CH685431A5

CH685431A5 - Verfahren und Vorrichtung zur gesteuerten Reduktion von organischem Material.

Info

Publication number: CH685431A5
Application number: CH3001/93A
Authority: CH
Inventors: Charles Leslie Emery
Original assignee: Emery Microwave Management Inc
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1995-07-14
Also published as: HK1006949A1; EP0626871B1; ES2072829A1; NZ246544A; ES2072829B1; JPH08501016A; HU9402241D0; FI943558A; NO307502B1; DK0626871T3; DE69310151T2; HU216244B; BG61435B1; AU669873B2; SK91794A3; CA2129135A1; DE69310151D1; HUT67576A; PL171655B1; GR3024194T3

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion von organischer Materie unter Verwendung von Mikrowellenstrahlung.

Es gibt eine grosse Zahl von Fällen auf zahlreichen verschiedenen Gebieten, bei denen es erwünscht ist, organische Materie zu reduzieren. Solche Anforderungen können z.B. beim Verarbeiten von Rohmaterialien, wie beispielsweise bei der Extraktion von Öl aus Ölschiefer oder bei der Behandlung von Abfällen auftreten.

Die Kategorie der Abfallbehandlung ergibt sich bei einer unendlich grossen Anzahl von Situationen. Das kann z.B. dadurch bedingt sein, dass die nützliche Lebensdauer eines Pruduktes abgelaufen ist. Beispielsweise bestehen sehr grosse Mengen abgelaufener Fahrzeugreifen. Solcher Abfall kann aber auch aus normalen industriellen Prozessen entstehen. Schlamm und Pulpe aus Raffinerien sind ein Beispiel hierfür. Abwässer und Müll kommunaler Herkunft sind weitere Quellen für grosse Mengen organischer Abfälle.

Je nach der Art der Abfälle verlangen verschiedene Betrachtungen eine Behandlung derselben. Kommunale Abwässer, beispielsweise, sind ein Risiko für die Gesundheit und die Umwelt und ihre Giftigkeit muss neutralisiert werden. Im Fall von abgelaufenen Fahrzeugreifen ist ein erstrebenswertes Ziel die Wiederverwendung der erheblichen Mengen, insbesondere von Öl und Russ, welche Hauptkomponenten solcher Reifen sind.

Die Behandlung verschiedener dieser Abfallgattungen, z.B. durch Verbrennen, führt ihrerseits zu Problemen der Umweltbelastung.

Es besteht daher ein steter Bedarf an wirksameren Methoden zur Behandlung und zum Rezyklieren von organischem Material.

Vor diesem Hintergrund ist die vorliegende Erfindung auf die Verwendung von Mikrowellenenergie in einem Verfahren und einer Vorrichtung gerichtet, die ganz allgemein auf einen weiten Bereich organischer Materien anwendbar ist.

Stand der Technik

Dem Anmelder ist keine bisherige Verwendung von Mikrowellenenergie bei der Behandlung organischer Materien zum Zwecke einer nicht-pyro-lytischen Reduktion bekannt. Das kanadische Patent Nr. 1 158 432, veröffentlicht am 13. Dezember 1983, Anmelder Tiliitt, schlägt die Verwendung von Mikrowellenenergie zum Trocknen von losem Material, beispielsweise von Körnern vor. Das Patent bietet keine Hilfe für die vorerwähnten Reduktionsprobleme.

US-Pat. 4 123 230, erteilt am 31. Oktober 1978, Anmelder Kirkbride, schlägt die Verwendung mehrerer Wellenquellen vor. Diese sind jedoch zur Erzeugung von Mikrowellen unterschiedlicher Frequenzen bestimmt. Diese Patentschrift enthält keinen Hinweis auf ein Bündeln oder auf die Bildung eines gleichförmigen oder bevorzugten Verteilungsmusters.

US-Pat. 4 184 614, erteilt am 10. April 1979, Anmelder ebenfalls Kirkbride, beschreibt ein etwas anderes Verfahren, als das in der vorerwähnten Veröffentlichung offenbarte, enthält jedoch gleiche Ausführungen in bezug auf die Mikrowellenenergie.

In ähnlicher Weise beschreibt ein drittes Kirkbri-de-Patent, US-Pat. 4 234 402, veröffentlicht am 18. November 1980, die gleiche Mikrowellengenerator-Anordnung.

US-Pat. 4 376 034, erteilt am 8. März 1983, Inhaber Wall, zeigt die Verwendung eines Paars von Mikrowellengeneratoren an entgegengesetzten Enden eines Reaktors. Eine sehr ineffiziente Verwendung reflektierter Wellen bildet die Basis dieser Mikrowellenanwendung.

Ganz allgemein befasst sich der Stand der Technik nicht mit einer wirksameren Anwendung von Mikrowellen, sondern baut einfach im Handel erhältliche Mikrowellengeneratorsysteme in verschiedene Verfahren ein.

Es wurde nun festgestellt, dass eine Vielfalt von organischen Materialien zur Kontrolle der Giftigkeit, zum Zwecke des Rezyklierens und für vielfache Behandlungsverfahren mit Mikrowellen-Energie behandelt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur gesteuerten, nicht-pyrolytischen Reduktion von organischer Materie, bei welchem Verfahren diese Materie in einer reduzierenden Atmosphäre einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht ein Verfahren zur nicht-pyrolytischen Brechung langkettiger Moleküle in organischen Materien vor, bei welchem diese Moleküle in einer reduzierenden Atmosphäre einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt werden.

Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht eine Vorrichtung zur gesteuerten, nicht-pyrolytischen Reduktion von organischer Materie durch Mikrowellenstrahlung vor, welche eine Mikrowellenkammer, Mittel zur Zufuhr von organischer Materie in diese Kammer, und mindestens einen Mikrowellengenerator in dieser Kammer, sowie Mittel zum Entfernen gasförmiger Produkte aus dieser Kammer und Mittel zum Entfernen von Feststoffrückständen aus dieser Kammer vor.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch das erfin-dungsgemässe Verfahren.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch einen Mikrowellengenerator und eine parabolische Wellenführung zur Verwendung in der Erfindung; und

Fig. 3 veranschaulicht ein Muster zur Applikation von Mikrowellen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Gegenteil, es sollen alle Alternativen, Änderungen und Äquivalente miterfasst werden, soweit sie vom Geist und Umfang der nachstehenden Ansprüche umfasst sind.

In der folgenden Beschreibung sind gleiche Teile

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in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können auf eine praktisch unbegrenzte Varietät organischer Materien angewendet werden. Es wird vermutet, dass die Mikrowellen-Energie ein Trennen schwächerer Molekularbindungen in lang-kettigen Molekülen bewirkt, um solche Moleküle auf einfachere Formen zu reduzieren. Im Grunde genommen ist dies ein Depolymerisations-Prozess. Der Prozess wird so gesteuert, dass eine Pyrolyse der oganischen Materie vermieden wird.

Die Zeichnung zeigt eine allgemeine schematische Darstellung der Erfindung. Die Materialien werden in einen Trichter 10 gegeben oder in ein ähnliches Mittel, welches sich für die Zuführung des spezifischen Materials eignet.

Das Material wird dann durch eine Luftschleuse 12 in eine Mikrowellenkammer 14 geleitet. Dort wird die Materie mit Mikrowellen-Energie aus Magnetronen 16 bestrahlt.

Gasförmige Produkte werden zu einem Kondensator 18 abgeführt und dort zu flüssigen Produkten, meist Öle und Schwefel, kondensiert.

Feststoffrückstände verlassen die Kammer 14 durch eine zweite Luftschleuse 20. Diese Produkte werden dann durch ein Sieb 22 in verschiedene Gruppen separiert. Normalerweise wird Russ einen erheblichen Bestandteil dieser Produkte bilden. Andere Produkte können, beispielsweise im Falle der Reduktion von Fahrzeugreifen, Stahl sein.

Optimale Verfahrensbedingungen und die Auslegung der Vorrichtung werden für gegebene Materien zweckmässig nach einer vorgängigen Analyse der Materie ausgewählt. Vorzugsweise werden verschiedenartige Analysen mit unterschiedlichen Zielen durchgeführt.

So kann beispielsweise eine erste Analyse der Form und Struktur gemacht werden, im Hinblick auf eine Anpassung der Mikrowellenkammer und der Zufuhrmittel für das betreffende Material. So erfordert beispielsweise die torodiale Form von Fahrzeugreifen eine andere Zuführeinrichtung und eine andere Kammerform als beispielsweise ein Würfel aus komprimierten Kunststoffabfällen.

Eine weitere Analyse des Materials wird anschliessend vorzugsweise durchgeführt, um dessen Zusammensetzung zu ermitteln. Beispielsweise möchte man für die Behandlung von Material, welches vornehmlich aus PVC besteht, gerne die vorhandenen Mengen an Streckmitteln und anderen solchen Komponenten kennen.

Die Resultate einer solche Analyse vermitteln Informationen über die Produkte, welche sich voraussichtlich aus dem Brechen des Materials ergeben, sowie über die Menge jeder dieser zu erwartenden Produkte und über die Reihenfolge, in welcher sich solche Produkte voraussichtlich ergeben.

Hierauf wird eine weitere Analyse durchgeführt, meist als Labortest, um die Energieanforderungen für das Verfahren zu ermitteln. Aus dem ermittelten Bedarf pro Einheit des durchgeführten Materials und in Kenntnis des zu behandelnden Materialvolumens kann der gesamte Energiebedarf errechnet werden.

Das Resultat dieser Analysen kann dann zur Optimierung der Auslegung der Vorrichtung und der Verfahrensbedingungen für die verschiedenen Stufen des Verfahrens verwendet werden.

In Durchlaufrichtung des Materials durch das Verfahren betrifft der erste zu beachtende Bereich die Zuführeinrichtung.

Zwar kann das Verfahren auch chargenweise durchgeführt werden, doch ist ein kontinuierliches Verfahren vorzuziehen. Da die Mikrowellenkammer abgedichtet sein muss, muss auch die Zuführeinrichtung diese Anforderung erfüllen. Eine Kolben-Zylinder-Einrichtung bildet eine Zuführeinrichtung, die sich für eine Reihe verschiedener Materien eignet. Für die Zuführung fester Stoffe kann ein Zuführtrichter vorgesehen werden, der über einer zylindrische Zuführleitung angeordnet und gegen das eine Ende derselben gerichtet, zuzuführendes Material zu dieser Leitung führt. Hierauf kann ein Kolben verwendet werden, um das Material entlang der Leitung zur Mikrowellenkammer zu bewegen. Der in der Zuführleitung durch das zugeführte Material gebildete kontinuierliche Zapfen dichtet den Einlass zur Mikrowellenkammer ab.

Eine zweite bevorzugte Einrichtung, geeignet für lockere Materialien und vergleichsweise Niedertemperaturbetrieb, kann durch einen endlosen Bandförderer gebildet sein. Das Material des Transportbandes muss für Mikrowellen durchlässig sein und darf unter Betriebsbedingungen nicht selbst reduziert werden.

Für Behandlungen bei höheren Temperaturen können als Zuführeinrichtungen zweckmässig ein oder mehrere Schraubenförderer aus rostfreiem Stahl eingesetzt werden.

Für gewisse Materialkonfigurationen kann am Eingang zur Mikrowellenkammer eine Luftschleuse eingesetzt werden.

Ahnlich wird es in einigen Fällen erforderlich sein, eine Luftschleuse am Feststoffauslass der Mikrowellenkammer anzuordnen.

Der nächste zu beachtende Bereich im Fluss des Materials durch das Verfahren ist die Form der Mikrowellenkammer selber.

Mehrere Faktoren beeinflussen die physikalischen Eigenschaften der Mikrowellenkammer, in welche das zugeführte Material eingeführt wird.

Die allgemeine Form der Kammer wird in der Regel unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des zuzuführenden Materials und der Art der verwendeten Zuführeinrichtung ausgewählt. Wenn beispielsweise die Kolben-Zylinder-Zuführung zur Anwendung kommt, wird zweckmässig eine zylindrische Kammer gewählt. Bei Anwendung eines endlosen Förderbandes wird ein rechteckiger Querschnitt zu bevorzugen sein.

Die generelle Formgebung wird auch durch den Wunsch beeinflusst, eine maximale Mikrowellen-Penetration in das behandelte Material zu erreichen.

Nach Festlegung des Gesamtleistungsbedarfs und eines Basisquerschnitts für die Kammer kommen weitere Faktoren für die Optimierung ins Spiel.

Mehrere Variabein für das Verfahren und die Vorrichtung können für eine bestimmte Anwendung vorbestimmt oder während des Verfahrens be5

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stimmt werden. Ziel einer gegebenen Anwendung ist es, einen möglichst effizienten Betrieb zu erzielen, was die zugeführte Energie pro Masseneinheit des behandelten Materials anbetrifft, weiche verschiedenen, noch anzuführenden Verfahrenszwän-gen untersteht.

Die Art der Applikation des Gesamtenergiebedarfs in einem bestimmten Fall wird in der Regel durch Ausbalancieren von Faktoren ermittelt. Damit genügend Energie zur Einleitung der Reaktion in einer vernünftigen Zeit und anschliessend zum Erhalt der erwünschten Produkte aus dem Material in der gewünschten Folge zur Verfügung steht, muss die zugeführte Energie in geeigneter Weise gesteuert werden. So kann die zugrundegelegte Mikrowellen-Erzeugung durch eine Mehrzahl kleiner Wellengeneratoren erzeugt werden, statt von einem einzigen Magnetron. Der Ausgang der Wellengeneratoren kann kontinuierlich sein, pulsierend oder in anderer Weise variieren. Die Stärke der erzeugten Mikrowellen lässt sich durch Veränderung der Leistungszufuhr zu den Generatoren variieren.

Eine typische Kammer mit rechteckigem Querschnitt kann vier Querreihen mit je drei Mikrowellengeneratoren aufweisen.

Zusätzlich zu der Anordnung und der Leistungszufuhr zu den Wellengeneratoren ist die Energiezufuhr pro Masseneinheit des behandelten Materials abhängig von der Dauer, während welcher das Material der Mikrowelleneinwirkung ausgesetzt ist, d.h. der Verweilzeit des Materials. Die Energiefaktoren müssen an diesem Punkt erneut im Zusammenhang mit der Kammergeometrie gesehen werden. So kann die Verweilzeit direkt durch die Geschwindigkeit beeinflusst sein, mit welcher das Material behandelt wird, aber ebenso kann die Länge der Kammer verändert werden und die der Mikrowellenstrahlung ausgesetzte Masse kann durch Veränderung der Kapazität der Mikrowellenkammer verändert werden.

Die Bündelung der Mikrowellen trägt ausserdem deutlich zur Effizienz bei, und es wurden parabolische Wellenführungen entwickelt, um eine Bündelung der durch einen gegebenen Generator emittierten Wellen zu erhalten. Mehrere Wellenführungen können zusammen mit mehreren Wellengeneratoren verwendet werden, um eine Serie überlappender Mikrowellenvorhänge zu erhalten, die eine sehr gute Kontrolle der an das Material angelegten Energiemenge erlauben.

Die Oberflächentemperatur des Materials beeinflusst in hohem Masse die Mikrowellenabsorption durch das Material und es ist deshalb besonders vorteilhaft, die Oberflächentemperatur zu überwachen und die Leistungszufuhr zu den Mikrowellengeneratoren so zu regeln, dass eine optimale Oberflächentemperatur aufrechterhalten wird. Es kann daher im Zuge der Reaktionen, wenn das Material sich durch die Mikrowellenkammer bewegt, eine geringere Energiezufuhr erforderlich sein, um die optimale Oberflächentemperatur aufrechtzuerhalten, sodass stromabwärts angeordnete Mikrowellengeneratoren mit geringerer Leistungsaufnahme betrieben werden können.

Es ist auch nützlich, die innere Temperatur des

Materials in der Mikrowellenkammer zu überwachen, als Mittel zur Vorhersage, welche Produkte zu einer wann voraussichtlich aus dem Material ausgeschieden werden. Die Mikrowellenkammer wird vorteilhaft unter einem Druck gehalten, der etwas über dem Atmosphärendruck liegt. Dieser Überdruck erleichtert die Entfernung gasförmiger Produkte.

Es wurde gefunden, dass das Verfahren in einer dichteren Atmosphäre besser abläuft. Entsprechend wurde festgestellt, dass das Verfahren effizienter verläuft, wenn nach dem Beginn bis zum Punkt fortgefahren wird, in welchem das zuerst in die Kammer geförderte Material im wesentlichen gebrochen wurde. Diesbezüglich muss das Verfahren in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden und die Konzentration der reduzierenden Gase erhöht sich im Masse, wie das Material gebrochen wird. Es besteht eine theoretische Erklärung, dass die Anwesenheit zusätzlicher reduzierender Gase zu einem weiteren Brechen des Materials beitragen könnte, insbesondere an dessen Oberfläche.

In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine zweiteilige Kammer zu verwenden, um die Wellengeneratoren von der reduzierenden Atmosphäre zu isolieren. Eine Lösung könnte in einer horizontalen, für Mikrowellen durchlässigen, gasundurchlässigen Barriere bestehen, wobei die oberen und unteren Teile der Kammer beide als Resonanzteile auszubilden wären.

Es kann auch erforderlich sein, dem zugeführten Material ein reduzierendes Gas beizufügen. Zweck dieses reduzierenden Gases ist es, jegliche Oxydation zu drosseln, welche sonst während der Startphase auftreten könnte, mit möglicherweise katastrophalen Auswirkungen. Ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, kann ebenfalls verwendet werden, doch ist jedes kompatible, reduzierende Gas genügend. Es sei jedoch hier bemerkt, dass es nicht allgemein erforderlich ist, ein reduzierendes Gas beizufügen, dass aber diese Möglichkeit bei bestimmten Anwendungen möglich ist.

Es wurde festgestellt, dass bestimmte Katalysatoren die Wirksamkeit des Verfahrens verbessern. So wirkt beispielsweise ein Zusatz von Russ zum zu behandelnden Material, wenn es sich dabei um Fahrzeugreifen handelt, in dem Sinne, dass die Öle schneller und bei tieferen Temperaturen aus dem Material austreten.

Häufig wird ein weiterer externer Faktor anwesend sein, welcher bezüglich dem Ausbalancieren der internen Faktoren von primärer Bedeutung ist. Der zur Aufnahme einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Anlage zur Verfügung stehende Raum ist des öftern begrenzt, sodass alle beeinflussbaren Faktoren im Hinblick auf diese Begrenzung ausbalanciert werden müssen. Die Bedeutung dieser Raumbeachtung wird durch die Tatsache hervorgehoben, dass einige Anlagen eine grosse Gesamtlänge aufweisen. So sind beispielsweise Längen im Bereich von 9,3 m-18,3 m nicht ausser-gewöhnlich.

Aus dieser Sicht wird die Verwendung von Ende an Ende miteinander verbundenen Modulserien bevorzugt. Dies bietet mehrere Vorteile, darunter den5

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jenigen, dass sich die Möglichkeit ergibt, bei Reparaturarbeiten ein einzelnes Modul zu entfernen und zu ersetzen und dabei Stillstandszeiten zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil ist die Erleichterung der Fabrikation und des Handling bei kleinen Modulen. Vorzugsweise beträgt die Gesamtlänge eines bevorzugten Moduls etwa 1,82 m.

Die Verfügbarkeit von Energie ist eine weitere externe Variable, welche ausserhalb des Einflusses eines Benützers ist, in der Regel als Folge der geographischen Lage der Anlage.

Das Verfahren liefert Produkte in Form gasförmiger und fester Materien. Die gasförmigen Materien können durch Verwendung eines oder mehrerer auf der Mikrowellenkammer angeordneter Saugeinrichtungen zurückgewonnen werden. Die Feststoffe sind in Form von Rückständen, die durch einen Auslass der Mikrowellenkammer gefördert werden.

Die gasförmigen Produkte werden zur Gewinnung verschiedener hydrokarbonischer Flüssigkeiten kondensiert. In dieser Hinsicht kann es erforderlich sein, dem Austrittssystem Wärme zuzuführen, um eine vorzeitige Kondensation zu verhindern.

Die Feststoffe enthalten Russ in Mikrongrösse und verschiedene anorganische Materialien, welche sich im zugeführten Material befanden. So können beispielsweise die Rückstände zusätzlich zu den verschiedenen Ölen und Russen, welche aus Fahrzeugreifen gewonnen werden, auch Stahl, Silikate und ähnliche Komponenten enthalten.

Ein typisches PVC-Labormuster ergab beispielsweise 125 g feste Rückstände aus 160 g des ursprünglichen PVC. Der Rückstand bestand fast ausschliesslich aus Russ und enthielt insgesamt weniger als 3,159 ppm der folgenden Elemente und Mischungen: As; Ba; B; Cd; Cr; Pb; Se; U; NO2 + N03; N02; Ag; Hg; CN(F); F.

Als weiteres Beispiel kann angeführt werden, dass typische Fahrzeugreifen pro Tonne Reifen ergeben: 3-4 Barrel Öl, 575-700 Ibs Russ, 85-100 Ibs Stahl und 70-80 Ibs Fasermaterial.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen ein bevorzugtes Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung einer beispielsweisen Ausführung der Erfindung.

Bisher in Industrieverfahren verwendete Mikrowellengeneratoren haben in der Regel eine sehr schlechten Wirkungsgrad, weil sie sich gewöhnlich der Technik bedienen, ein Material zu erwärmen, in dem es einfach in einer Art und Weise bombardiert wird, die zu einer sehr ungleichförmigen Verteilung der Mikrowellenenergie im Material führt. Die Folge ist in diesen Fällen, dass einige Teile des Materials unterbehandelt und andere Teile des Materials überbehandelt sind.

Das führt in solchen Fällen unvermeidlich zu einer hohen Energieverschwendung, damit die gesamte Materie ein Minimum an Mikrowellenenergie erhält.

Je nach dem zu behandelnden Material sind ausserdem gewisse Muster der angelegten Mikrowellen wesentlich wirksamer als andere. Mit der herkömmlich verwendeten allgemeinen Bombardierung sind variierende Muster nicht möglich.

Grosse Probleme mit Energieverlusten ergaben sich auch durch die Verwendung verschiedener Typen von Wellenführungen zur Verteilung der erzeugten Mikrowellen. So hatten beispielsweise bestimmte Wellenführungen längliche und nichtlineare Pfade, und führten dazu, dass nur schwache Wellen den Ort erreichen, wo sich das zu behandelnde Material befand.

Weiter waren einige Hersteller von Mikrowellen-Anlagen der Ansicht, dass die Verwendung mehrerer Wellengeneratoren eine nicht praktikable Lösung des Verteilungsproblems sei, wegen der Interferenzen zwischen den von verschiedenen Generatoren erzeugten Wellen. Die Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3 geht auf diese Probleme ein.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemässen Mikrowellengenerator 30 mit einem Magnetron 32, einer Antenne 34 und einer Reflektionsoberfläche oder Wellenführung 36. In dieser Darstellung ist die Vorrichtung 30 in der Wand 38 einer Mikrowellenkammer montiert. Das äussere Ende 42 der reflektierenden Fläche 36 ist bündig mit der Wand 38. Die durch das Ende 42 der reflektierenden Fläche 36 definierte Öffnung ist mit einer keramischen Platte 44 abgedeckt.

Die reflektierende Fläche 36 kann so geformt sein, dass sie ein gewünschtes Wellenmuster anlegt. Im dargestellten bevorzugten Fall ist sie im wesentlichen parabolisch ausgebildet, um eine Wellenbestrahlung auf einen im wesentlichen kreisförmigen Bereich zu erzielen. Der Oberteil 37 der reflektierenden Fläche 36 ist vorteilhaft abgeflacht. Das erlaubt eine leichte Montage der Einheit und auch die Positionierung der Antenne 34 am oder nahe dem Brennpunkt der Parabel. Die Grenzen der Muster können durch eine geeignete Formgebung der Wellenführung in Kombination mit einer besonderen Positionierung der Antenne 34 eingestellt werden. Der Brennpunkt kann anschliessend, mit Vorteil durch Verstellung der Position der Antenne 34, eingestellt werden. Mit Vorteil ist die Antenne 34 um etwa 2.54 cm in axialer Richtung des Reflektors 36 verstellbar.

So wird beispielsweise in der bevorzugten Konfiguration die Kombination von Antenne 34 und Reflektor 36 so eingestellt, dass die Mikrowellen etwas ausserhalb des Brennpunkts angelegt werden, in der Weise, dass der Durchmesser der Wirkfläche der Mikrowellen grösser ist als der Durchmesser des Endes 42 des Reflektors 36.

Die Einwirkung der Mikrowellen ist über den ganzen kreisförmigen Bereich im wesentlichen gleichförmig.

Mehrere Einrichtungen 30 können dann, wie in Fig. 3 gezeigt, angeordnet werden, um das erwünschte überlappende Muster 46 zu erzeugen, dessen Fläche durch die Linien 45 durch die äusseren 47 der Generatoren 30 der Anordnung begrenzt ist. In dieser Konfiguration wird eigentlich eine Mikrowellenwolke erzeugt, welche eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Mikrowellen-Energie auf ein Material 48 in der Kammer 40 erzeugt.

In einer bevorzugten Konfiguration ist die Einrichtung 30 mit einem Temperatursensor 50 versehen, der im Gehäuse 52 des Magnetrons 32 angeordnet ist. Der Sensor 50 ist seinerseits durch Leiter 51

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mit einem Kontroller 54 verbunden, der über Leiter 53 den Magnetron ausschaltet, wenn der Sensor eine Grenztemperatur ermittelt, und welcher den Magnetron nach einem voreingestellten Zeitintervall wieder einschaltet.

Bei der Verarbeitung von nicht gleichförmigem Material, beispielsweise von Fahrzeugreifen, wird es vorkommen, dass sich zeitweise kein Material unter der Einrichtung 30 befindet, beispielsweise dann, wenn die Öffnung eines Reifens unter der Einrichtung durchläuft. In diesem Fall bewirken Wellen, welche von der Bodenwandung 56 der Kammer 40 reflektiert werden, dass die Einrichtung 30 bis zu einem Punkt erhitzt wird, in welchem der Sensor 50 dem Kontroller 54 ein Signal übermittelt, das die Abschaltung des Magnetrons auslöst. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall, welches im Falle der Behandlung von Reifen der Zeit entspricht, welche die Öffnung eines Reifens benötigt, um die Einrichtung 30 hinter sich zu lassen, wird das Magnetron wieder eingeschaltet.

Das hat die kombinierte Wirkung einerseits die Einrichtung 30 vor einer Überhitzung zu schützen und gleichzeitig Energie zu sparen.

Das Verfahren hat einen sehr weiten Anwendungsbereich und sein Aufbau ist entsprechend sehr variabel. In einem typischen Fall, beispielsweise bei der Reduktion von Reifen von Motorfahrzeugen, kann eine Serie von zehn modularen Tunnels verwendet werden, um einen rechteckförmigen Tunnel von etwa 18,3 m Länge zu erstellen, mit einem Querschnitt von etwa 35,6 cm auf 91,4 cm. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden in einer Anlage zur Reduktion von Reifen zwei solche 18,3 m-Tunnels verwendet. Eine Serie von zwölf überlappenden Magnetronen kann in jedem der in Fig. 3 gezeigten Modulen verwendet werden. Jedes Magnetron kann eine Leistung von 1,5 kW bei einer Wellenlänge von 2450 MHz aufweisen.

Das Verfahren wird typischerweise unter einem leichten Überdruck von etwa 62,3 bis 125 Pa (1/4 bis 1/2 Zoll WS) und bei einer maximalen Temperatur von etwa 350°C. durchgeführt. Der Sensor 50 wird dabei den Magnetron bei einer Temperatur von etwa 70 Grad abschalten.

Typischerweise haben die Reflektoren 36 einen Durchmesser von etwa 19,5-19,7 cm am Ende der Parabel. Der obere Abschnitt 17 besitzt typisch eine Breite von etwa 7,94 cm und die Tiefe des Reflektors beträgt etwa 6,35 cm.

In einer bevorzugten Anlage zur Aufbereitung von Fahrzeugreifen mit Zwillingstunnel, die unter den vorgenannten Bedingungen arbeitet, ergibt eine kontinuierliche Zufuhr von Reifen auf einem Förderer, der mit einer Geschwindigkeit von 3 Fuss pro Minute läuft, eine Verweilzeit von etwa 20 Minuten und eine Durchlaufkapazität von etwa 1440 Reifen pro 24 Stunden für jeden der 18,3 m-Tunnels.

Bemerkenswert ist, dass eine solche Anlage keinerlei Emissionen erzeugt. Gasförmige Produkte bestehen aus einem schmalen Band von Ölen mit einer Konsistenz von Nr. 2 Diesel-Treibstoff, zusammen mit elementarem Schwefel, welcher separat kondensiert wird.

Die kontrollierte Reduktion nach der Erfindung vermeidet die bei anderen Abfall-Aufbereitungsver-fahren einschliesslich solcher auf Mikrowellen-Basis üblichen Emissionsprobleme.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur gesteuerten, nicht-pyroiytischen Reduktion von organischer Materie, dadurch gekennzeichnet, dass diese Materie in einer reduzierenden Atmosphäre einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass langkettige Moleküle in dieser organischen Materie gebrochen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass langkettige Moleküle in dieser Materie sequentiell gebrochen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Materie stromförmig kontinuierlich durch eine Mikrowellenkammer geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Materie bezüglich der Mikrowellenkammer luftdicht abgeschlossen durch diese Kammer geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Materie von einem Kolben getrieben durch einen Zylinder der genannten Kammer zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Materie auf einem endlosen Förderband in die Kammer geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Materie mittels eines Schraubenförderers in die Kammer geführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Grad der Bestrahlung des genannten Stromes durch die Mikrowellenstrahlung gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungsgrad durch Regeln der Verweilzeit des Stromes in der genannten Kammer gesteuert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit durch Steuern der Transportgeschwindigkeit des Stromes durch die Mikrowellenkammer geregelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit durch Wahl der Länge der Mikrowellenkammer geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Bestrahlung durch die Leistung der Mikrowellenstrahlung gesteuert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungsgrad zusätzlich durch Regeln der Verweilzeit des Stromes in der genannten Kammer gesteuert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungsgrad durch Vorwahl der Form der Mikrowellenkammer gesteuert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer als Resonanztunnel ausgebildet ist, wobei die von den Wänden dieses Tunnels reflektierten Mikrowellen zur genannten Mikrowellenstrahlung synchron sind.

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17. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungsgrad durch Bündeln der Mikrowellenstrahlung auf mindestens einen vorbestimmten Punkt im genannten Strom gesteuert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materie in einer Mikrowellenkammer behandelt wird, in welcher mindestens ein Mikrowellengenerator angeordnet ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Generatoren vorgesehen werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Bestrahlung der genannten Materie durch die Mikrowellenstrahlung gesteuert wird, indem selektiv die Mikrowellenenergieleistung ausgewählter Mikrowellengenerator-Einheiten verändert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss der genannten Materie durch die genannte Kammer kontinuierlich erfolgt und die Mikrowellengenerator-Einheiten so gesteuert werden, dass ihre Strahlung in Richtung des Einlassendes der Kammer mit höherer Mikrowellenenergie und gegen das Auslassende dieser Kammer mit niedrigerer Mikrowellenenergie erfolgt.

22. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materie Reifen enthält.

23. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materie kommunalen Müll enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materie Ölschiefer enthält.

25. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer zusätzlich ein Reduktionsgas zugeführt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer ein inertes Gas enthält.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas Stickstoff ist.

28. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer ein Druck über dem Atmosphärendruck aufrechterhalten wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Bereich von 62,3 bis 125,4 Pa ist.

30. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur der Materie in der Kammer überwacht und der Grad der Mikrowellenexposition in Abhängigkeit der überwachten Temperatur gesteuert wird.

31. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer ein Katalysator beigefügt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator der Materie vor deren Zuführung in die Kammer beigefügt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator Russ ist.

34. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmige Produkte kontinuierlich aus der Kammer entfernt werden.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Produkte sequentiell von flüchtigeren/leichteren zu weniger flüchtigen/schwereren Gasen entfernt werden.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Materie in der Kammer so geregelt wird, dass die sequentielle Erzeugung gasförmiger Produkte aus der genannten Materie gesteuert wird.

37. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass feste Rückstände kontinuierlich aus der Kammer entfernt werden.

38. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: kontinuierliches Zuführen eines Stroms von organischem Material in eine Mikrowellenkammer; Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre in dieser Kammer; Aussetzen der genannten Materie an eine Mikrowellenstrahlung und kontinuierliches Entfernen gasförmiger und fester Stoffe aus dieser Kammer.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur der genannten Materie überwacht wird.

40. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Materie einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird, welche ausreicht, um die langkettigen Moleküle in dieser Materie aufzubrechen.

41. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Mikrowellenstrahlung, welcher die genannte Materie ausgesetzt wird, gesteuert wird durch Steuern mindestens eines von:

(a) der Leistungszufuhr zum Mikrowellengenerator

(b) der Anzahl der Mikrowellengeneratoren

(c) des Brennpunktes der Mikrowellengeneratoren

(d) der Ausrichtung der Mikrowellengeneratoren, und

(e) der Form der Mikrowellenkammer.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenenergie, welcher die genannte Materie ausgesetzt wird, gesteuert wird durch Steuern mindestens eines von:

(a) der Geschwindigkeit der Materie durch diese Kammer und

(b) der Länge dieser Kammer.

43. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer ein positiver Druck von 62,3 bis 125,4 Pa aufrechterhalten wird.

44. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer maximalen Temperatur von ca. 350°C durchgeführt wird.

45. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der genannten Mikrowellenstrahlung etwa 2450 MHz beträgt und eine Leistung von etwa 1,5 kW erbringt.

46. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel aufweist, um die organische Materie in einer reduzierenden Atmosphäre einer Mikrowellenstrahlung auszusetzen.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung enthält:

eine Mikrowellenkammer;

Mittel, um diese Materie dieser Kammer zuzuführen; mindestens einen Mikrowellengenerator in dieser Kammer;

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Mittel zum Entfernen gasförmiger Produkte aus dieser Kammer; und

Mittel zum Entfernen von festen Rückständen aus dieser Kammer.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer zylindrisch ist.

49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführmittel einen Kolben und einen Zylinder umfassen.

50. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer ein Resonanzraum ist.

51. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer mindestens zwei Generatoren in einer stromaufwärts- und stromab-wärts-Relation zur Fliessrichtung der Materie angeordnet sind.

52. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärts liegende Generator einen grösseren Leistungsausgang hat als der stromabwärts angeordnete Generator.

53. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine parabolische Wellenführung vorhanden ist, um den Mikrowellenausgang des Generators zu bündeln.

54. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

55. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer vier Querreihen zu je drei Mikrowellengeneratoren enthält.

56. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei in Serie geschaltete Module enthält, wobei der Auslass eines Moduls jeweils mit dem Einlass des folgenden Moduls verbunden ist, und wobei jedes dieser Module eine Mikrowellenkammer und in dieser mindestens einen Mikrowellengenerator enthält, und dass die Vorichtung weiter Mittel umfasst, um die genannte Materie einem ersten der genannten Module zuzuführen, sowie Mittel zum Entfernen gasförmiger und fester Produkte aus diesen Serien.

57. Vorrichtung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer einen rechteckför-migen Querschnitt aufweist.

58. Vorrichtung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der genannten Mikrowellengeneratoren umfasst:

mindestens einen Mikrowellengenerator;

eine mit jedem Generator verbundene Antenne zur Ausstrahlung von Mikrowellenenergie von diesem Generator; und eine reflektierende Oberfläche zur Reflektion der Mikrowellenenergie von jeder dieser Antennen in einem vorbestimmten Muster auf die zu behandelnde Materie.

59. Vorrichtung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass jede dieser Kammern einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

60. Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer eine Anordnung von Mikrowellengeneratoren zur Erzeugung einer Mikrowellenstrahlung in einer vorbestimmten Gesamtverteilung in der Kammer enthält.

61. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung drei Reihen von je vier Generatoren in jeder Reihe aufweist.

62. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Generator in dieser Anordnung eine im wesentlichen kreisflächenförmige Mikrowellenstrahlung erzeugt.

63. Vorrichtung nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass jede dieser kreisförmigen Flächen jede benachbarte solche Fläche überragt, in der Weise, dass ein kontinuierliches Gesamtmuster über diese Anordnung entsteht.

64. Vorrichtung nach Anspruch 46, gekennzeichnet durch: mindestens einen Mikrowellengenerator; eine mit diesem Generator verbundene Antenne zur Übertragung von Mikrowellenenergie von diesem Generator; und eine reflektierende Oberfläche zum Reflektieren von Mikrowellenenergie von jeder dieser Antennen in einem vorbestimmten Muster auf die zu behandelnde Materie.

65. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Antenne, bezogen auf den Reflektor, einstellbar ist.

66. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche parabolisch ist und eine offene Fläche aufweist.

67. Vorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet dass sie über dieser offenen Fläche eine keramische Platte liegt.

68. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anordnung der genannten Generatoren aufweist.

69. Vorrichtung nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser Muster ein kreisförmiger Bereich ist.

70. Vorrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Kante jedes dieser Muster sich mit einer äusseren Kante mindestens eines benachbarten Musters überschneidet.

71. Vorrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser kreisförmigen Muster einen Durchmesser aufweist, der etwas grösser ist als der Durchmesser der genannten Fläche der reflektierenden Oberfläche.

72. Vorrichtung nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine drei zu vier Anordnung ist.

73. Vorrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Muster überlappen, um den gesamten, durch Linien durch die Aussenlinien der Generatoren in dieser Anordnung begrenzten Bereich abzudecken.

74. Vorrichtung nach Anspruch 46, gekennzeichnet durch: einen Mikrowellentunnel; und eine Anordnung von Mikrowellengeneratoren zur Erzeugung gebündelter Mikrowellenenergie in diesem Tunnel; wobei jeder dieser Generatoren umfasst: (a) mindestens einen Mikrowellengenerator; (b) eine mit jedem dieser Generatoren verbundene Antenne zur Ausstrahlung von Mikrowellenenergie von diesem Generator; und (c) eine reflektierende Oberfläche zur Reflektierung von Mikrowellenenergie von jeder dieser Antennen in einem vorbestimmten Muster auf die zu behandelnde Materie.

75. Vorrichtung nach Anspruch 74, dadurch ge-

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kennzeichnet, dass jede reflektierende Oberfläche parabolisch ist und mit einer offenen Parabelfläche im wesentlichen bündig mit einer Wand des genannten Tunnels ausgerichtet ist.

76. Vorrichtung nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, dass über der genannten offenen Fläche eine keramische Platte angeordnet ist.

77. Vorrichtung nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, dass der Tunnel einen rechteckigen Querschnitt und eine Deckwand aufweist.

78. Vorrichtung nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Anordnung in die Abdeckung montiert ist.

79. Vorrichtung nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der genannten Muster kreisförmig ist.

80. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, dass eine äussere Kante jedes dieser Muster eine äussere Kante mindestens eines benachbarten Musters überlappt.

81. Vorrichtung nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, dass der Tunnel eine Grundfläche aufweist und die Muster in ihrer Gesamtheit im wesentlichen die gesamte Fläche mit einer im wesentlichen gleichförmigen Menge von Mikrowellenenergie abdeckt.

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