AT526788B1

AT526788B1 - Pyrolyseanlage

Info

Publication number: AT526788B1
Application number: ATA60096/2023A
Authority: AT
Inventors: Hackl Dipl -Ing Dr Andreas; Illecker Peter; Wolf Dipl -Ing Dr Techn Sven
Original assignee: Next Generation Elements Gmbh
Priority date: 2023-06-05
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2024-07-15
Also published as: AT526788A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pyrolyseanlage welche eine beheizbare Reaktorkammer (2) und eine in der Reaktorkammer angeordnete Spiralförderschnecke (3) umfasst, sowie eine unterhalb der Spiralförderschnecke (3) angeordnete Austragungsöffnung (5) die zu einer Austragungsschnecke (6) führt. Im Bereich der Austragungsöffnung (5) ist der minimale Abstand (7) zwischen jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich in der Reaktorkammer (2) drehende Spiralförderschnecke (3) durchstreicht, und jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich drehende Austragungsschnecke (6) durchstreicht, maximal gleich groß wie 10 Prozent des Durchmessers jenes denkbaren Kreiszylinders mit größtmöglichem denkbaren Durchmesser, welcher bei vertikal ausgerichteter Achse durch ausschließlich axiale Bewegung durch die Austragungsöffnung (5) durchführbar ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Pyrolyseanlage, welche einen Pyrolysereaktor umfasst, der eine beheizbare Reaktorkammer und eine in der Reaktorkammer angeordnete Spiralförderschnecke umfasst.

[0002] Die Schriften AT 522051 B1 und DE 2457546 A1 zeigen Anlagen zum Aufbereiten und Wiederverwerten von Kunststoffmaterialen, wobei die Anlagen zwei Förderstrecken aufweisen, welche in horizontaler Richtung fördern und in welchen zumindest abschnittsweise mittels Spiralförderschnecken gefördert wird. Im ersten Förderabschnitt wird das Kunststoffmaterial zerkleinert und durchmischt, im zweiten Förderabschnitt wird das Kunststoffmaterial verdichtet und bis zur Plastifizierung erhitzt. Die beiden Förderschnecken sind im rechten Winkel zueinander ausgerichtet. Am Übergangsbereich zwischen den beiden Förderstrecken sind die jeweils eine Förderschnecke umschließenden beiden Kammern zueinander offen, und die zweite Förderschnecke verläuft unterhalb der erster. Förderschnecke hindurch. Die Rotationsachsen der beiden Förderschnecken haben am UÜbergangsbereich einen kleineren Abstand zueinander als die Summe der Radien der beiden Förderschnecken in jenen Längsbereichen der Förderschnecken betragt, an denen sich diese nicht überkreuzen. Durch Zusatzmaßnahmen wird erreicht, dass die beiden Förderschnecken nicht miteinander kollidieren.

[0003] Gattungsgemäße Pyrolyseanlagen zeigen beispielsweise die DE 10 2018 132 082 A1 und die CN 204676034 U. Die jeweilige Reaktorkammer hat etwa die Form eines mit horizontaler Achsrichtung angeordneten Rohres. In der Reaktorkammer verläuft entlang der Achsrichtung des gedachten Rohres eine Spiralförderschnecke. Bestimmungsgemäß wird zu pyrolysierendes Material an dem bezüglich der Förderrichtung der Spiralförderschnecke flussaufwärts befindlichen Ende der Reaktorkammer in diese eigebracht, dann als sogenanntes Pyrolysegut durch die Spiralförderschnecke entlang der Reaktorkammer in horizontaler Richtung verschoben, wobei es durch Pyrolyse chemisch aufgespalten wird und gasförmige Komponenten entweichen. Der gegen Ende der Fördertrecke noch vorhandene idealerweise krümelige Anteil des Pyrolysegutes wird bestimmungsgemäß nach unten hin aus der Reaktorkammer ausgebracht. Dazu weist die unterhalb der Spiralförderschnecke liegende Bodenfläche der Reaktorkammer nahe an dem bezüglich der Förderrichtung der Spiralförderschnecke flussabwärts liegenden Ende eine des weiterer. "Austragungsöffnung" genannte Öffnung auf, von welcher aus ein Schacht vertikal weiter nach unten führt. Das untere Ende des Schachtes mündet in den Anfangsbereich der Förderstrecke einer weiteren Spiralförderschnecke, welche des Weiteren als "Austragungsschnecke" bezeichnet wird. Bestimmungsgemäß fällt der am Ende der Förderung durch die Reaktorkammer noch vorhandene krümelige Anteil des Pyrolysegutes durch die Austragungsöffnung und den an diese anschließenden Schacht in die Förderstrecke der Austragungsschnecke und wird während des Wegförderns durch die Austragungsschnecke abgekühlt. In dem Schacht kann ein Trennschieber oder ein Rüttelsieb angeordnet sein. Bisher wurde davon abgesehen, die in der Pyrolysekammer angeordnete Förderschnecke und. die Austragungsschnecke am Bereich der Austragungsöffnung nahe aneinander anzuordnen. Es wurde befürchtet, dass die Austragungsschnecke extrem robust, und damit sehr teuer ausgeführt werden müsste, um den damit verbundenen Hitzebeanspruchungen dauerhaft standhalten zu können.

[0004] Ein Nachteil der beschriebenen Pyrolyseanlagen besteht darin, dass es sehr leicht zum Materialstau im Schacht unterhalb der Austragungsöffnung kommt. Um solches zu vermeiden müssen Zusammensetzung, Menge pro Zeit und Konsistenz des der Pyrolyse zuzuführenden Materials in sehr eng vorgegebenen Grenzen gehalten werden, und die Prozessführung der Pyrolyseanlage muss sehr strikt geregelt werden. Andernfalls würde zu stark klebriges oder anbackendes Pyrolysegut an den Wänden des von der Austragungsöffnung nach unten führenden Schachtes kleben bleiben, und den Schacht verstopfen. Derartiges führt zu teuren Stillstandzeiten und Wartungsarbeiten.

[0005] Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, an einer Pyrolysekammer in welcher Feststoffe aufweisendes Pyrolysegut durch eine Förderstrecke mit horizontaler Rich-

tungskomponente bewegt wird, die Austragung gegenüber der in den genannten Schriften gezeigten Bauweise derart verbessert auszubilden, dass die Gefahr von Verstopfungen maßgeblich verringert wird.

[0006] Für das Lösen der Aufgabe wird von den Bauweisen gemäß den vorbesprochenen Dokumenten das Prinzip übernommen, dass die Reaktorkammer unterhalb der Spiralförderschnecke eine Austragungsöffnung aufweist, welche zu einer Austragungsschnecke führt, deren Förderstrecke eine horizontale Richtungskomponente aufweist und von der Reaktorkammer weg führt, und dass in der zur Austragungsschnecke gehörenden Förderstrecke eine Abkühlung des geförderten Materials gegenüber der in der Reaktorkammer herrschenden Temperatur stattfindet.

[0007] Als erfindungsgemäße Weiterentwicklung zu diesem Prinzip wird vorgeschlagen, im Bereich der Austragungsöffnung den minimalen Abstand zwischen jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich in der Reaktorkammer drehende Spiralförderschnecke durchstreicht, und jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich drehende Austragungsschnecke durchstreicht, maximal gleich groß auszubilden wie 10 Prozent des Durchmessers des denkbarer Kreiszylinders mit größtmöglichem denkbaren Durchmesser, welcher bei vertikal ausgerichteter Achse durch ausschließlich axiale Bewegung durch die Austragungsöffnung durchführbar ist.

[0008] Durch die erfinderische Maßnahme wird erreicht, dass eine Materialbrücke, welche die Austragungsöffnung überbrücken und damit verstopfen wurde, zehn oder mehr mal länger sein müsste als sie an ihrer dünnsten Stelle hoch sein kann. Es ist praktisch so gut wie unmöglich dass sich eine derart schlanke Brücke unter den Bedingungen an der Reaktorkammer aus dem dort vorhandenen Material - brennend heißes Pyrolysegut - bildet. Damit es so gut wie unmöglich, dass der Austragungsbereich verstopft.

[0009] Entgegen vorherrschender anderer Annahmen hat sich gezeigt, dass durch das Kühlen der Austragungsschnecke und/oder durch Vermeidung von Gasfluss aus der Pyrolysekammer in den Bereich der Austragungsschnecke - durch Aufrechterhaltung eines leichten Unterdrucks in der Pyrolysekammer typischerweise durch Absaugung von Gasen an anderen Öffnungen aus der Pyrolysekammer -, die Überhitzung der Austragungsschnecke auf kostengünstige und sichere Weise so gut vermieden werden kann, dass es nicht zu den befürchteten Schädigungen an der Austragungsschnecke kommt auch wenn diese nicht sehr hitzebeständig ausgeführt ist.

[0010] Eine allfällig wünschenswerte Vorrichtung zur wahlweisen Strömungstrennung zwischen Reaktorraum und Umgebungsluft - beispielsweise ein Trennschieber -, Kann erforderlichenfalls nach dem Ende der Förderstrecke der Austragungsschnecke angebracht werden.

[0011] Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen veranschaulicht.

[0012] Fig. 1: zeigt stark stilisiert in seitlicher Teilschnittansicht die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer ersten bespielhaften erfindungsgemäßen PyroIyseanlage.

[0013] Fig. 2: zeigt in gleicher Weise wie Fig. 1 Teile einer zweiten bespielhaften erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage.

[0014] Zentraler Teil der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten beispielhaften erfindungsgemäßen PyroIyseanlagen ist der Pyrolysereaktor 1, dessen wichtigste Teile eine beheizbare Reaktorkammer 2 und eine darin angeordnete Spiralförderschnecke 3 sind. Im bestimmungsgemäßen Betrieb ist die Reaktorkammer 2 stark beheizt - typischerweise auf Temperaturen in der Größenordnung von 500 °C. Zu pyrolysierendes Material - beispielsweise granuläre, überwiegend organische Reststoffe - wird durch die Zufuhröffnung 4 an den Anfangsbereich der Förderstrecke der Spiralförderschnecke 3 in die Reaktorkammer 2 eingeben und dann als sogenanntes Pyrolysegut durch die Spiralförderschnecke 3 in der Reaktorkammer 2 entlang geschoben und dabei pyrolysiert. Durch das Pyrolysieren finden im Pyrolysegut chemische und physikalische Umwandlungsprozesse statt, als deren Folge noch innerhalb der Reaktorkammer 2 gasförmige Materialanteile aus dem Pyrolysegut entweichen. Die Konsistenz des verbleibenden, nicht gasförmigen Teils des Pyrolysegutes kann von flüssig über fest-flüssige Mischungen bis zu trocken krümelig variieren

und mehr oder minder stark klebrig und/oder thixotrop sein. Bei sehr vielen derzeitigen Anwendungsfällen ist dieser Rest letztendlich eine krümelige Kohle - die sogenannte Pyrolysekohle.

[0015] Der Anteil an Pyrolysegut, welcher letztendlich nicht als Gas _entweicht, wird durch die Spiralförderschnecke 3 bis zu der Austragungsöffnung 5, welche eine Öffnung in der Bodenfläche der Reaktorkammer 2 ist, geschoben und fällt durch diese hindurch nach unten in die Förderstrecke einer weiteren Spiralförderschnecke, der sogenannten Austragungsschnecke 6. Die Förderstrecke der Austragungsschnecke 6 verläuft also zumindest im Nahbereich der Austragungsöffnung 5 unterhalb der durch die Reaktorkammer 2 gebildeten Förderstrecke der Spiralförderschnecke 3. Durch die Austragungsschnecke 6 wird das aus der Reaktorkammer 2 herausgefallene Pyrolysegut von der Reaktorkammer 2 zumindest mit horizontaler Richtungskomponente weg transportiert. Im Bereich der Förderstrecke der Austragungsschnecke 6 wird das dort befindliche Pyrolysegut abgekühlt, typischerweise auf Temperaturen unterhalb 300°C.

[0016] Gemäß dem erfindungsgemäßen Merkmal ist im Bereich der Austragungsöffnung 5 der minimale Abstand zwischen jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich in der Reaktorkammer drehende Spiralförderschnecke 3 durchstreicht, und jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich drehende Austragungsschnecke 6 durchstreicht, maximal gleich groß wie 10 Prozent des Durchmessers des denkbaren Kreiszylinders mit größtmöglichem denkbaren Durchmesser, welcher bei vertikal ausgerichteter Achse durch ausschließlich axiale Bewegung durch die Austragungsöffnung 5 durchführbar ist.

[0017] Am Beispiel gemäß Fig. 1 ist der besagte Abstand zwischen den beiden besagten kleinstmöglichen denkbaren rotationssymmetrischen Volumenbereichen gleich dem Abstand 7 welcher im Bereich der Austragungsöffnung 5 der minimale Radialabstand 7 zwischen den Bereichen maximalen Durchmessers sowohl der Spiralförderschnecke 3 in der Reaktorkammer 2 als auch der Austragungsschnecke 6 ist.

[0018] Der besagte Durchmesser des besagten denkbaren Kreiszylinders mit größtmöglichem denkbaren Durchmesser der bei besagter Bewegung noch durch die Austragungsöffnung 5 passt, ist gemäß Fig. 1 gleich dem Maß der Öffnungsweite 8 der Austragungsöffnung 5. Mit "Öffnungsweite" 8 ist in diesem Fall die kleinere Querschnittsflächenabmessung der beispielhaft als rechteckig ausgebildeten horizontalen Querschnittsfläche der Austragungsöffnung 5 angenommen.

[0019] Gemäß der erfindungsgemäßen Regel muss also am Beispiel gemäß Fig. 1 die Öffnungsweite 8 mindestens zehnmal so groß sein wie der Abstand 7. Bei den derzeit am häufigsten für die Pyrolyse in Pyrolyseanlagen der besprochenen Art vorgesehenen Materialen ist eine Verstopfung der Anlage im Bereich der Austragungsöffnung 5 bei diesem kleinen Verhältnis des besagten Radialabstandes 7 zur besagten Offnungsweite 8 unmöglich, da allfällige sich bildende Anhaftungen an den die Austragungsöffnung 5 begrenzenden Wänden durch nachgeschobenes Pyrolysegut immer wieder abgerieben werden, bevor die Anhaftungen die Austragungsöffnung 5 zur Gänze verschließen können.

[0020] Fig. 2 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Bauweise einer Pyrolyseanlage 1, bei welcher es auch bei deutlich problematischerem Pyrolysegut als es derzeit üblicherweise vorkommt, zu keinen Verstopfungen im Bereich der Austragungsöffnung 5 kommen kann.

[0021] Am Beispiel gemäß Fig. 2 haben die beiden besagten kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereiche, welche durch die Spiralförderschnecken 3, 6 bei deren jeweiliger Drehbewegung um ihre Rotationsachsen durchglitten werden, überhaupt keinen Abstand zueinander; ganz im Gegenteil dazu überlappen sich diese Volumenbereiche sogar um das Maß 9. Im Sinne der weiter oben formulierten Regel ist das dort definierte Abstandsmaß - welches in Fig. 1 die Positionsnummer 7 hat - damit als negativ anzusehen. Sofern überhaupt eine Austragungsöffnung 5 vorhanden ist, ist dieses Abstandsmaß damit auf jeden Falls kleiner als ein Zehntel der Offnungsweite der Austragungsöffnung 5, da es als negativ anzusehen ist.

[0022] Bauweisen bei denen sich - wie in Fig. 2 skizziere - die Volumen der kleinstmöglichen

denkbaren Rotationskörper die durch die beiden Spiralförderschnecken 3, 6 bei deren jeweiliger Drehbewegung durchschritten werden, überlappen, können in der Praxis durchaus funktionieren ohne dass die beiden Spiralförderschnecken 3, 6 miteinander kollidieren. Im einfachsten Fall haben die beiden Spiralförderschnecken 3, 6 dazu genau die gleiche Drehzahl und sie sind bezüglich der jeweiligen Phase ihrer Drehungen genau aufeinander abgestimmt sodass es zu keiner Kollision kommt. Die diesbezüglichen Einstellungen können mit den derzeit üblichen CAD-Programmen einfach durch Simulation ausprobiert und optimiert werden. Die beiden besagten durchstrichenen Volumen können dann besonders weit überlappend ausgebildet sein, wenn die beiden Spiralförderschnecken gleichen Durchmesser haben und wenn die Umfangsgeschwindigkeiten an den radial ganz außen liegenden Bereichen gleich den Vorschubgeschwindigkeiten sind. Eine derartige Ausbildung kann allerdings für die Fördereigenschaften der jeweiligen Spiralförderschnecke unvorteilhaft sein.

[0023] Um im Bereich der Austragungsöffnung 5 eine besonders hohe Überlappung jener kleinstmöglichen denkbaren rotationssymmetrischen Volumenbereiche, welche durch die beiden Spiralförderschnecken 3, 6 durchstrichen werden zu erreichen, ohne dabei die Förderwirkungen der beiden Spiralförderschnecken zu sehr nachteilig verändern zu müssen, kann die Steigung des Schneckengewindes von einer oder beiden Spiralförderschnecken 3, 6 in dem an der der Austragungsöffnung 5 befindlichen Längsbereich anders ausgebildet sein, als an anderen Längsbereichen der jeweiligen Spiralförderschnecke 3, 6.

[0024] Zu dem gleichen Zweck kann auch der Durchmesser des Schneckengewindes von einer oder beiden Spiralförderschnecken 3, 6 in dem an der der Austragungsöffnung 5 befindlichen Längsbereich anders ausgebildet sein, als an anderen Längsbereichen der jeweiligen Spiralförderschnecke 3, 6.

[0025] Sehr einfach und bezüglich Verstopfungsvermeidung sehr wirkungsvoll ist. es, den Durchmesser der gänzlich in der Reaktorkammer befindlichen Spiralförderschnecke 3 in dem an der Austragungsöffnung befindlichen Längsbereich der Spiralförderschnecke 3 kleiner als im überwiegenden Längsbereich dieser Spiralförderschnecke 3 auszubilden, und den dadurch vom Durchstreichen durch die Spiralförderschnecke 3 freigehaltenen Volumenbereich mit jenem Volumenbereich zu überlappen, welchen die Austragungsschnecke 6 während ihrer Drehbewegung durchstreicht.

[0026] Gemäß einer bezüglich Verstopfungsvermeidung hoch wirksamen, aber dafür etwas komplexeren Bauweise sind die besagten durch die Spiralförderschnecken 3, 6 bei deren Drehbewegung durchstrichenen Volumenbereiche zwar einander überlappend angeordnet, aber die die Drehzahlen der beiden Spiralförderschnecken 3, 6 sind nicht zueinander gleich. Damit es zu keinen Kollisionen kommt stehen die Drehzahlen der beiden Spiralförderschnecken 3, 6 zueinander, in einem ganzzahligen Verhältnis, und an einzelnen oder beiden Schneckenwendeln sind dort Ausnehmungen angebracht, wo es ohne diese Ausnehmungen zu Kollisionen zwischen den Schneckenwendeln kommen würde.

Claims

Patentansprüche

1. Pyrolyseanlage, welche einen Pyrolysereaktor (1) umfasst, der eine beheizbare Reaktorkammer (2) und eine in der Reaktorkammer angeordnete Spiralförderschnecke (3) umfasst, wobei die Spiralförderschnecke (3) dazu vorgesehen ist, Pyrolysegut in der Reaktorkammer (2) mit horizontaler Richtungskomponente zu verschieben, wobei die Reaktorkammer (2) unterhalb der Spiralförderschnecke (3) eine Austragungsöffnung (5) aufweist, welche zu einer Austragungsschnecke (6) führt, deren Förderstrecke eine horizontale Richtungskomponente aufweist und von der Reaktorkammer (2) weg führt, und wobei in der zur Austragungsschnecke (6) gehörenden Förderstrecke eine Abkühlung des geförderten Materials gegenüber der in der Reaktorkammer (2) herrschenden Temperatur stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Austragungsöffnung (5) der minimale Abstand (7) zwischen jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich in der Reaktorkammer (2) drehende Spiralförderschnecke (3) durchstreicht, und jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich, welchen die sich drehende Austragungsschnecke (6) durchstreicht, maximal gleich groß ist, wie 10 Prozent des Durchmessers jenes denkbaren Kreiszylinders mit größtmöglichem denkbaren Durchmesser, welcher bei vertikal ausgerichteter Achse durch ausschließlich axiale Bewegung durch die Austragungsöffnung durchführbar ist.

2, Pyrolyseanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der gänzlich in der Reaktorkammer befindlichen Spiralförderschnecke (3) in dem an der Austragungsöffnung (5) befindlichen Längsbereich der Spiralförderschnecke (3) kleiner als im überwiegenden Längsbereich dieser Spiralförderschnecke (3) ist, und dass sich der durch diese Maßnahme vom Durchstreichen durch die Spiralförderschnecke (3) freigehaltene Volumenbereich mit jenem kleinstmöglichen Volumenbereich überlappt, welchen die Austragungsschnecke (6) während ihrer Drehbewegung durchstreicht.

3. Pyrolyseanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der kleinstmögliche rotationssymmetrischen Volumenbereich welcher durch die Spiralförderschnecke (3) bei deren Drehbewegung um ihre Achse durchstrichen wird, mit jenem kleinstmöglichen rotationssymmetrischen Volumenbereich überlappt, welcher durch die Austragungsschnecke (6) bei deren Drehbewegung um ihre Achse durchstrichen wird.

4. Pyrolyseanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Spiralförderschnecke (3) gleich der Drehzahl der Austragungsschnecke (6) ist.

5. Pyrolyseanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Spiralförderschnecke (3) und die Drehzahl der Austragungsschnecke (6) in einem ganzzahligen, von 1 verschiedenen Zahlenverhältnis zueinander stehen, und dass an einzelnen oder beide der Schneckenwendel der Spiralförderschnecke (3) und/oder der Austragungsschnecke (6) Ausnehmungen aufweisen durch welche Kollision zwischen den beiden Schneckenwendeln vermieden wird.

6. Pyrolyseanlage der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralförderschnecke (3) und/oder die die Austragungsschnecke (6) in ihrem im Nahbereich der Austragungsöffnung (5) liegenden axialen Längsbereich eine andere Steigung und/oder einen anderen Durchmesser aufweist, als im überwiegenden Bereich ihrer axialen Längserstreckung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen