 6 zu Kohle 2 direkt zu pyrolysieren.

Erfindungsgemäß ist der Betriebszustand „Anfahren“ dadurch gekennzeichnet, dass der in den Pyrolysereaktor 3 eingebrachte Brennstoff 6 unter Zufuhr von Frischluft 7 als Verbrennungsluft verbrannt wird, welcher Betriebszustand in Fig. 2 erkennbar ist.

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Die Frischluft 7 wird zumindest als Primärluft zugeführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren benötigt daher im Gegensatz zum Stand der Technik keinen zusätzlichen Brennstoff und/oder auch keinen zusätzlichen Brennraum. Zudem entstehen durch die vorzugsweise vollständige Verbrennung im Betriebszustand „Anfahren“ keine Pyrolysereste bzw. Brennstoffreste im Pyrolysereaktor 3 - was eine Kontaminierung der Kohle 2, hergestellt im Betriebszustand „Pyrolyse“ mit vergleichsweise engen Verfahrensparametern, vermeidet. Dies kann bei- . spielsweise erreicht werden, wenn zum Anfahren im Pyrolysereaktor 3 ein Verbrennungsluftverhältnis X von 0,3 bis 1,6, insbesondere 0,3 bis 0,9, eingestellt wird. Vorzugsweise wird zum Anfahren im Pyrolysereaktor 3 eine unterstöchiometrische Reaktionsbedingung mit einer Verbrennungsluftverhältnis A kleiner 1 eingestellt. Bei einem dazu niedrigeren Verbrennungsluftverhältnis A, beispielsweise 0,3 bis 0,5 und erhöhter Brennstoffbetthöhe kann zugleich die Bildung von Feinstaubemissionen, im wesentlichen Kalzium und Kaliumverbindungen, beim Anfahren auf ein Minimum re-

duziert werden, welches eine schadstoffarme Verbrennung des Brennstoffes ermöglicht.

Reproduzierbar kann sohin sichergestellt werden, dass die erfindungsgemäß hergestellte Kohle 2 eine besonders hohe Qualität aufweist.

Nach Fig. 1 ist zudem zu erkennen, dass der Pyrolysereaktor 3 außenmantelseitig mit Heißgas 4.1 umströmt wird. Dies stellt einen zusätzlichen Temperatureintrag in den Pyrolysereaktor 3 sowie eine Vergleichmnäßigung der Temperatur der Wand 12.1 des Pyrolysereaktors 3 sicher.

Wie im Vergleich der Figuren 1 und 2 zu erkennen, kann ein zweites Ventil 8, nämlich ein Rost 8.1 - im Ausführungsbeispiel ein Kegelrost - im Pyrolysereaktor 3 in der Höhe linear verstellt werden. Durch diese Höhenverstellung ist es möglich, zwischen den Betriebszuständen umzuschalten. So werden je nach dessen Höhenlage 9.1, 9.2 die Größe der Heißgasöffnung 10 und Austragungsöffnung 11 in der Wand 12.1 des Pyrolysereaktors 3 verändert bzw. geöffnet oder geschlossen. Auf diese Weise kann die

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Zufuhrmenge von Heißgas 4.1 eingestellt bzw. auch eine Austragung von Kohle 2 aus dem Pyrolysereaktor 3 ermöglicht werden - Letzteres besonders durch eine Drehung des Rosts 8.1. Die Vorrichtung 1 ist damit vergleichsweise handhabungsfreundlich und durch ihre spezielle Konstruktion auch standfest in jedem Betriebszustand. Wie in Fig. 2 näher dargestellt, bildet der Rost 8.1 den Boden 12.2 des Pyrolysereaktors 3 aus. ;

Jene bei der Pyrolyse und/oder Verbrennung entstehenden Ablagerungen im Pyrolysereaktor 3 werden im Betriebszustand „Reinigen“ durch Öffnen des ersten Gasventils 13, das beispielsweise den Deckel des Pyrolysereaktors 3 ausbildet, entfernt. In Fig. 3 ist das erste Gasventil 13 nicht vollständig geöffnet dargestellt, was aber der Fall sein kann.

Das erste Gasventil 13 schließt hierzu an den Gaskanal 5 an und kann damit im Gasstrom zur Oxidationskammer 4 die Injektordüse 14.1 vergleichsweise widerstandarm überbrücken. Durch das Öffnen des ersten Gasventils 13 strömt Heißgas 4.1 in den oberen Innenbereich des Pyrolysereaktors 3 ein und beseitigt zuverlässig Ablagerungen bzw. Pyrolysereste durch Temperaturanstieg in diesem Bereich. Das Gasventil 13 ist -konstruktiv einfach gelöst- als Drehtellerventil ausgeführt.

Das erste Gasventil 13 ist auch im Betriebszustand „Anfahren“ des Pyrolysereaktors 3 geöffnet, um die Verbrennungsgase 3.2 aus dem Pyrolysereaktor 3 widerstandsarm abzuführen und damit das Anfahren zu beschleunigen. Der Rost 8.1 verschließt in diesem Betriebszustand die Heißgasöffnungen 10 und Austragungsöffnungen 11.

Im Betriebszustand „Pyrolyse“ sorgt ein Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor 3 und Oxidationskammer 4 sowie Gaskanal 5 dafür, dass Heißgas 4.1 in den Pyrolysereaktor 3 nach dem Gegenstromprinzip einströmt.

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Erfindungsgemäß ist dieser Differenzdruck veränderbar (- nämlich einstellbar -), und zwar mit Hilfe einer Treibdüse 14. Diese Treibdüse 14 ist zwischen dem Pyrolysereaktor 3 und der Oxidationskammer 4 vorgesehen und verbindet diese in Form einer Injektordüse 14.1. Durch das Einblasen von Treibgas, nämlich Frischluft 7, saugt die Treibdüse 14 Schwelgas 3.1 vom Pyrolysereaktor 3 an und trägt dieses Schwelgas 3.1 in die Oxidationskammer 4 zur Verbrennung im Betriebszustand „Pyrolyse“ ein. Die Injektor-Geometrie kann zudem für eine gute Durchmischung von Verbrennungsund Pyrolysegasen sorgen und dazu besonders ausgebildet sein.

Im Weiteren gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren in den verschiedenen Betriebszuständen wie folgt:

Betriebszustand „Anfahren“:

Zum Anfahren der Vorrichtung wird der Pyrolysereaktor 3 im Betriebszustand „Anfahren“ betrieben. Dieser ist durch den Umwandlungsprozess Verbrennung gekennzeichnet. Hierzu wird der drehbare und höhenverlagerbare Rost 8.1 soweit gehoben, dass der Pyrolysereaktor 3 nach unten verschlossen ist. Zudem sind im Betriebszustand „Anfahren“ die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13 am oberen Ende des Pyrolysereaktors 3 geöffnet - wie dies in Fig. 3 erkannt werden kann.

Stückiger Brennstoff 6, beispielsweise Hackgut, Stroh, Laub, Heu etc. wird über eine Förderschnecke 15 in den Pyrolysereaktor 3 eingebracht, der anschließend auf den darunter angeordneten Rost 8.1 fällt. Es wird eine vorgegebenen Schütthöhe, beispielsweise ca. 2-5 cm, angestrebt. Der Brennstoff 6 wird durch eine nicht dargestellte Zündeinrichtung entzündet. Die für die Verbrennung nötige Primärluftmenge an Frischluft 7 wird durch eine nicht dargestellte Zuführeinrichtung über Öffnungen an der Unterseite des Pyrolysereaktors 3 zum Glutbett des Brennstoffs 6 gefördert. Die Verbrennungsgase 3.2 strömen im Pyrolysereaktor 3 nach oben und verlassen diesen durch die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13. Das erste Gasventil 13 ist durch eine drehbar angeordnete Scheibe mit Aussparungen und eine

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feststehende Scheibe aus feuerfestem Material (beispielsweise Cordierit) mit segmentförmigen Öffnungen ausgeführt. Dieses erste Gasventil 13 kann aber auch als Klappe etc. ausgeführt sein,

Im Pyrolysereaktor 3 wird ein Verbrennungsluftverhältnis A von ca. 0,3 bis 1,6, insbesondere 0,3 bis 0,9, eingestellt wird. Vorzugsweise ist eine unterstöchiometrische Reaktionsbedingung mit einer Verbrennungsluftverhältnis A kleiner 1 eingestellt. Die Verbrennungsgase 3.2 erhitzen den Pyrolysereaktor 3, die Treibdüse 14 sowie die Oxidationsbrennkammer 5. In der primären Oxidationsbrennkammer 5 ist eine nicht dargestellte Messung des Verbrennungsverhältnisses mit einer Breitbandlambdasonde vorgesehen, welche die Basis für die Regelung der Frischluft 7 darstellt.

Die heißen Verbrennungsgase 3.2 strömen im Ringspalt 5.1 zwischen Pyrolysereaktor 3 und Außengehäuse 16 der Vorrichtung 1 nach unten und verlassen diese durch die Öffnung in die anschließende sekundäre Verbrennungszone 17. In dieser findet die Nachverbrennung bei einer überstöchiometrischen Reaktionsbedingung mit einer Verbrennungsluftverhältnis \ von größer gleich 1, beispielsweise 1,1-1,5, statt.

Anschließend werden die Verbrennungsgase 3.2 im wassergeführten Rohrbündelwärmetauscher 18 abgekühlt und verlassen die Vorrichtung 1 durch ein nicht dargestelltes Saugzuggebläse in einen Kamin.

Im Betriebszustand „Anfahren“ kann zudem Treibgas, nämlich Frischluft 7, durch die Treibdüse 14 zugemischt werden. Die Treibgasmenge wird durch einen nicht darge-

stellten Luftregelkasten geregelt oder eingestellt.

Erfindungsgemäß kann durch den Betriebszustand „Anfahren“ auf eine externe Zündvorrichtung mit Leistungen >1500W wie z. B. Gasbrenner, etc. verzichtet werden.

Betriebszustand „Pyrolyse“:

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Steigt im Betriebszustand „Anfahren“ die Temperatur der Oxidationskammer 4 auf über die Selbstzündungstemperatur des Schwelgas/Luft-Gemisches an, kann in den Betriebszustand „Pyrolyse“ umgeschaltet werden. Bei dieser ist nämlich die Temperatur für eine Selbstzündung des Schwelgases 3.1 in der Oxidationskammer 4 erreicht, wodurch in der Oxidationskammer 4 Heißgas 4.1 erzeugt werden kann,

Für diesen Umschaltvorgang ist es vorzugsweise nötig, die Schütthöhe an Brennstoff 6 im Pyrolysereaktor 3 zu erhöhen, beispielsweise auf Höhe der Schnecke 15. Während des Füllvorganges des Pyrolysereaktors 3 wird die Treibgasmenge der Treibdüse 14 sukzessive erhöht, die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13 geschlossen, der Rost 8.1 nach unten gefahren und dabei die Menge an Frischluft 7 beim Rost 8.1 kontinuierlich vermindert.

Durch die erhöhte Treibgasmenge des Treibgases stellt sich ein Differenzdruck im Bereich von 0,1-10 mbar zwischen dem Pyrolysereaktor 3 und der Oxidationskammer 4 ein. Dieser Differenzdruck treibt eine Strömung des Heißgases 4.1 aus der Oxidationskammer 4 nach unten, durch eine ringförmige Heißgasöffnungen 10 bzw. Austragungsöffnungen 11 im Pyrolysereaktor 3 an. Das Heißgas 4.1 mit einer Temperatur von 700 bis 1200 Grad Celsius begründet bei der Durchströmung des Brennstoffs 6 im Gegenstrom dessen Erwärmung unter Luftabschluss auf etwa 500-850 Grad Celsius, was den Brennstoff 6 zu Kohle 2 direkt pyrolysiert.

Die dabei entweichenden teerhaltigen Schwelgase werden durch die Treibdüse 14 an der Brennstoffbettoberfläche abgesaugt und innerhalb der Treibdüse 14 mit einem Treibgas, nämlich Frischluft 7, vermischt - und verbrennen anschließend in der Oxidationskammer 4 unter turbulenten Bedingungen bei 800 bis 1350 Grad Celsius, was fortlaufend erfolgt.

16/01/2019 17:39 Nr.: R348 L1 P.015/024

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Durch Drehbewegung des Rosts 8.1 fällt die Kohle 2 auf die, vorzugsweise wassergekühlte, Austragungseinrichtung 19 und wird durch, nicht dargestellte Wischerblätter, welche an der Unterseite angebracht sind, in die darunter horizontal liegende Austragungsschnecke geschoben.

Zur Kühlung der noch heißen Kohle 2 können die weiteren Bauteile wassergekühlt ausgeführt und/oder die Kohle 2 direkt mit Wasser besprenkelt werden. Anschließend wird ein beliebiges Fördersystem mit gasdichtem Verschluss (Zellradschleuse, Klappensystem, Schieber) verwendet.

Betriebszustand „Reinigung“:

Mit fortlaufender Betriebsdauer kann sich beispielsweise Teer ablagern. Diese Ablagerungen können zu Geometrieveränderungen an der Injektordüse 14.1 und in Folge dessen zu Funktionsstörungen führen. Zur Entfernung dieser Ablagerungen werden diese durch Öffnen des ersten Gasventils 13 entfernt. In Fig. 3 sind die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13 nicht vollständig geöffnet dargestellt, wobei dies aber selbstverständlich der Fall sein kann. Durch das Öffnen des ersten Gasventils 13 kann Heißgas von der Oxidationskammer 4 in den Pyrolysereaktor 3 direkt einströmen und solche Ablagerungen entfernen.

Nach dieser Reinigung wird das erste Gasventil 13 bzw. seine Rezirkulationsöffnungen 13.1 geschlossen und die Vorrichtung 1 kann im Betriebszustand „Pyrolyse“ weiterarbeiten.

16/01/2019 17:40 Nr.: R348 L1 P.016/024

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kohle (2), insbesondere Aktiv- und/oder Pflanzenkohle, aus, vorzugsweise stückigem, Brennstoff (6) im Gegenstromprinzip, bei dem der Brennstoff (6) in einen Pyrolysereaktor (3) eingebracht und zu Kohle (2) direkt pyrolysiert wird, indem dem Pyrolysereaktor (3) ein Heißgas (4.1) aus einer Oxidationskammer (4) zugeführt wird, welches Heißgas (4.1) sich in der Oxidationskammer (4) durch Verbrennung eines Schwelgases (3.1) aus dem Pyrolysereaktor (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren des Pyrolysereaktors (3) dessen eingebrachter Brennstoff (6) unter Zufuhr von Frischluft (7) verbrannt wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißgas (4.1) aufgrund eines veränderbaren Differenzdrucks zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) in den Pyrolysereaktor (3) strömt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) durch eine, insbesondere zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) vorgesehene, Treibdüse (14), insbesondere Injektordüse (14.1), eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüse (14) Schwelgas (3.1) des Pyrolysereaktors (3) durch Einblasen von Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft (7), ansaugt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (3) ein die Treibdüse (14) überbrückendes erstes Gasventil (13), insbesondere ein Drehtellerventil, aufweist, das beim Anfahren oder zur Abreinigung des Pyrolysereaktors (3) geöffnet wird.

16/01/2019 17:40 Nr.: R348 L1 P.017/024

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) durch einen, insbesondere nach der Oxidationskammer (4) vorgesehenen, Ventilator, insbesondere Verdichter, eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oberhalb des Pyrolysereaktors (3) vorgesehenen Oxidationskammer (4) das Schwelgas (3.1) des Pyrolysereaktors (3) zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereak-

tor (3) außenmantelseitig mit HeiRgas (4.1) zumindest abschnittsweise umströmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhrmenge an Heißgas (4.1) in den Pyrolysereaktor (3) und/oder eine Austragungsmenge von Kohle (2) aus dem Pyrolysereaktor (3) über ein zweites Ventil (8) des Pyrolysereaktors (3) eingestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rost (8.1) im Pyrolysereaktor (3) das zweite Ventil (8) ausbildet, welcher Rost (8.1) hierfür im Pyrolysereaktor (3) bewegt, insbesondere höhenverstellt und/oder gedreht, wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Pyrolysereaktor (3) anschließende Austragungsreinrichtung (19) für die Kohle (2) gekühlt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle (2) bei ihrer Austragung abgeschreckt und/oder funktionalisiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Pyrolysieren des Brennstoffs (6) dem Pyrolysereaktor (3) Heißgas (4.1) angereichert mit Wasserdampf und/oder mit einem Reduktionsmittel zugeführt wird.

16/01/2019 17:41 Nr.: R348 L1 P.018/024

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14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren im Pyrolysereaktor (3) eine unterstöchiometrische Reaktionsbedingung und in der Oxidationskammer (4) eine stöchiometrische bis überstöchiometrische Reaktionsbedingung eingestellt wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einem Pyrolysereaktor (3), mit einer Oxidationskammer (4) und mit einen an die Oxidationskammer (4) anschließenden Gaskanal (5), der über ein einstellbares zweites Ventil (8) in den Pyrolysereaktor (3) mündet, um bei einer Offenstellung des zweiten Ventils (8) einen Brennstoff (6) im Pyrolysereaktor (3) mit Heißgas (4.1) der Oxidationskammer (4) direkt zu pyrolysieren, wobei in den Pyrolysereaktor (3) eine Frischluft (7) führende Luftzuführung mündet, die mit dem Pyrolysereaktor (3) beim Anfahren des Pyrolysereaktors (3) verbunden und dazu ausgebildet ist, Frischluft (7.1) als Primärluft in den Pyrolysereaktor (3) einzubringen, um den Brennstoff im Pyrolysereaktor (3) zu verbrennen. ;

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen PyroIysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) eine Treibdüse (14), insbesondere Injektordüse (14.1), vorgesehen ist, um einen Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) einzustellen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibdüse (14) Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft (7), zugeführt wird, um Schwelgas (3.1) vom Pyrolysereaktor (3) anzusaugen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (3) ein die Treibdüse (14) überbrückendes und insbesondere am Deckel (3.1) des Pyrolysereaktors (3) angeordnetes, erstes Gasventil (13), insbesondere ein Drehtellerventil, aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Oxidationskammer (4) ein Ventilator, insbesondere Verdichter, vorgesehen ist.

16/01/2019 17:42 Nr.: R348 L1 P.019/024

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20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Pyrolysereaktor (3) die Oxidationskammer (4) vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (5) die Wand (12.1) des Pyrolysereaktors (3) zumindest. abschnittsweise außen umgibt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (3) ein, insbesondere im Bereich des Bodens (12.2) des Pyrolysereaktors (3) vorgesehenes, zweites Ventil (8) zum Einstellen einer Zufuhrmenge an Heißgas (4.1) in den Pyrolysereaktor (3) und/oder einer Austragungsmenge an Kohle (2) aus dem Pyrolysereaktor (3) aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein beweglicher, insbesondere höhenverstellbarer und/oder drehbarer, Rost (8.1) im Pyrolysereaktor (3) im Zusammenwirken mit mindestens einem anderen Teil des Pyrolysereaktors (3), vorzugsweise der Wand (12.1) des Pyrolysereaktors (3), das zweite Ventil (8) ausbildet.

16/01/2019 17:42 Nr.: R348 L1 P.020/024