CH706804A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verdampfung von Biomasse und kohlenstoffhaltigen Stoffströmen zur Erzeugung von Energieträgern. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Aufschmelzen und Verdampfen von Lignin-, Cellulose- und kohlenstoffhaltigen Stoffströmen oder Gemischen daraus mittels Energieeintrag über induktive oder gasbefeuerte Erwärmung, zur Erzeugung von Brenngasen zur Deckung der Prozessenergie sowie der Erzeugung von Produkten wie Flüssigtreibstoffe und Koks oder Schlacke und Holzkohle.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschmelzen und Verdampfen von Lignin-, Cellulose-, und kohlenstoffhaltigen Stoffströmen oder Gemischen daraus, durch induktive Erwärmung bei homogenen störstoffbefreiten Stoffgemischen und bei verunreinigter, mit Störstoffen versehenen Stoffgemischen erfolgt der Wärmeeintrag über Rohrwärmetauscher durch flüssige Wärmeträger, wobei der Trockner die Befüllvorrichtung, der Pyrolysereaktor und die Wärmeerzeugung zusammen, stoffstrommässig und energetisch eine geschlossene und miteinander verbundene Einheit bilden und als Produkte, Brenngase zur Deckung der Prozessenergie, sowie als Produkte, Flüssigtreibstoffe und Koks, Schlacke oder Holzkohle erzeugen.

[0002] Im Zuge der Rohöl- und Energieverteuerung und der immer restriktiveren Auflagen der Behörden im Hinblick auf die Aufbereitung von Abfallstoffen und das Recyceln von Wertstoffen besteht grosses Interesse an der Aufbereitung von Kunststoffabfällen, die beispielsweise aus dem Restmüll aussortiert werden und die Umwandlung von Nachwachsenden Rohstoffen in lager- und transportierbare Flüssigenergie.

[0003] Aus der WO 2005/071 043 A1 und WO 2008/022 790 A2 ist ein Aufbereitungsverfahren bekannt, bei dem Kunststoffe im Durchlaufverfahren zu Öl aufbereitet werden.

[0004] Dabei werden die vorgängig gereinigten und sortierten Kunststoffwertstoffe zunächst unter Luftabschluss verdichtet und einem Aufschmelzbehälter zugeführt. In diesem erfolgt eine Auftrennung in eine erste Flüssigkeitsphase, eine erste Gasphase und einen Rückstandanteil. Die Flüssigphase und die erste Gasphase werden einem Verdampfer zugeführt, in welchem eine zweite Flüssigphase und eine zweite Gasphase entstehen. Die zweite Flüssigphase wird in einem Nacherhitzer weiter erwärmt. Die dabei entstehende dritte Gasphase wird gemeinsam mit der zweiten Gasphase aus dem Verdampfungsbehälter einem Crackturm zugeführt, in dem langkettige Kohlenwasserstoffe gecrackt werden. Das entstandene Gas wird dann in einem Kondensator zu Leichtflüssigkeit kondensiert.

[0005] Diese komplexe Verfahrensführung mit Aufschmelzbehälter, mehreren Verdampfungs- oder Nacherhitzungsstufen und einer Crackanlage und Kondensatoren erfordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand.

[0006] Aus der WO 2008/022 790 A2 ist auch ein mehrstufiges Durchlaufverfahren vorgestellt mit welchem saubere und von Störstoffen befreite Mischkunststoffe zu Öl verarbeitet werden, indem die Kunststoffe unter Luftabschluss verdichtet und einer ersten Aufschmelzstufe und einem nachgeschaltenen Schlaufenreaktor zugeführt werden, wobei die Stör- und Sinkstoffe am unteren Punkt als Feuchtmasse abgezogen werden.

[0007] Der Schlaufenreaktor ist als Crackreaktor ausgebildet und die erzeugten Crackgase werden in einer mehrstufigen Kondensationsanlage zu Brenngase und Flüssigtreibstoffe aufbereitet.

[0008] Weitere Verfahren zur thermokatalytischen Depolymerisation von Kunststoffabfällen finden sich in folgenden Patentschriften: – WO 2005/087 897 A1, Ozmotech Pty Ltd, Notting Hill, Victoria 3168 (AU) – EP 2 161 299 A1, Handerek, Adam, 43-300 Bielsko-Biala (PL) – WO 2005/078 049 A1, Torkarz, PL-97-400 Belchatow (PL)

[0009] WO 97/06 886 zeigt einen Sandbettreaktor bei dem fein gemahlene Biomasse mit heissem Sand vermischt und so pyrolytisch abgebaut wird. Die Aufbereitung und Zerlegung der Biomasse in kleine Feststoffpartikel mit Korn < 1.5 mm ist sehr Energieaufwendig und mindert den Wirkungsgrad des Verfahrens.

[0010] Weitere Verfahren zur Pyrolyse von Biomasse finden sich in folgenden Patentschriften und Veröffentlichungen: – WO 03/057 800, Bridgewater, Peacoke – WO 2006/117 006, Bech, Dam-Johansen

[0011] Im Bereich der Flash-Pyrolyse wird Biomasse unter Sauerstoffabschluss innerhalb einer Sekunde an heissen Flächen pyrolysiert, bei Temperaturen um 500 bis 600 °C und in gasförmige, flüssige und feste Ausgangsprodukte zerlegt.

[0012] Aus der WO 2004/076 591 ist ein Aufbereitungsverfahren dargestellt in dem über mehrere revolverartigen angeordneten Presswerkzeuge, verdichtete Biomasse gegen eine rotierende Heizplatte gedrückt und verdampft wird. Diese aufwendige, mehrstufige Beschickung über Presskolben gegen eine rotierende Heizplatte erfordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand.

[0013] Gegenüber den aufgeführten Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen organische Stoffströme bei minimal vorrichtungstechnischem Aufwand zur verwertbaren Energie aufbereitbar sind.

[0014] Bei homogenen Störstoffgemischen erfolgt Erfindungsgemäss der Eintrag von getrockneten nachwachsenden Rohstoffen, Oliven und Weintrester oder mechanisch vorbehandeltem Hausmüll oder Fraktionen davon, über eine Strangpresse mit welcher der auf eine Dichte von über 1.2 kg/dm<3>verdichtete und den formstabilen und rotierenden Pressstrang gegen eine feststehende Heizplatte mit einer Kraft von 1200 bis 1500 kg/cm<2>drückt.

[0015] Die Wärmezuführung auf die Heizplatte an die Kontaktfläche des zu schmelzendes Materials muss dabei schneller erfolgen als der Wärmeentzug der durch den Schmelzvorgang abgeleitet wird. Die Temperatur der Heizplatte lässt sich in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung und dem Anpressdruck, in einem Bereich von 300 °C bis 800 °C einstellen, dabei beträgt die Wärmeabgabe zwischen 80 Watt pro Sekunde bis 200 Watt pro Sekunde.

[0016] Die Pulsation der Strangpresse zwischen 1 bis 4 cm pro Sekunde, wird durch die Federung und den einstellbaren Gegendruck der Heizplatte ausgeglichen. Die Abreinigung von Verbackungen und anorganischen Rückständen auf der Heizplatte erfolgt durch die Einbringung von Scherkräften über die Rotation des Pressstrangs. Die festen Reststoffe in Form von Inertmaterial, organischer Schlacke und Koks oder Holzkohle werden als Trockenstoff über dem Abzugsschacht mit gasdichter Schleuse aus dem Pyrolysereaktor ausgetragen.

[0017] Das Heissgas oder Crackgas verlässt den Pyrolysereaktor unter Vakuum über den Gasdom und geht über den Feinstaubabscheider in die nachgeschaltenen Kondensationsstufen. In der ersten Kondensationsstufe wird über eine Flüssigkeitsstrahlpumpe das Vakuum zwischen -5 mbar bis -200 mbar eingestellt.

[0018] Durch das Vakuum und das rasche Abkühlen und Abscheiden der Produkte werden Sekundärreaktionen vermieden, die zur Ausbeute- und Qualitätsverlusten der Pyrolyseprodukte führen würden.

[0019] Die gesamte Prozessdauer von dem Anpressen des Pressstrangs auf die Heizplatte, das Aufschmelzen und Verdampfen, die Kondensation und Kühlung zu den Produkten dauert bei der hier vorgestellten Flash-Pyrolyse maximal 2 Sekunden.

[0020] Bei der Pyrolyse von getrockneten Schlämmen wie Klärschlamm und Öltankerschlamm mit hohen Sandanteilen und stückiges Material wie Autoshredder-Leichtfraktion mit hohen Störstoff- und Metallanteil, wird eine Schneckenpresse als volumetrisches Fördermittel mit schwachem Gegendruck eingesetzt. Mit dem schwachen Druckaufbau wird Luftsauerstoff ausgepresst und Abrassionen im Verdichtungsbereich vermieden.

[0021] Der aufgelockerte Pressstrang wird im unteren Drittel des schrägliegenden Einrohr-Pyrolysereaktors eingetragen. Die Durchlaufzeit vom Eintrag bis zur Verdampfung und Austrag der trockenen Inertstoffe, Metalle und Schlacken bezieht sich auf die Inputmaterialzusammensetzung und beträgt 3 bis 6 Stunden.

[0022] Mit einer beheizten Schneckenpumpe wird in der Mitte des Einrohrpyrolysereaktors das verflüssigte Substrat als Teilstrom abgezogen und am untersten Punkt des Einrohrpyrolysereaktors wieder eingetragen.

[0023] Durch diese Rezirkulation der heissen Schmelze (19.20) wird das kalte Inputmaterial sofort aufgeschmolzen, wobei das Mischungsverhältnis zwischen dem kalten Inputmaterial und dem Reziklat bei 1:10 liegt.

[0024] Der Einrohr-Pyrolysereaktor verfügt über einen den Pyrolysereaktor umschliessenden Heizmantel indem ein druckloses Heizmedium im Gegenstrom zum Materialfluss fliesst und vorteilhaft aus geschmolzenem Salz oder Thermoöl besteht.

[0025] Der Temperaturbereich im Einrohr-Pyrolysereaktor bezieht sich auf die Inputmaterialzusammensetzung und beträgt über die gesamte Länge, einstellbar zwischen +300 °C bis +425 °C. Als Rühr- und Transportmittel dient ein Schraubenschaufler, bestehend aus einer Spirale mit mindestens 3 Stk. durchgehenden Schaufelblätter, welche bei den hohen Temperaturen gewährleisten, dass die Spirale sich nicht verformt und gleichzeitig den Reaktorinhalt nachhaltig durch die Drehrichtungsänderung durchmischt.

[0026] Im Einrohr-Pyrolysereaktor finden, beginnend mit dem Eintrag des Pressstrangs hintereinander die Vorgänge: Mischen, Schmelzen, Verdampfen und Austragen der getrockneten Rückstände wie Inertstoffe, Schlacke, Koks oder Holzkohle statt. Dabei befindet sich der Antrieb des Schraubenschauflers am oberen Ende des geneigten Einrohr-Pyrolysereaktors und oberhalb des maximalen Füllstandniveaus.

[0027] Der Austrag der getrockneten und heissen Rückstände erfolgt durch die Spirale des Schraubenschauflers in dem Abwurfschacht und über eine gasdichte Schleuse in den Schlackenkühler. Gegenüber dem Austragsschacht liegt am oberen Ende der Gasdom über welchen unter Vakuum die Heissgase oder Crackgase aus dem Einrohr-Pyrolysereaktor gezogen werden. Und gelangen über den Feinstaubabscheider in die nachgeschaltenen Kondensationsstufen in welchen über eine Flüssigkeitsstrahlpumpe das Vakuum zwischen -5 mbar bis -200 mbar eingestellt wird.

[0028] Die Fig. 1 zeigt den Aufbau der Ablative Flashpyrolyse zum Aufschmelzen und Verdampfen von Lignin-, Cellulose, und kohlenstoffhaltigen Stoffströmen (3.15) oder Gemischen daraus, indem der getrocknete Stoffstrom (3.15) in der Strangpresse (3.7) verdichtet und der Pressstrang (3.8) unter Sauerstoffabschluss über die drehende Mündung (3.36 und 3.37) gegen die feststehende Heizplatte (18.6) gedrückt wird und das im Pressstrang enthaltene organische Material dabei verdampft und die entstehenden Heissgase (3.21) über den Gasdom (3.19) unter einem definierten Vakuum (18.12) abgezogen werden. Dabei beträgt der materialspezifische Unterdruck zwischen -5 bis -200 mbar.

[0029] Über dem Abzugsschacht (3.20) verlassen die inerten Feststoffe (3.22), die Schlacke (3.23) und bei der Verdampfung von ligninhaltigen Stoffströmen (3.15) die Holzkohle (3.24) den Pyrolysereaktor (3).

[0030] Durch die Regulierung der folgenden drei Parameter: 1) Materialzusammensetzung des Stoffstroms (3.14) 2) der Anpressdruck (3.14) und damit verbundene Materialdichte 3) Die Temperatur der Oberfläche (18.6.1) der Heizplatte mit Energieeintrag über die Induktionsspule (18.5) wird die gewünschte Menge der Energieproduktion in Form von Flüssigbrennstoffen (14.2), Brenngasen (15.1) und der Anfall von Feststoffen (3.22) wie Schlacke (3.23) und Holzkohle (3.24) eingestellt, wobei in Abhängigkeit der Materialzusammensetzung der Anpressdruck (3.14) zwischen 1200 bis 1500 kg/cm<2>beträgt und die Oberfläche (18.6.1) der Heizplatte (18.6) eine Temperatur zwischen 400 °C bis 1200 °C aufweist, die Materialdichte des Pressstranges (3.8) mindestens bei 1.2 kg/dm<3>liegt und der Energieeintrag in dem Stoffstrom zwischen 100 bis 1200 Watt mal Sekunde liegt.

[0031] Bei Materialschüttungen (3.30) mit thermoplastischen Eigenschaften wird der Pressstrang (3.8) welcher sich durch die Reibungswärme im Konus (3.34) erwärmt, wird über den Kühlmantel (3.3) abgekühlt um damit die Form- und Druckstabilität zu gewährleisten.

[0032] Die Anordnung des Kühlmantels (3.3) kann vor, oder hinter dem Konus (3.34) angeordnet werden, oder auch beidseitig erfolgen.

[0033] Die Erregung der Induktionsspule (18.5) erfolgt durch den Induktionsgenerator (18.10) über die Anschlüsse Energieeintritt (18.10.1) und Energieaustritt (18.10.2).

[0034] Die Kühlung des Induktionsgenerators (18.10) erfolgt über die Kühlwasserzentrale (17) mit den Verbindungen, Kühlwassereintritt (18.11.1) und Kühlwasseraustritt (18.11.2)

[0035] Im Trockner (1) wird die feuchte Materialschüttung (1.6) im Verbund mit der BHKW-Anlage (16) durch die heissen Abgase (16.5) getrocknet. In den Fig. 7 und 8 ist der Stoffstrom und Energieverbund detailliert dargestellt und beschrieben.

[0036] Bei der Direktbefeuerung der Wärmeerzeugung (4) mit den Brenngasen (4.1) erfolgt die Trocknung mit den trockenen Abgasen (1.7) erzeugt mit dem Brenner (4.2). In den Fig. 11 und 12 ist der Energieverbund detailliert dargestellt und beschrieben.

[0037] Der Eintragsstutzen (1.2) des Nassguteintrags (1.1) liegt dem Trockengutaustrag (1.15) diametral gegenüber, wobei der Heissgaskanal (1.8) für die Einleitung der trockenen Abgase (1.7) aus der BHKW-Anlage sich unmittelbar neben dem Trockengutaustrag (1.15) befindet und der Feuchtgaskanal (1.12) mit dem Austritt des feuchten Wasserdampf (1.11) bezogen auf die Materialflussrichtung (1.14) dem Heissgaskanal (1.8) diametral gegenüber liegt.

[0038] Der Schraubenschaufler (1.5) ist umschlossen vor einem Mantelrohr (1.3) in welchem sich die zu trocknende Materialschüttung (1.6) befindet, welche durch die Drehbewegung (A und B) des Schraubenschauflers (1.5) in die Materialflussrichtung (1.14) bewegt und durch periodische Änderung der Drehrichtung (A und B) des Antriebs (1.4), bezogen auf die Richtung der Abgasströmung (1.7.1) die Materialschüttung (1.6) im Mitstrom (1.15) oder Gegenstrom (1.16) bewegt wird, wobei die hauptsächliche Materialflussrichtung (1.14) mit der Drehrichtung (B) die Priorität besitzt um das Trockengut (1.18) zum Trockengutaustrag (1.17) zu fördern.

[0039] Der Schnitt A–A zeigt die Anordnung der Schaufeln (1.5.1) mit welchen die Materialschüttung (1.6) durch die wechselnde Drehrichtung (A und B) ständig durch den Materialumsatz (1.6.1) neue Oberflächen geschaffen werden, welche durch die heisse Abgasströmung (1.7.1) abgetrocknet werden.

[0040] In der Fig. 9 und 10 ist die Konstruktion und Funktion des Schraubenschauflers detailliert dargestellt und beschrieben.

[0041] Das Trockengut (1.18) wird durch den Schraubenschaufler (1.5) in die Befüllvorrichtung (2) gedrückt, hier dargestellt als Spirale (2.4), geführt in einem Befüllrohr (2.1) und einem Antrieb (2.3) mit welchem das Trockengut (1.18) in den Einfüllstutzen (3.1) der Strangpresse (3.7) gefördert wird.

[0042] Die Fig. 2 zeigt ein Schnitt durch den Pyrolysereaktor (3) und Verdampfungsreaktor (18) ausgerüstet mit einer elektrischen Induktionsheizung (18.1.1), bestehend aus einer inerten Aufbauplatte (18.4) aus Granit oder Keramik, einer Induktionsspule (18.5) zur Erregung der Stahlheizplatte (18.6).

[0043] Unterhalb der aus ferromagnetischen Material bestehenden Stahlheizplatte (18.6), befindet sich die stromdurchflossene Induktionsspule (18.6), welche ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses indiziert in der darüberliegenden metallischen Stahlheizplatte (18.6) durch die Induktion Wirbelströme und damit Wärme, welche den Pressstrang (3.8) aufschmelzen und verdampfen. Die dabei übliche Frequenz des Wechselfeldes liegt im Bereich zwischen 30 bis 100 kHz.

[0044] In der unteren Hälfte ist die Drucklage (18.19) dargestellt. In der oberen Hälfte ist die Ausgangs- oder Ruhelage (18.18) mit der einstellbaren Spaltverstellung (3.17) zwischen der Mündung (3.37) und der Heizplatte (18.6) dargestellt und erklärt den Abschmelzvorgang des Pressstrangs (3.8), welcher einstellbar innerhalb von 0.5 bis 5.0 Sekunden abläuft: a) Die Strangpresse (3.7) drückt den Pressstrang (3.8) gegen die Heizplatte (18.6). Mit dem Anpressdruck (3.14) wird die Aufbauplatte (18.4) gegen die vorgespannte Spiralfeder (18.13) gedrückt und verschiebt sich um den einstellbaren Förderweg (18.3) in die Vorschubrichtung (18.20) und spannt die Spiralfeder (18.13.1). b) Gleichzeitig mit dem Materialvorschub (3.15.1) wird der Pressstrang (3.8) durch die Hitzeeinwirkung der Heizplatte (18.6) abgeschmolzen und verdampft zu Heissgasen (3.21) c) Durch den Druck der gespannten Spiralfeder (18.13.1) und dem laufenden Abschmelzvorgang, verschiebt sich die Aufbauplatte (18.4) in die Rückschubrichtung (18.21), bis die Endlage gemäss der eingestellten Spaltverstellung (13.17) wieder erreicht ist.

[0045] Als Beispiel ist in der Fig. 2 eine Spannvorrichtung mit Spiralfeder (18.13), Spannscheibe (13.14) und Spannschraube (18.16) zur Druckeinstellung (18.17) dargestellt. Dabei können auch andere Lösungen zur Anwendung gelangen wie regelbare hydraulisch- oder pneumatische Systeme.

[0046] Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Mittelachse einer Strangpresse (3.7), welche mit dem Pressstrang (3.8) gegen die Aufbauplatte (18.4) drückt. Die Aufbauplatte (18.4) ist bestückt mit der Heizplatte (18.6) und der dazugehörigen Induktionsspule (18.5).

[0047] Die Spaltverstellung (3.17) zwischen der Mündung (3.37) und der Heizplatte (18.6), hier dargestellt als eine Stellschraubenkonstruktion mit einem Metallkompensator (3.16). Dabei können auch andere automatisierte mechanische oder hydraulische Einrichtungen als Versteilvorrichtung (3.18) eingesetzt werden.

[0048] Um die wechselseitige Drehbewegung (3.36) der Mündung (3.37) zu bewirken ist als Beispiel einer Ausführungsvariante ein Getriebemotor (3.41) mit Antriebsritzel (3.39) und Zahnkranz (3.38) dargestellt.

[0049] Damit sich die Heizplatte (18.6) durch die Drehbewegung (3.36) nicht verschieben kann, ist diese Platte quadratisch oder wie in Schnitt A–A dargestellt als Vieleck ausgebildet.

[0050] Die Beladung der Strangpresse (3.7) mit Trockengut erfolgt über die Befüllvorrichtung (2), in dem die Spirale (2.4) das Trockengut (1.13) in den Pressschacht (3.30.1) stopft. Durch die Hubbewegung (3.33) des Kolben (3.32) wird die Materialschüttung (3.30) gegen den Konus (3.34) gepresst und verdichtet.

[0051] Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Mündung (3.37), welche mit Rillen (3.43) versehen ist, damit der komprimierte Stoffstrom (3.44) durch die Drehbewegung (3.36) mitgedreht wird.

[0052] Die Fig. 5 zeigt die Mündung (3.37), ausgebildet als Rohr (3.37.1) als Vierkant oder Mehrkant (3.37.2) mit einer mittig angeordneten losen Trennwand (3.42), welche in einer Führungsbahn (3.42.1) gehalten wird und durch den Anpressdruck (3.14) gegen die Heizplatte (18.6) gedrückt wird. Diese Trennwand besteht aus einem nicht elektrisch leitenden Material, bevorzugt aus Keramik, damit sichergestellt ist, dass keine Erwärmung durch die Induktionsspule (18.5) statt finden kann.

[0053] Die Fig. 6 zeigt den Schnitt B–B mit der losen Trennwand (3.42), gehalten durch die Führungsbahn (3.42.1). Durch den Anpressdruck (3.14) und die Drehbewegung (3.36) der Mündung (3.37) wird mit der Schubkante (3.45) der Trennwand (3.42) die Oberfläche (18.6.1) der Heizplatte (18.6) von Anbackungen, wie Feststoffe (3.22) und Schlacke (3.23) und Kohlenstoffaufbau (3.46) ständig abgereinigt.

[0054] Die Fig. 7 zeigt den eingerahmten Umfang der Patentansprüche in dem Trockner (1) die Befüllvorrichtung (2), den Pyrolysereaktor (3) und die Wärme- und Stromerzeugung ( 4 und 16), welche zusammen, stoffstrommässig und energetisch eine geschlossene und miteinander verbundene Einheit bilden und über einen Nassguteintrag (1.1), dem Eintrag der Brenngase (4.1) und dem Austrag der Feststoffe (3.22) der Heissgase (3.21) und dem feuchten Wasserdampf (1.11) verfügen.

[0055] Die Fig. 8 zeigt den Umfang der Patentansprüche (x) und zur Erklärung die Peripherieanlageteile, welche ausserhalb des Patentanspruchs liegen und dem Stand der Technik entsprechen.

[0056] Der Eintrag von feuchtem, pumpbarem, organisch hoch belastetem Schlamm (5) wie Klärschlamm oder Grossküchenabfälle oder fester Feststoffe (6) wie Biomasse oder Hausmüll in den Trockner (1), welcher als Trocknungsenergie mit den Abgasen (16.5) aus der BHKW-Anlage (16) betrieben wird.

[0057] Der feuchte Wasserdampf (1.11) aus dem Trockner (1) wird dem Kondensator (9) zugeführt welcher auch die Funktion eines Abluftwäschers erfüllt und je nach Anforderung an die Abluftqualität, diese über einen Biofilter (10) geleitet und abgeblasen wird.

[0058] Die Heissgase (3.21) werden im Partialkondensator (11) vorgekühlt und langkettige Kohlenstoffverbindungen als Kondensate (11.3) ausgeschieden und dem Verdampfungsprozess erneut zugeführt.

[0059] Im Sprühkühler (12) wird über die Flüssigkeitsstrahlpumpe (12.8) das Vakuum erzeugt, mit welchem die Heissgase (3.21) aus dem Gasdom (3.19) abgesaugt werden.

[0060] Mit Anlegen des Vakuums (18.12) werden unerwünschte Sekundärreaktionen, sowie die Parafinbildung im Gasstrom und deren Ablagerungen in Rohrleitungen und an Wandflächen nachhaltig verhindert.

[0061] Die kondensierbaren Gase (3.21) verlassen den Sprühkühler (12) als Flüssigbrennstoffe (12.2) und werden in der Leichtflüssigkeits-Trennanlage (13) entwässert. Der entwässerte Flüssigbrennstoff (12.2) wird zur weiteren Verwendung in den Flüssigbrennstoffspeicher (14) verbracht.

[0062] Die nichtkondensierbaren Gase (12.9) verlassen als Brenngase (15.1) den Sprühkühler (12) und gelangen in den Gasspeicher (15). Die Brenngase (15.1) werden in der BHKW-Anlage (16) verbrannt und mit den heissen Abgasen (16.5) der Trockner (1) betrieben und mit der mechanischen Energie über den Generator (16.1) die elektrische Energie für den Betrieb der Gesamtanlage erzeugt.

[0063] Die Feststoffe (3.22) aus dem Pyrolysereaktor (3) gelangen über die Schleuse (6) entweder in die thermische Oxidation (7) oder in den Schlackenkühler (8).

[0064] Bei der Behandlung von sandhaltigen Schlämmen wie Klärschlamm und öltankerschlamm ist der trockene und auf +525 °C erhitzte Sand nach der Pyrolyse mit teerartigen Klumpen verschmutzt. In der thermischen Oxidation wird der heisse Sand mit einem Schraubenschaufler (1.5) und durch Zugabe von technischem Sauerstoff (7.2) bei Temperaturen von über +1200 °C verbrannt. Die dabei erzeugten Heissgase (7.5) werden als Trocknungsenergie dem Trockner (1) zugeführt.

[0065] Die Schlacken (8.3) aus der Behandlung von Nachwachsenden Rohstoffen, Mischkunststoffen und Müllbestandteilen wird zur Abkühlung dem Schlackenkühler (8) zugeführt, mit dem Kühlmantel (8.4) abgekühlt und über die Schleuse (6) ausgetragen. Dabei werden anschliessend die in der trockenen Schlacke (8.3) enthaltenen Wertstoffe wie Metalle, Kohlenstoffverbindungen und Inertstoffe getrennt und einer Verwertung oder Entsorgung zugeführt.

[0066] Die Fig. 9 und 10 zeigen einen Schraubenschaufler (1.5) welcher als Transport- und Umwälzvorrichtung im Trockner (1) und Verdampfungsreaktor (19) eingesetzt wird.

[0067] Auf der Spirale (1.5.2) aufgesetzt und verbunden sind auf den Umfang verteilt mindestens drei Stück Schaufeln (1.5.1) mit welchen die Materialschüttung (1.6) durch die Drehbewegung (A und B) angehoben und der Materialumsatz (1.6.1) in der Schüttrichtung (1.6.2) abgeworfen wird.

[0068] Die Anzahl der Schaufeln (1.5.1) richtet sich nach dem Durchmesser der Spirale (1.5.2) und der Zusammensetzung der Materialschüttung und deren Temperatur.

[0069] Beim Einsatz des Schraubenschauflers (1.5) in einem Verdampfungsreaktor (19) in welchem die Temperatur zwischen + 380 °C bis 650 °C liegen, erfüllt das Profil der Schaufeln (1.5.1) zusätzlich die Funktion einer statischen Verstärkung der Spirale (1.5.2), welche bei diesen hohen Temperaturen sich verformen oder einknicken würde.

[0070] Die Fig. 11 zeigt einen Verdampfungsreaktor (19) welcher über den vorgeschaltenen Trockner (1), der Befüllvorrichtung (2) und der Strangpresse (3.7) mit Trockengut (1.13) befüllt wird. Durch die Verdichtung der Strangpresse (3.7) wird sichergestellt, dass kein Luftsauerstoff zusammen mit dem Pressstrang (3.8) in den Reaktorraum (19.1.1) miteingetragen wird.

[0071] Die Neigung (19.8) des Verdampfungsreaktors (19) richtet sich nach der Zusammensetzung der Materialschüttung (1.6) Beim Verdampfen von schleissmaterialhaltigen Stoffströmen, wie Klärschlamm, öltankerschlamm und Hausmüll oder Fraktionen davon, beträgt die Neigung (19.6) zwischen 3 bis 8 Grad. Bei Kunststofffraktionen wird die Neigung auf grösser 10 Grad eingestellt.

[0072] Die Beladung mit Frischgut in den Reaktorraum (19.1.1) erfolgt immer am unteren Ende des geneigten Verdampfungsreaktors (19) und der Abzug der Heissgase (3.2.1) und der Feststoffe (3.22) erfolgt am oberen Ende.

[0073] Der Antrieb für den Schraubenschaufler (1.5) mit der Antriebswellendurchführung (1.4.1) und der Wellendichtung (1.4.2) befindet sich immer am oberen Ende des Verdampfungsreaktors (9) und damit ausserhalb der Berührung mit dem Reaktorinhalt (19.8).

[0074] Im selben Reaktorraum (19.1.1) erfolgt unter Vakuum (18.12) der Materialeintrag mit Trockengut (1.13) das Aufschmelzen und Verdampfen in der Schmelz- und Verdampfungszone (19.4), das Trocknen der Feststoffe in der Trocknungszone (19.5) mit dem Austrag der Feststoffe in den Abzugsschacht (3.20) und das abziehen der Heissgase (3.21) unter Vakuum (18.12) aus dem Gasdom (3.19).

[0075] Beim Wechseln der Drehrichtung (A und B) des Schraubenschauflers wird bei der Drehrichtung (B) der Reaktorinhalt (19.8) gegen die Hauptstromrichtung (3.13) gefördert. Um den Austrag von Feststoffen (3.22) zu gewährleisten muss nach einer Umdrehung in die Gegenstromrichtung (B) mindestens zwei Umdrehungen in die Hauptstromrichtung (1.13) erfolgen.

[0076] Im unteren Drittel der Schmelz- und Verdampfungszone (19.4) befindet sich die Mischzone (19.4.1) in welcher mit dem Schraubenschaufler (1.5) durch einbringen von Querkräften eine Durchmischung (19.7) des noch nicht verflüssigtem Reaktorinhaltes (19.8) stattfindet.

[0077] Das Rohr des Reaktormantels (19.8) im Bereich der Schmelz- und Verdampfungszone (19.4) ist umfasst von einem Heizmantel (19.11) in welchem ein Heizmedium (4.15) im Gegenstrom zur Hauptstromrichtung (1.13) des Reaktorinhaltes (19.8) fliesst.

[0078] Das Heizmedium (4.15) besteht vorteilhaft aus verflüssigtem Natriumchlorid, welches auch als Thermosalz bezeichnet wird und dessen Erstarrungspunkt bei +168 °C und die maximale Betriebstemperatur bei +620 °C liegt und drucklos betrieben wird, Durch den Wärmeeintrag (19.9) kann der Reaktorinhalt (19.8) auf maximal +580 °C erwärmt werden.

[0079] Bei dem Einsatz von Wärmeträgerölen (Thermoöl) liegt die maximale Betriebstemperatur bei +400 °C und der Betriebsdruck bei 20 bar.

[0080] Da die meisten Kohlenwasserstoffverbindungen und Lignin bei +340 °C verdampfen, wird der Einrohrverdampfungsreaktor (19) im Bereich von maximal +420 °C betrieben. Unterhalb des eingestellten Niveaus (19.3) wird der verflüssigte Reaktorinhalt (19.8) durch die aufsteigenden Gasblasen (19.10) vollständig durchmischt.

[0081] Pro m<3>Reaktorinhalt (19.8) bilden sich bei einer Temperatur von +400 °C ca. 65 m<3>/Stunden Crackgase mit einem Gewicht von ca. 4.6 kg/Nm<3>, welche den Gasdom (3.19) als Heissgase (3.21) verlassen.

[0082] Die Wärmeerzeugung (4) ist hier dargestellt als liegender Kessel mit einem Rohrbündelwärmetauscher (4.4) welcher den ersten Zugkanal (4.13) vom zweiten Zugkanal (4.14) trennt. Mit einer Schraubenumwälzpumpe (4.7) wird das Heizmedium (4.15) umgewälzt und in den Heizmediumeingang (4.5) des Verdampfungsreaktors (19) gefördert.

[0083] Der Heizmediumausgang (4.6) befindet sich räumlich in unmittelbarer Nähe der Wärmeerzeugung (4) und fliesst im freien Fall in das Ausdehnungsgefäss. Die Brenngase (4.1) zum Betrieb der Wärmeerzeugung bestehen aus den nicht kondensierbaren Anteilen der Heissgase (3.21).

[0084] Die trockenen Abgase (1.7) verlassen die Wärmeerzeugung (4) über den Heissgaskanal (1.8) und werden als Trocknungsenergie dem Trockner (1) zugeführt. Die Funktion des Trockners (1) ist in der Fig. 1 ausführlich beschrieben.

[0085] Die Fig. 12 zeigt einen Aufbau der Pyrolysevorrichtung welche in der Fig. 1 ausführlich beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass der Wärmeeintrag (4.18) in die Wirkfläche (3.47) wie bei der Fig. 11 beschrieben, über ein flüssiges Heizmedium (4.15) erfolgt, welches durch die Wärmeerzeugung (4) erhitzt und der Brenner (4.2) mit den eigenerzeugten Brenngasen (4.1) betrieben wird. Die trockenen Abgase (1.7) aus der Wärmeerzeugung (4) werden dem Trockner (1) als Trocknungsenergie zugeführt.

[0086] Das Trockengut (1.13) verlässt den Trockner und wird durch die Befüllvorrichtung (2) in die Strangpresse (3.7) eingetragen.

[0087] Der komprimierte Stoffstrom (3.44) wird in der Form von einem Pressstrang (3.8) mit den von der Strangpresse erzeugten Anpressdruck (3.14) gegen die heisse Wirkfläche (3.4.7) der Heizplatte (18.6) gedrückt und verdampft. Die dabei entstehenden Heissgase (3.21) werden über das angelegte Vakuum (18.12) aus dem Gasdom (3.19) abgezogen und die Feststoffe (3.22) verlassen den Pyrolysereaktor (3) über den Abzugsschacht (3.20).

[0088] Die Fig. 13 , 14 und 15 zeigt einen liegenden Verdampfungsreaktor (19) mit einer Neigung (19.6) zwischen 5 bis 10 Grad bezogen auf die Horizontale (19.6.1), wobei die Neigung (19.6) auf die unterschiedlichen Stoffströme des Materialeintrags (19.12) angepasst werden, wie z.B. bei der getrockneten Fraktion des Hausmülls bei ca. 5 Grad und bei der getrockneten Fraktion von Mischkunststoffen bei 10 Grad liegt.

[0089] Der Reaktormantel (19.1) umschliesst den Schraubenschaufler (1.5) dessen Wirkungsweise und Konstruktion in den Fig. 9 bis 11 ausführliche beschrieben ist und durch den Antrieb (1.4) über die Antriebswellendurchführung (1.4.1) und der Wellendichtung (1.4.2) bewegt wird.

[0090] In der Mitte (24) des Verdampfungsreaktors (19) befindet sich ein Abzugsschacht (19.13) welches den Reaktormantel (19.1) umfasst. Der Reaktormantel (19.1) ist im oberen Drittel auf die Ausschnittsbreite (27) geöffnet in dem die Ausschnittshöhe (28) dreiviertel vom Rohrdurchmesser des Verdampfungsreaktor (19) beträgt und die Ausschnittslänge (26) dem Rohrdurchmesser (26.1) der Schneckenpumpe (19a · n). Der Abstand (27.1) zwischen der Aussenwand des Abzugsschacht (19.13) und dem Reaktormantel (19.1) beträgt maximal ein viertel des Rohrdurchmessers (26.1).

[0091] Durch diese Anordnung überströmt das flüssige Umlaufgut (19.15) im oberen Teil des Reaktormantels (19.1) und die schwereren Störstoffe in Form von Feststoffen (3.22) verbleiben im unteren Teil des Reaktormantels (19.1).

[0092] Das Niveau (19.3) des Füllstandes im Abzugsschacht (19.13) wird über die Niveaumessung (19.14) eingestellt deren Steuerungssignale die Befüllvorrichtung (19b) ein und ausschaltet, dabei liegt das Niveau (19.3) immer über der Ausschnittsbreite (27) damit ist gesichert, dass das Umlaufgut (19.15) von der untenliegenden Schneckenpumpe (19a · n) angesaugt und in den Verdampfungsreaktor (19) zurückbefördert wird.

[0093] Die Schneckenpumpe ist ebenfalls geneigt angeordnet, dabei beträgt die Neigung (19.6) zur Horizontalen (19.6.1) zwischen zwei bis vier Grad. Durch diese Neigung (19.6) werden Gasblasen (19.10) ständig nach oben in die Hauptstromrichtung (3.13) gefördert und somit Kavitation nachhaltig verhindert.

[0094] Der Verdampfungsreaktor (19) und die Schneckenpumpe (19a · n) verfügen beide über einen den Reaktormantel (19.1) und das Pumpenrohr (19.16) umfassenden Heizmantel (19.11), in welchem das Heizmedium (4.15) im Gegenstrom (4.21) zur Hauptstromrichtung (3.13) der Schmelze (19.17) fliesst und den Wärmeeintrag (19.9) in die Schmelze (19.17) einbringt.

[0095] Der Materialeintrag (19.12) in den Verdampfungsreaktor (19) erfolgt über die Materialeintragsvorrichtung (19b) mit der Beladevorrichtung (6.9) welche mittig (23) zwischen dem Abzugsschacht (19.13) und dem untenliegenden Reaktorende (19.18) angeordnet ist.

[0096] Das eingetragene Frischgut (19.19) wird durch das verflüssigte Umlaufgut (19.15) in Form von einer heissen Schmelze (19.20) sofort aufgelöst und durch die Durchmischung (19.7) mit dem heissen Umlaufgut (19.15) erwärmt, wobei das Mischverhältnis zwischen dem kalten Frischgut (19.19) und dem ca. +350 °C heissen Umlaufgut (19.15) bei ca. 1 zu 10 Teilen liegt.

[0097] Das in die Materialeintragsvorrichtung (19b) eingetragene Trockengut (1.18) wird mit einer Stopfspirale aus dem Eintragsbehälter (1.6.3) entnommen und gegen einen Pressstrang (3.8) gedrückt, welcher sich durch die Reibung am Mantelrohr (1.3) bildet und vordem Pressbereich (20) die Förderspirale (2.4) endet.

[0098] In der Mitte zwischen dem Sicherheitsabsperrschieber (6.6) und dem Eintragsbehälter (1.6.3) befindet sich der Stickstoffeintrag (6.5) welcher über das Magnetventil (6.4) angesteuert wird.

[0099] Startet der Getriebemotor (1.4) welcher die Spirale (2.4) antreibt wird das Magnetventil geöffnet so dass bei einem 1 m<3>zugeführten Frischgut (19.19) ca. 1 m<3>Stickstoff mit einem Überdruck von ca. 100 mbar eingeblasen.

[0100] Gleichzeitig wird durch den Druckaufbau im Pressstrang (3.8) das Luftsauerstoff- und Stickstoffgemisch (6.7) ausgepresst und verlässt die Stopfspirale (6.8) über die durchgehende Öffnung (6.1.2) in der selenlosen Spirale (2.4) und verlässt als Abluftgemisch (6.11) den Eintragsbehälter (6.11). Inder Fig. 15 ist der Aufbau der selenlosen Spirale (2.4) dargestellt.

[0101] Über die Pressensteuerung (6.12) werden alle notwendigen Schritte eingestellt und überwacht, wie z.B. Drehzahl, Anpressdruck, Mengenzuführung über die Niveaumessung (19.14), Stickstoffeintrag sowie Notabschaltung und Schliessung des Absperrschiebers (6.6).

[0102] Bei der Beladevorrichtung (6.9) werden durch die durchgehende Förderspirale (2.4) zwei Funktionen wie folgt erfüllt: a) Der Länge (21) ist als selenlose Spirale (2.4) ausgeführt und raspert den Pressstrang (3.8) im Bereich der verdichteten Zone (20.1) ab und drückt das aufgelockerte Frischgut (19.19) in die Hauptförderrichtung (13.13) in die Förderzone (22). b) In dieser Förderzone (22) ist die Spirale (2.4) mit einem Zentralrohr (2.4.1) versehen und erfüllt somit die Funktion einer Schraubenspindel (4.11) welche unterhalb des Niveaus (19.3) in die heisse Schmelze (19.17) hineinragt und mit Hilfe der Schraubenspindel (4.11) das sich in diese Zone bereits zur Verflüssigung neigende Frischgut (19.19) einpressen kann.

[0103] Nach dem Abzugsschacht beginnt die Verdampfungsstrecke (25) in welcher die Heissgase (3.21) Gasblasen (19.10) bilden welche den Reaktorinhalt durch das aufsteigen Gas nachhaltig durchmischen (19.7)

[0104] Die Heissgase (3.21) verlassen den Verdampfungsreaktor (19) als überhitzten Dampf oder sogenannte Crackgase (19.21) über den Gasdom (3.19) welcher durch die nachgeschaltene Kühlung und Kondensation unter Vakuum (18.12) steht.

[0105] In der anschliessenden Trocknungszone (25.1) welche sich oberhalb des Niveaus (19.3) befindet, werden die Rückstände wie Feststoffe (3.22), Schlacke (3.23) und Holzkohle (3.24) getrocknet und über den Schraubenschaufler (1.5) als Trockengut in den Abzugsschacht (3.20) gefördert.

[0106] Der Abzugsschacht (3.20) ist mit einer Schleuse (6.1) versehen welche über den Stickstoffeintrag (6.5) inertisiert wird. Die Absperrorgane bestehen aus zwei Stück gasdichten Absperrschiebern (6.2) versehen mit Antriebselementen welche über die Steuereinheit (6.3)d über Zeitsteuerung geöffnet und geschlossen werden, sowie auch das Magnetventil (6.4) für den Stickstoffeintrag (6.5) aktiviert, sodass beim Feststoffaustrag (3.22) kein Luftsauerstoff in den Verdampfungsreaktor (19) eingetragen wird.

Bezugszeichenliste

[0107] <tb>X<SEP>Umfang der Patentansprüche, Bezeichnung in Fig. 6 und 7 <tb>1<SEP>Trockner <tb>1.1<SEP>Nassguteintrag <tb>1.2<SEP>Eintragsstutzen <tb>1.3<SEP>Mantelrohr <tb>1.4<SEP>Antrieb <tb>1.4.1<SEP>Antriebswellendurchführung <tb>1.4.2<SEP>Wellendichtung <tb>1.5<SEP>Schraubenschaufler <tb>1.5.1<SEP>Schaufeln <tb>1.5.2<SEP>Spirale <tb>1.6<SEP>Materialschüttung <tb>1.6.1<SEP>Materialumsatz <tb>1.6.2<SEP>Schüttrichtung <tb>1.6.3<SEP>Eintragsbehälter <tb>A<SEP>Drehrichtung A <tb>B<SEP>Drehrichtung B <tb>1.7<SEP>Trockene Abgase <tb>1.7.1<SEP>Abgasströmung <tb>1.8<SEP>Heissgaskanal <tb>1.9<SEP>Oberfläche <tb>1.10<SEP>Wasserdampf <tb>1.11<SEP>Feuchter Wasserdampf <tb>1.12<SEP>Feuchtgaskanal <tb>1.13<SEP>Trockengut <tb>1.14<SEP>Materialflussrichtung <tb>1.15<SEP>Mitstrom <tb>1.16<SEP>Gegenstrom <tb>1.17<SEP>Trockengutaustrag <tb>1.18<SEP>Trockengut <tb>2<SEP>Befüllvorrichtung <tb>2.1<SEP>Befüllrohr <tb>2.3<SEP>Antrieb <tb>2.4<SEP>Spirale <tb>2.4.1<SEP>Zentralrohr <tb>2.5<SEP>Förderrichtung <tb>3<SEP>Pyrolysereaktor <tb>3.1<SEP>Einfüllstutzen <tb>3.1.1<SEP>Materialeintrag <tb>3.2<SEP>Reaktormantel <tb>3.3<SEP>Kühlmantel <tb>3.3.1<SEP>Doppelmantel <tb>3.4<SEP>Kühlwassereintritt <tb>3.5<SEP>Kühlwasseraustritt <tb>3.6<SEP>Antrieb <tb>3.7<SEP>Strangpresse <tb>3.8<SEP>Pressstrang <tb>3.13<SEP>Hauptstromrichtung <tb>3.14<SEP>Anpressdruck <tb>3.14.1<SEP>Gegendruck <tb>3.15<SEP>Stoffstrom <tb>3.15.1<SEP>Material Vorschub <tb>3.16<SEP>Metallkompensator <tb>3.17<SEP>Spaltverstellung <tb>3.18<SEP>Versteilvorrichtung <tb>3.19<SEP>Gasdom <tb>3.20<SEP>Abzugsschacht <tb>3.21<SEP>Heissgase <tb>3.22<SEP>Feststoffe <tb>3.23<SEP>Schlacke <tb>3.24<SEP>Holzkohle <tb>3.25<SEP>Mantelblech <tb>3.30<SEP>Materialschüttung <tb>3.30.1<SEP>Pressschacht <tb>3.31<SEP>Mantelrohr <tb>3.32<SEP>Kolben <tb>3.33<SEP>Hub <tb>3.34<SEP>Konus <tb>3.35<SEP>Führung und Lagerung <tb>3.36<SEP>Drehbewegung <tb>3.37<SEP>Mündung <tb>3.37.1<SEP>Rohr <tb>3.37.2<SEP>Mehrkant <tb>3.38<SEP>Zahnkranz <tb>3.39<SEP>Antriebsritzel <tb>3.40<SEP>Lagerung <tb>3.41<SEP>Getriebemotor <tb>3.42<SEP>Trennwand <tb>3.42.1<SEP>Führungsbahn <tb>3.42.2<SEP>Verstellvorrichtung <tb>3.43<SEP>Rillen <tb>3.44<SEP>Komprimierter Stoffstrom <tb>3.45<SEP>Schabkante <tb>3.46<SEP>Kohlenstoffaufbau <tb>3.47<SEP>Wirkfläche <tb>4<SEP>Wärmeerzeugung <tb>4.1<SEP>Brenngase <tb>4.2<SEP>Brenner <tb>4.3<SEP>Brennerflamme <tb>4.4<SEP>Rohrbündelwärmetauscher <tb>4.5<SEP>Heizmediumeingang <tb>4.6<SEP>Heizmediumausgang <tb>4.7<SEP>Schraubenumwälzpumpe <tb>4.8<SEP>Antrieb <tb>4.9<SEP>Lagerung und Abdichtung <tb>4.11<SEP>Schraubenspindel <tb>4.12<SEP>Mantelrohr <tb>4.13<SEP>Erster Zugkanal <tb>4.14<SEP>Zweiter Zugkanal <tb>4.15<SEP>Heizmedium <tb>4.16<SEP>Umwälzung <tb>4.17<SEP>Niveau <tb>4.18<SEP>Wärmeeintrag <tb>4.18.1<SEP>Ausdehnungsgefäss <tb>4.19<SEP>Heizkesselmantel <tb>4.20<SEP>Einfüllstutzen <tb>4.21<SEP>Heizmediumsströmung <tb>4.22<SEP>Temperaturfühler <tb>4.23<SEP>Stickstoffüberlagerung <tb>4.24<SEP>Abgasstutzen <tb>4.25<SEP>Heissgase <tb>5<SEP>Schlämme <tb>6<SEP>Feststoffe <tb>6.1<SEP>Schleuse <tb>6.2<SEP>Absperrschieber <tb>6.3<SEP>Steuerungseinheit <tb>6.4<SEP>Magnetventil <tb>6.5<SEP>Stickstoffeintrag <tb>6.6<SEP>Absperrschieber <tb>6.7<SEP>Luftsauerstoff- und Stickstoffgemisch <tb>6.8<SEP>Stopfspirale <tb>6.9<SEP>Beladevorrichtung <tb>6.10<SEP>Reibung <tb>6.11<SEP>Abluftgemisch <tb>6.12<SEP>Öffnung <tb>6.13<SEP>Pressensteuerung <tb>7<SEP>Thermische Oxidation <tb>7.1<SEP>Luftgebläse <tb>7.2<SEP>Sauerstoff <tb>7.3<SEP>Luft- oder Sauerstoff <tb>7.4<SEP>Inertstoffe <tb>7.5<SEP>Heissgase <tb>8<SEP>Schlackenkühler <tb>8.1<SEP>Kühlwassereintritt <tb>8.2<SEP>Kühlwasseraustritt <tb>8.3<SEP>Schlacke <tb>8.4<SEP>Kühlmantel <tb>9<SEP>Kondensator <tb>9.1<SEP>Lauge oder Säure <tb>9.2<SEP>Umwälzpumpe <tb>9.3<SEP>Kühler <tb>9.4<SEP>Sprühkegel <tb>9.5<SEP>Kondensatablauf <tb>9.6<SEP>Kühlwassereintritt <tb>9.7<SEP>Kühlwasseraustritt <tb>10<SEP>Biofilteranlage <tb>10.1<SEP>Gebläse <tb>10.2<SEP>Druckkammer <tb>10.3<SEP>Packung <tb>10.4<SEP>Gereinigte Abluft <tb>11<SEP>Partialkondensator <tb>11.1<SEP>Kühlwassereintritt <tb>11.2<SEP>Kühlwasseraustritt <tb>11.3<SEP>Kondensate <tb>11.4<SEP>Gasaustritt <tb>12<SEP>Sprühkühler <tb>12.1<SEP>Sprühkegelteller <tb>12.2<SEP>Flüssigbrennstoffe <tb>12.3<SEP>Umwälzpumpe <tb>12.4<SEP>Kühler <tb>12.5<SEP>Kühlwassereintritt <tb>12.6<SEP>Kühlwasseraustritt <tb>12.7<SEP>Überlauf <tb>12.8<SEP>Flüssigkeitsstrahlpumpe <tb>12.9<SEP>Nichtkondensierbare Gase <tb>13<SEP>Leichtflüssigkeits-Trennanlage <tb>13.1<SEP>Wasser <tb>13.2<SEP>Flüssigbrennstoffe <tb>14<SEP>Flüssigbrennstoffspeicher <tb>14.2<SEP>Flüssigbrennstoff <tb>15<SEP>Gasspeicheranlage <tb>15.1<SEP>Brenngase <tb>16<SEP>BHKW-Anlage <tb>16.1<SEP>Generator <tb>16.2<SEP>Stromeinspeisung <tb>16.3<SEP>Warmwasservorlauf <tb>16.4<SEP>Warmwasserrücklauf <tb>16.5<SEP>Abgase <tb>17<SEP>Kühlwasserzentrale <tb>18<SEP>Verdampfungsreaktor <tb>18.1<SEP>Trägerplatte <tb>18.1.1<SEP>Induktionsheizung <tb>18.2<SEP>Zugstangen <tb>18.3<SEP>Federweg <tb>18.4<SEP>Aufbauplatte <tb>18.5<SEP>Induktionsspule <tb>18.5.1<SEP>Induktionsschlange <tb>18.6<SEP>Heizplatte <tb>18.6.1<SEP>Oberfläche <tb>18.8<SEP>Niederspannungshauptverteilung <tb>18.9<SEP>Elektrische Energieverteilung <tb>18.10<SEP>Induktionsgenerator <tb>18.10.1<SEP>Energieeintritt <tb>18.10.2<SEP>Energieaustritt <tb>18.11.1<SEP>Kühlwassereintritt <tb>18.11.2<SEP>Kühlwasseraustritt <tb>18.12<SEP>Vakuum <tb>18.13<SEP>Spiralfeder <tb>18.13.1<SEP>Gespannte Sprialfeder <tb>18.14<SEP>Spannscheibe <tb>18.15<SEP>Vorspannung <tb>18.16<SEP>Spannschraube <tb>18.17<SEP>Druckeinstellung <tb>18.18<SEP>Ruhelage <tb>18.19<SEP>Drucklage <tb>18.20<SEP>Vorschubrichtung <tb>18.21<SEP>Rückschubrichtung <tb>18.22<SEP>Aufstellungswinkel <tb>19<SEP>Verdampfungsreaktor <tb>19a»n<SEP>Schneckenpumpe <tb>19b<SEP>Befüllvorrichtung <tb>19.1<SEP>Reaktormantel <tb>19.1.1<SEP>Reaktorraum <tb>19.2<SEP>Antrieb <tb>19.3<SEP>Niveau <tb>19.4<SEP>Schmelz- und Verdampfungszone <tb>19.4.1<SEP>Mischzone <tb>19.5<SEP>Trocknungszone <tb>19.6<SEP>Neigung <tb>19.6.1<SEP>Horizontale <tb>19.7<SEP>Durchmischung <tb>19.8<SEP>Reaktorinhalt <tb>19.9<SEP>Wärmeeintrag <tb>19.10<SEP>Gasblasen <tb>19.11<SEP>Heizmantel <tb>19.12<SEP>Materialeintrag <tb>19.13<SEP>Abzugsschacht <tb>19.14<SEP>Niveaumesser <tb>19.15<SEP>Umlaufgut <tb>19.16<SEP>Pumpenrohr <tb>19.17<SEP>Schmelze <tb>19.18<SEP>Reaktorende <tb>19.19<SEP>Frischgut <tb>19.20<SEP>Heisse Schmelze <tb>19.21<SEP>Crackgase <tb>20<SEP>Pressbereich <tb>20a<SEP>Verdichtete Zone <tb>21<SEP>Länge <tb>22<SEP>Förderzone <tb>23<SEP>Mittig <tb>24<SEP>Mitte <tb>25<SEP>Verdampfungsstrecke <tb>25.1<SEP>Trocknungszone <tb>26<SEP>Ausschnittlänge <tb>26.1<SEP>Rohrdurchmesser <tb>27<SEP>Ausschnittsbreite <tb>27.1<SEP>Abstand <tb>28<SEP>Ausschnittshöhe <tb>29<SEP>Ausschnittsöffnung

Claims (39)

1. Verfahren zum Aufschmelzen und Verdampfen (3.8) von Lignin-, Cellulose, und kohlenstoffhaltigen Stoffströmen (3.15) oder Gemische daraus, wobei der Trockner (1), die Befüllvorrichtung (2), der Pyrolysereaktor (3) und die Wärme- und Stromerzeugung (4 und 16) zusammen stoffstrommässig und energetisch eine geschlossene und miteinander verbundene Einheit bilden und über einen Nassguteintrag (1.1), dem Eintrag der Brenngase (4.1) und dem Austrag der Feststoffe (3.22) der Heissgase (3.21) und dem feuchten Wasserdampf (1.11) verfügt.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, wobei der Stoffstrom (3.15) unter Sauerstoffabschluss mit einer Strangpresse (3.7) über eine drehende Mündung (3.37), gegen eine feststehende Heizplatte (18.6) gedrückt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei der Anpressdruck (3.14) des Stoffstroms (3.15) auf die Heizplatte (18.6) zwischen 1200 bis 1500 kg/cm<2>liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, wobei die elektrische Energie zur Erregung der Induktionsspule (18.5) sowie der gesamte Prozessführung (1–19) über eine BHKW-Anlage (16) mit angekoppelten Generator (16.1) erfolgt und der Brennstoff für den Betrieb der BHKW-Anlage (16) und der Wärmeerzeugung (4) aus den eigenerzeugten nicht kondensierbaren Brenngasen (15.1) besteht.

5. Verfahren nach dem Anspruch 3 und 4, wobei die feststehende Heizplatte (18.6) über eine Induktionsspule (18.5) erhitzt wird auf einen Wärmebereich zwischen 400 °C bis 1200 °C.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 4 und 21, wobei das Trockengut (1.13) über die Befüllvorrichtung (2) mit der Strangpresse (3.7) in die Verdampfungsreaktor (19) gepresst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, 4 und 26, wobei das Trockengut (1.18) über die Befüllvorrichtung (19b) in die Verdampfungsreaktor (19) gepresst wird.

8. Verfahren nach dem Anspruch 2 und 3, wobei die Wirkfläche (3.47) der Heizplatte (18.6) maximal 350 cm2 beträgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei das Mündungsrohr (3.37) als rundes Rohr (3.37.1) oder als Vierkant oder Mehrkant (3.37.2) ausgebildet ist.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei der Anpressdruck (3.14) und die Temperatur der Heizplatte (18.6), sich auf die Zusammensetzung des Stoffstroms (3.15) bezieht und durch die Regulierung dieser drei Parameter die gewünschte Menge der Energieprodukten in Form von Flüssigbrennstoffen (14.2), Brenngasen (15.1) und der Anfall von Feststoffen (3.22) wie Schlacke (3.23) und Holzkohle (3.24) eingestellt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5, wobei die trockenen Abgase (16.5) aus der Stromerzeugungsanlage (16) zum trocknen des Stoffstromes (3.15) im Trockner (1) hinzugezogen werden.

12. Verfahren nach dem Anspruch 11, wobei die Materialschüttung (1.6) im Trockner (1) durch den Schraubenschaufler (1.5) in Materialflussrichtung (1.14) bewegt und gleichzeitig durch Änderung der Drehrichtung (A und B) bezogen auf die Richtung der Abgasströmung (1.7.1) die Materialschüttung (1.6) im Mitstrom (1.15) oder Gegenstrom (1.16) geführt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei durch die Schaufeln (1.5.1) die Materialschüttung (1.6) durch die wechselnde Drehrichtung (A und B) und den Materialumsatz (1.6.1) ständig neue Oberflächen (1.9) geschaffen werden, welche mit der heissen Abgasströmung (1.7.1) abgetrocknet werden.

14. Verfahren nach dem Anspruch 2, wobei die Spaltverstellung (3.17) zwischen der Mündung (3.37) über die Versteilvorrichtung (3.18) erfolgt.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 9, wobei mit der Drehbewegung (3.36) des Mündungsrohrs (3.37) durch die Trennwand (3.42) oder Rillen (3.43) im Mündungsrohr (3.37), die verdichtete Materialschüttung (3.30) mitgedreht wird.

16. Verfahren nach dem Anspruch 9, 15 und 16, wobei die Trennwand (3.42) aus einem nicht elektrisch leitenden inerten Material besteht.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 11, wobei der Anpressdruck (3.14) und der Materialvorschub (3.15.1) pulsierend erfolgt und die einstellbare Frequenz der Hübe (3.33) zwischen 0.5 bis 5 Sekunden beträgt.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 15 bis 17, wobei die Trennwand (3.42) über eine Versteilvorrichtung (3.42.2) gegen die Heizplatte (18.6) gedrückt wird und mit der Schabkante (3.45) die Oberfläche (18.6.1) der Heizplatte (18.6) von Anbackungen wie Kohlenstoffaufbau (3.46) abreinigt.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 8, wobei abhängig vom spezifischen Wärmeinhalt der Materialschüttung (3.30) der Energieeintrag in die Heizplatte (18.6) zwischen 100 Watt und 800 Watt mal Sekunde liegt.

20. Verfahren nach dem Patentanspruch 17 und 18, wobei Materialschüttungen (3.30) mit Thermoplastischen Eigenschaften durch den Kühlmantel (3.3) abgekühlt werden.

21. Verfahren nach den Patentansprüchen 2 bis 5, wobei die Heissgase (3.21) unter Vakuum (18.12) aus dem Gasdom (3.19) abgezogen werden.

22. Verfahren nach den Patentansprüchen 2 und 4, wobei der Pressstrang (3.8) aus der Strangpresse (3.7) eine Dichte von mindestens 1.2 kg pro dm<3>aufweist.

23. Verfahren nach den Patentansprüchen 3 und 17, wobei innerhalb eines Hubes (3.33) die Heizfläche (18.6) mit der Aufbauplatte (18.4) in die Vorschubrichtung (18.20) gedrückt wird und durch die Vorspannung (18.15) bei gleichzeitiger Aufschmelzung des Pressstrangs (3.8) über die Rückschubrichtung (18.12) in die Endlage gepresst wird.

24. Verfahren nach dem Anspruch 23, wobei der Anpressdruck (3.14) immer grösser ist, als der Druck der gegenüberliegenden Vorspannung (18.15).

25. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 7, indem beim Verdampfungsreaktor (19) der Materialeintrag (3.1.1), das Schmelzen und Verdampfen (19.4) und das Trocknen der Schlacke (19.7) in einem Reaktorraum (19.1.1) unter Vakuum (18.12) erfolgt

26. Verfahren nach dem Anspruch 25, wobei der Materialeintrag (3.11) in den geneigten (19.6) Verdampfungsreaktor (19) am unteren Ende erfolgt und der Abzug der Feststoffe (3.22) und der Heissgase (3.21) am oberen, dem Materialeintrag (3.11) gegenüberliegenden Ende erfolgt.

27. Verfahren nach dem Anspruch 7 und 25, wobei in der Mitte (24) des geneigten (19.6) Verdampfungsreaktors (19) über den Abzugsschacht (19.13) heisse Schmelze (19.17) als Umlaufgut (19.13) abgezogen wird.

28. Verfahren nach dem Anspruch 27, wobei die heisse Schmelze (19.17) über die obenliegenden Ausschnittsöffnung (29) überläuft und die im Unterteil des Verdampfungsreaktor (19) angesammelten Feststoffe (3.22) dort verbleiben und durch die langsame Drehzahl des Schraubenschauflers (1.5) ausgetragen werden.

29. Verfahren nach dem Anspruch 27 und 28, wobei die heisse Schmelze (19.17) von der untenliegenden Schneckenpumpe (19a) angesogen und in das untenliegende Ende des Verdampfungsreaktors (19) gefördert wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28 und 29, wobei die Schneckenpumpe (19a) in der entgegengesetzten Richtung zum Verdampfungsreaktor geneigt (19.6) angeordnet ist.

31. Verfahren nach Anspruch 29 und 30, wobei sich in der Mitte (24) des Verdampfungsreaktor (19) über den Abzugsschacht (19.13), der Schneckenpumpe (19a) und dem mittig (2.3) angeordneten Frischguteintrag (19.19) durch das Umlaufgut (19.15) sich eine Kreislaufströmung einstellt, welche eine Durchmischung (19.7) der heissen Schmelze (19.17) mit dem kalten Frischgut (19.19) bewirkt und den Aufschmelzprozess über den dynamischen Wärmeeintrag (19.9) verkürzt.

32. Verfahren nach dem Anspruch 29, 30 und 31, wobei mehrere Schneckenpumpen (19a · n) parallel nebeneinander für die Umwälzung des Umlaufgutes (19.15) eingesetzt werden.

33. Verfahren nach dem Anspruch 7 und 25, wobei der Füllstand im Verdampfungsreaktor (19) über die Niveaumessung (19.14) erfolgt mit welcher die Befüll Vorrichtung angesteuert wird.

34. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 25, wobei der Materialtransport im Reaktor durch eine Fördereinrichtung in Form von einem Schraubenschaufler (1.5) erfolgt, welcher über die gesamte beheizte Wirklänge des Verdampfungsreaktors (19) reicht.

35. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 34, wobei der Antrieb (19.2) für den Schraubenschaufler (1.5) am obenliegenden Ende des Verdampfungsreaktors angebracht ist.

36. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 34, wobei durch taktweise Änderung der Drehrichtung (A und B) des Schraubenschauflers (1.5) wird der Reaktorinhalt (19.8) durchmischt (19.7) und dadurch der Wärmeeintrag (19.9) beschleunigt.

37. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 34 und 36, wobei in der Trocknungszone (9.5), die inerten Reststoffe und nicht gecrackten Kohlenstoffe durch die heissen Oberflächen (18.6.1) getrocknet und mit dem Schraubenschaufler (1.5) als trockene Feststoffe (3.22) in den Abzugsschacht (3.20) gefördert wird.

38. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 36 und 37, wobei mit dem Schraubenschaufler (1.5) der beheizte Reaktormantel (19.1) von Ablagerungen und Anbackungen abgereinigt wird.

39. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 36 und 38, wobei die Spiralen (1.5.2) des Schraubenschauflers (1.5) durch die Profile der Schaufeln (1.5.1) formstabil gehalten werden.