-
Ausführungsbeschreibung:
-
Der
Prozeß der
hydrothermalen Karbonisierung/wässrigen
Verkohlung (im folgenden HyKa genannt) findet unter Luftabschluß in wässriger
Umgebung, erhöhtem
Druck, erhöhter
Temperatur und Zugabe bestimmter katalytisch wirkender Stoffe (z.
B. Eisenverbindungen oder organische Säuren) statt. Der Gesamtprozeß der HyKa
verläuft
exotherm, d. h. es entsteht im Prozeßverlauf ein Wärmeüberschuß.
-
Bei
dem hier beschriebenen geschlossenen Prozeß wird ein Prozeßbehälter, in
dem die HyKa ablaufen soll, mit Biomasse und Wasser unter Zugabe von
Katalysatoren befüllt
und abschließend
druckdicht verschlossen.
-
Der
Prozeß wird
durch Beheizen des Prozeßbehälters gestartet.
Ab einer bestimmten Temperatur, die Abhängig von der verwendeten Art
der Biomasse ist, setzt die exotherme Reaktion ein. Der Biomasse
wird dabei das Wasser entzogen, eine Verkohlung in wässriger
Umgebung findet statt. Die Reaktionswärme muß aus dem Prozeßbehälter herausgeführt werden,
der Prozeßbehälter somit
geeignet gekühlt
werden.
-
Ein
Beispiel eines Funktionsschemas sowie Ausführungsbeispiele werden anhand
der Zeichnungen 1, 2 (1 und 2) und 3
erläutert.
Es zeigen:
-
Zeichnung
1 ein Funktionsschema einer Vorrichtung zur HyKa samt Kühlanordnung,
-
Zeichnung
2 einen Prozeßbehälter mit
Kühlmittelbehälter als
Schnittzeichnungen 1 u. 2,
-
Zeichnung
3 eine Neigevorrichtung.
-
Zeichnung
4 (1) einen Verschlußkopf des Prozeßbehälters und
(2) zwei Ausführungen eines
Entladeeinsatzes.
-
Der
Prozeß soll
im Temperaturbereich um 190°C
betrieben werden und kann Temperaturen von über 200°C erreichen, der Prozeßbehälterinnendruck über 20 Bar.
Es ist davon auszugehen, dass die Biomasse abrasive Partikel (z.
B. Sand) enthält.
Infolge dieser Daten soll der Prozeßbehälter aus geeigneten Materialien
und geeigneter Form gewählt
werden. Die Materialien sollen eine hohe Zugfestigkeit (Druckfestigkeit),
Temperaturbeständigkeit,
Abriebfestigkeit und infolge chemischer katalytischer Zusätze auch
geeignete chemische Resistenz besitzen.
-
Infolge
des hohen Innendrucks soll als Prozeßbehälter ein Rundrohr verwendet
werden, es können
aber auch andere Geometrien zum Einsatz kommen. Neben Stahl- und
Edelstahllegierungen sollen Kupfer- und Aluminiumlegierungen wie
insbesondere:
CuAl10Fe5Ni5-C,
CuAl10Fe3Mn,
CuZn37Mn3Al2PbSi,
CuNi10Fe1Mn,
CuNi30Mn1Fe,
CuSn7Zn2Pb3-C,
CuSn5Zn5Pb5-C,
CuZn40Al2,
für den Prozeßbehälter verwendet
werden.
-
Für Dichtungen,
Führungen
und Schläuche sollen
infolge hoher Temperaturen Materialien aus TFE/P-Kautschuk, PTFE,
Viton und Silikon sowie andere geeignete Materialien verwendet werden.
-
Für einen
wirtschaftlichen Prozeßablauf
und für
eine hohe Prozeßsicherheit
(Gefahr der Explosion des Prozeßbehälters durch Überschreiten
des maximal zulässigen
Innendrucks infolge zu hoher Prozeßtemperatur) soll das Wärmtransportsystem
(zum Beheizen und Kühlen)
folgenden Anforderungen genügen:
- – die
Kühlung
soll eine hohe Betriebssicherheit aufweisen,
- – der
Energieaufwand (von extern zugeführte
Energie) zu Kühl-
und Heizzwecken soll bezüglich
eines hohen Prozeßgesamtwirkungsgrades
so niedrig wie möglich
gehalten werden,
- – die
Kühlung
soll dem Prozeß so
angepaßt
sein, daß der
Prozeß in
der Phase schwacher exothermer Reaktion sensibel erfolgt und nicht
abgebrochen wird, die Wärme
bei starker exothermer Reaktion jedoch aber sicher abgeführt wird.
-
Diesen
Anforderungen wird durch den Aufbau eines speziellen Wärmetransportssytems
(für Beheizung
und Kühlung,
im Weiteren auch nur Kühlung
genannt) entsprochen.
-
Zeichnung
1 zeigt ein Beispiel eines zweistufigen Wärmetransportsystems, das folgende
Vorteile bietet:
Der Prozeßbehälter (1)
ist in einem thermisch isolierten und gegenüber der Umgebung geschlossenen Kühlkreislauf
(Kühlmittelbehälter, Primärkülung) (2) eingebaut
und vollständig
von einem Wärmetransportmedium
(im folgenden auch Kühlmittel
genannt) umgeben (dadurch max. Ausnutzung der Prozeßbehälteroberfläche zum
Wärmeaustausch).
-
Dieses
Kühlmittel
soll so gewählt
werden, dass sein Siedepunkt (unter Berücksichtigung des erhöhten Druckes
innerhalb des geschlossenen Primärkühlkreislaufs/Drucksiedekurve)
im Bereich der angestrebten Prozeßtemperatur liegt.
-
Die
thermische Isolierung des Primärkühlkreislaufs
soll für
hohe Temperaturen (im Bereich +200°C und darüber) ausgelegt sein (z. B.
auf Basis von Polyurethanschäumen).
-
Als
Kühlmittel
sollen u. a. Kohlenwasserstoffe (wie z. B. Alkohole) oder Kohlenwasserstoffgemische
oder Gemische mit Wasser oder auch Silane (Silikonöle) oder
andere geeignete Stoffe verwendet werden, z. B.:
Glycerin,
1,2-Propandiol,
1-Heptanol,
1-Hexanol,
1,2-Ethandiol,
Decan,
n-Decan.
-
Die
verwendeten Kühlmittel
sollen neben einem geeigneten Siedeverhalten ein möglichst
geringes Gefahrenpotential aufweisen (d. h. schwer entflammbar,
grundwasserneutral, chemisch nicht bzw. wenig aggressiv, ungiftig).
-
Bei
Erreichen der angestrebten Prozeßtemperatur beginnt das Kühlmittel
zu sieden. Durch Verwendung von geeigneten Rücklaufsperr-Ventilen (3, 9)
wird ein gerichteter Fließkreislauf
des Kühlmittels erzeugt.
Für die
Ventilvorrichtung (3) sollen z. B. Kugeln (z. B. auf Basis
von Polytetrafluorethylen) verwendet werden, um eine möglichst
große
und gleichmäßige über das
Prozeßrohr
verteilte Durchtrittsfläche
zu erzeugen, damit im Falle schwacher exothermer Reaktion der Biomasse
die Kühlung
per Siedeverzug lokal an der Stelle des Prozeßrohres erfolgt, an der die überschüssige Wärme abgeführt werden muß. Der gesamte
Primärkühlkreislauf
ist dabei mit Ausnahme des Luftabscheiders/Druckausgleichsbehälters (4)
mit Kühlmittel
befüllt.
Die somit automatische Umwälzung
des Kühlmittels
soll im Falle starker exothermer Reaktionen im Prozeßrohr durch
eine zusätzliche
Pumpe (7) beschleunigt werden, ein zusätzliches Rücklaufsperr-Ventil (8)
im Parallelabzweig verhindert dabei den Rückfluß. Auf diesen Parallelabzweig
kann verzichtet werden, wenn die Kühlflüssigkeit durch die Pumpe (7)
hindurch hinreichend fließen
kann (z. B. durch hinreichend großen Querschnitt) und somit
eine ausreichende Umwälzung auch
im Falle einer inaktiven Pumpe erreicht wird.
-
Das
Kühlmittel
wird nun an dem Druckausgleichsbehälter (4) vorbei durch
einen Wärmetauscher
(5) geleitet, der an einen Sekundärkühlkreislauf (zu Prozeßkühl- und
Prozeßbeheizungszwecken)
angeschlossen ist.
-
Durch
diesen Aufbau des Primärkreislaufs wird
eine automatische Kühlung
bei überschreiten der
angestrebten Prozeßtemperatur
realisiert, ohne dass dem Prozeß fortlaufend
Wärme unterhalb
dieser Temperaturschwelle entzogen wird. Die Prozeßtemperatur
wird somit kühlmittelspezifisch
ohne zusätzliche
Steuerungselemente bzw. eine externe Regelung stabilisiert.
-
Um
die exotherme Prozeßwärme zur
Prozeßbeheizung
(zum Starten) der Folgeprozesse zu nutzen und damit den Gesamtwirkungsgrad
zu erhöhen
(Vermeidung extern zugeführter
Heizenergie) wird die Prozeßwärme am Wärmetauscher
(5) über eine
Pumpe (6) und einen Fließrichtungssteller (11) (z.
B. aus Magnetventilen, insbesondere bistabile Magnetventile oder
Kugelhähne,
um elektrische Energie ausschließlich währen des Schaltvorgangs zuzuführen) an
einen Prozeßwärmespeicher
(12) abgeführt.
Dieser Sekundärkreislauf
soll auf Basis von Wasser (mit z. B. Korrosions- und Frostschutzzusätzen) als
Wärmetransport- und Wärmespeichermedium
aufgebaut sein oder auf Basis anderer Medien mit z. B. höherem Siedepunkt
(z. B. Kohlenwasserstoffe (wie Alkohole) oder Gemische daraus oder
Gemische mit Wasser oder auch Silane oder andere geeignete Stoffe),
um die maximale Beheizungstemperatur zu erhöhen.
-
Je
nach Fall, ob dem Wärmetauscher
(5) Wärme
zugeführt
(Beheizung) oder ob Wärme
abgeführt
werden soll (Kühlung),
wird zur Effizienzerhöhung
des Wärmeaustausches
durch den Fießrichtungssteller
die Fließrichtung
durch den Wärmespeicher
(12) nach dem Gegenstromprinzip gewechselt. Das bedeutet,
im Falle der Beheizung (Prozeßstart) durchfließt das Medium
den Prozeßwärmespeicher (12)
vom unteren kühleren
in den oberen wärmeren Bereich.
Im Falle der Kühlung
durchfließt
das Medium den Prozeßwärmespeicher
(12 bzw. 13) vom oberen wärmeren in den unteren kühleren Bereich.
-
Wird
die maximal zulässige
Temperatur des Prozeßwärmespeichers
(12) erreicht, so wird die Wärme durch den Fließrichtungssteller
nun auf einen Zusatzwärmespeicher
(13) (z. B. Hauswarmwasserspeicher) abgeführt, der
somit ausschließlich Kühlzwecken
dient. Dadurch wird weitere exotherme Prozeßwärme genutzt und die Wirtschaftlichkeit
der Vorrichtung zusätzlich
erhöht.
-
Soll
oder kann diese Wärme
nicht einem Zusatzwärmespeicher
zugeführt
werden, so soll sie anderweitig z. B. über einen Verdampfer abgeführt werden,
der z. B. mit Regenwasser oder Grundwasser versorgt werden kann.
-
Um
den Prozeß nach
Installation der Anlage oder nach längeren Prozeßpausen
zu starten, übernimmt
ein Durchlauferhitzer (14) (z. B. elektrisch betrieben)
im Primärkreislauf
die Erwärmung
der Primärkühlflüssigkeit.
-
Aus
den Daten der Temperaturmeßpunkte (15, 16, 17, 18)
und des Druckmeßpunktes
(19) am Prozeßbehälter werden
die Steuersignale für
die Pumpen- (6, 7) und Schaltventile des Fließrichtungsstellers
(11) sowie des Durchlauferhitzers (14) per Elektronik
errechnet und erzeugt.
-
Der
Prozeßbehälter besitzt
eine Not- bzw. Zusatzkühlung
(21). Hierzu werden an den Prozeßbehälter z. B. spiralförmig Metallrohre,
die aus thermisch gut leitendem Material bestehen (z. B. Kupfer), angebracht
(z. B. angelötet).
-
Diese
Rohre sind im Normalbetrieb nicht mit einer Flüssigkeit gefüllt, d.
h. in ihnen befindet sich z. B. nur Luft. Der Abstand zwischen den
Spiralen wird hinreichend groß gewählt, um
eine günstige
Vergrößerung der
Behälteroberfläche gegenüber dem
Kühlmittel
im Kühlmittelbehälter zu
erzielen (Verbesserung des Wärmeaustausches)
jedoch nicht zu groß, damit
diese Rohre ausreichend Kontaktfläche zum Behälter bieten und im Falle der
Durchströmung
mit einem Notkühlmittel
(z. B. Wasser) genügend
Prozeßwärme abführen können.
-
Zeichnung
3 zeigt das Prinzip einer Neigevorrichtung, die verwendet wird,
um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung
im Prozeßbehälter zu
erzeilen. Der Kühlmittelbehälter einschließlich des
darin befindlichen Prozeßbehälters wird
durch die Neigevorrichtung bewegt. Er wird seitlich mittig um seinen
Schwerpunkt (1) drehbar gelagert, horizontal ausgerichtet
und um eine bestimmte Neigung abwechselnd zu beiden Richtungen z.
B. durch ein Gestänge
(3) geneigt. Der geringfügige Lufteinschluß (2)
im Prozeßbehälter, der
beim Befüllen
automatisch an der Einfüllöffnung verbleibt,
bewegt sich dabei durch die Flüssigkeit
von dem einen Ende des Prozeßrohres
zum anderen Ende und verwirbelt und durchmischt dabei die Flüssigkeit,
welche die Biomasse umgibt. Durch diesen Neigeeffekt wird ebenfalls eine
gleichmäßigere Wärmeverteilung
im Kühlmittelbehälter erzeugt.
Der Anrieb der Neigevorrichtung soll z. B. elektrisch (z. B. Getriebemotor
oder Hubmagnet) erfolgen oder unter Ausnutzung der Prozeßwärme über eine
Druckkolbenvorrichtung (thermodynamischer Antrieb) und somit ohne
externe zusätzliche
Energiezufuhr. Die Neigeaktivität
wird im letzteren Fall mit Erhöhung
der Prozeßwärme (Reaktionsaktivität) automatisch
zunehmen. Dieser Neigeeffekt ersetzt ein Rührwerk, bei dem stets die Gefahr
der Verklemmung von Biomasse und Rührgestände besteht. Außerdem ist
der Energieaufwand gegenüber
dem eines Rührwerks
geringer.
-
Zeichnung
2 (1 und 2) zeigt ein Beispiel eines
Prozeßbehälters mit
Kühlmittelbehälter
-
Der
Prozeßbehälter (5)
wird vollständig
von einer Kühlflüssigkeit
umgeben, die sich im Kühlmittelbehälter (3)
befindet. Der Prozeßbehälter ist
spiralförmig
mit Metallrohren (13, 14) umgeben (Not- bzw. Zusatzkühlung).
Zu gleichmäßigeren
Kühlung über die
gesamte Länge
des Prozeßrohres
soll Rohrspirale (13) entgegensetzt zu Rohrspirale (14)
durchströmt
werden. Zur weiteren Vergrößerung der
Oberfläche
für einen
besseren Wärmeübertragung
soll der Prozeßbehälter (5)
mit zusätzlichen
Kühlelementen (z.
B. Kühlrippen
bzw. Kühlbleche)
(7) versehen werden. Der Prozeßbehälter (5) soll an einer
Seite verschlossen sein (z. B. zur Anbringung einer speziellen Behälteraufhängung (4),
die der Wärmeausdehnung durch
eine bewegliche Führung
Rechnung trägt)
und an der entgegen gesetzten Seite zum Be- und Entladen eine Öffnung haben.
Um diesen Prozeßbehälter (5)
am Kühlmittelbehälter (3)
befestigen zu können sowie
einen druckfesten Verschluß anbringen
zu können,
soll an dem offenen Ende (10) z. B. ein Montageflansch
(9) mit z. B. einer Bajonettmechanik angebracht werden,
in die der Prozeßbehälterverschluß eingesetzt
wird. An diesem Montageflansch soll nach außen ragend ein oder mehrere
Drucksensoren (19 nach Zeichnung 1) angebracht werden.
An diesem Montageflansch soll außerdem ein oder mehrere Schaltventile
(20) angebracht werden, welche(s) den geringen Restdruck
im Prozeßrohr
nach Beendigung des Prozesses im bereits weitgehend abgekühltem Zustand
abführt,
um den Prozeßbehälter danach öffnen zu
können.
-
Das
Kühlmittel,
das in die obere Kühlmittelsammelhaube
(2) fließt,
wird durch eine Rücklaufsperre
(hier z. B. eine Reihe aus Kugelventilen (1) zu Flächenvergrößerung-Kugelkäfige hierbei
nicht eingezeichnet) und durch den Austritt (11) zur Sekundärkühlung (z.
B. Wärmetauscher)
geführt
und nach Kühlung
durch ein Rückstromsperrventil
hindurch in den Eintritt (12) zur unteren Kühlmittelsammelhaube (6)
zurückgeführt. Die
Drehachse (8) der Neigevorrichtung soll in den geometrischen
Schwerpunkt der Vorrichtung im beladenen Zustand plaziert werden. Zum
Befüllen
des Prozeßbehälters wird
die Neigung so ausgerichtet, dass das offene Ende nach oben zeigt.
Zum Entleeren des Prozeßbehälters wird
die Neigung so ausgerichtet, dass das offene Ende nach unten zeigt.
-
(Zeichnung 4, 2)
-
Vor
dem Befüllen
des Prozeßbehälters mit Biomasse,
soll ein Befüll-
bzw Entladeeinsatz in dem Prozeßbehälter plaziert
werden. Er besteht z. B. aus einer runden Bodenscheibe oder -schale,
die etwas kleiner ist, als der Innendurchmesser des Prozeßbehälter und
an der z. B. zwei dünnen
Blechstreifen seitlich senkrecht angebracht sind. Die Bodenplatte liegt
am geschlossenen Ende des Prozeßbehälters an,
die beiden gegenüberliegenden
Blechstreifen enden an der Öffnung
des Prozeßbehälters. Nach
Beendigung des Prozesses wird der Prozeßbehälter geöffnet, dann an der offenen
Seite nach unten geneigt und der Entladeeinsatz wird mitsamt der
Kohle aus dem Prozeßbehälter gezogen.
-
(Zeichnung 4, 1)
-
Der
Verschlußkopf
(5) des Prozeßrohres
soll z. B. per Bajonettmechanik eingesetzt werden. Er soll in diesem
Fall über
stabile Bajonettzapfen (z. B. Metallstifte) (6) die im
Flansch (4) eingesetzt sind, gehalten werden, um der hohen
Druckbelastung während des
Prozesses standhalten zu können.
Dazu hat der Verschlußkopf
Aussparungen, um über
die Bajonettzapfen geschoben werden zu können. Der Verschlußkopf wird über den
Griff (7) durch Drehung arretiert. Als Verschlußkopfdichtung
sollen z. B. Dichtringe aus z. B. TFE/P-Kautschuk, PTFE oder Viton verwendet
werden.
-
Infolge
des hohen Gewichts des Verschlußkopfes
soll dieser z. B. über
eine Scharniermechanik mit mehreren Gelenken (z. B. 3 Scharnierachsen)
an der Vorrichtung (z. B. direkt am Flansch) befestigt werden. Der
schwere Verschlußkopf
kann damit horizontal in die Prozeßrohröffnung bewegt werden.
-
Es
ist vorgesehen, die Prozeßsteuerung bzw.
Elektrik auf Netzspannung, als auch auf Niederspannung (z. B. 24
Volt Gleichspannung) sowie durch Verwendung einer Notstromversorgung
zu betreiben.
-
Es
ist weiter vorgesehen, die Prozeßkühlung durch eine Notkühlvorrichtung
zu ergänzen,
die z. B. beim Überschreiten
einer kritischen Druck- oder Temperaturobergrenze oder bei Stromausfall
oder bei Defekten aktiviert wird (z. B. per elektrischen Druck- oder
Temperaturschaltern) in Ergänzung
zu den Meßaufnehmern
(19, 18, 15 in Zeichnung 1).
-
Hierzu
soll z. B. ein Anschluß an
eine Haustrinkwasserversorgung gelegt werden oder ein ausreichend
groß dimensionierter
und mit Kühlmittel
gefüllter
Notkühlmittelbehälter eingesetzt
werden, dessen Behälterboden
oberhalb der Prozeßvorrichtung plaziert
wird. Das Kühlmittel
wird dann allein durch die Schwerkraft ohne zusätzliche Förderleistung aus dem Notkühlmittelbehälter durch
z. B. ein oder mehrere Spiralrohre am Prozeßbehälter (Prozeßrohr) hindurchströmen und
z. B. frei abfließen.
Als Notkühlmittel
soll Wasser mit umweltfreundlichem Frostschutzzusatz (Vermeidung
des Einfrierens) verwendet werden. Die Auslösung eines z. B. Kugelhahnes soll
elektrisch durch z. B. einen Drehmagneten am Kugelhahn erfolgen
oder durch z. B. einen Hubmagneten, der über einen betätigten Sperrbolzen
z. B. eine Federspannvorrichtung freigibt oder z. B. eine Vorrichtung,
die per Gewichtskraft die Drehung des Kugelhahnstellhebels bewirkt.
Die Stromversorgung dieser Notauslösung soll z. B. durch die Verwendung von
modernen Lithiumbatterien erfolgen. Diese Notstromversorgung soll
hinsichtlich der Kapazität
so ausgelegt werden, daß der
Betrieb der Elektronik mit samt den Pumpen, Motoren und Steuerelementen
für mindestens
einen vollständigen
Prozeßdurchlauf
gewährleistet
ist.
-
Eine
zusätzliche
Auslösung
dieser Notkühlung
soll z. B. durch ein Überdruckventil,
das am Prozeßbehälter angebracht
wird und bei Überschreiten eines
maximal zulässigen
Innendruckes öffnet,
erfolgen. Der entweichende Überdruck
soll z. B. über
ein Rohr oder einen Schlauch an eine Kolbenmechanik geleitet werden,
die den Kugelhahn für
die Kühlflüssigkeit öffnet.
-
Prozeßablauf:
-
Der
geschlossene leere Prozeßbehälter wird zum
Beladen per Neigevorrichtung mit der Öffnung nach oben geneigt. Ein
Schaltventil am oberen Prozeßbehälterende,
durch das Druckaustausch der Umgebung mit dem Prozeßbehälter stattfinden
kann, wird geöffnet
(Vermeiden eines Unterdrucks im Prozeßbehälter beim Abziehen des mit
einer Druckdichtung ausgestatteten Bajonettverschlußkopfes,
zum einfachen entfernen des Verschlusses). Der Behälter wird
durch manuelles Entfernen des Bajonettverschlußkopfes geöffnet. In den geöffneten
Prozeßbehälter wird
der Entladeeinsatz eingeschoben. Der Prozeßbehälter wird nun bis zur Befüllgrenze
mit Biomasse befüllt.
Nun wird der Befülleinsatz
an der Prozeßbehälteröffnung befestigt.
Der Prozeßbehälter wird
nun mit Wasser + einem Katalysatorzusatz (z. B. eine Fruchtsäure) bis
zur oberen Grenze des Behälters
befüllt.
Der Befülleinsatz
(z. B. Metalltopf mit kleinen Öffnungen
im Bodenbereich) verhindert dabei das Aufschwimmen der Biomasse.
Der Prozeßbehälter wird
abschließend mit
dem Bajonettverschlußkopf
verschlossen und arretiert. Das Ventil am oberen Prozeßbehälterende
wird nun geschlossen.
-
Der
Beheizungsvorgang wird nun gestartet.
-
Die
Pumpe des Primärkühlkreislaufs
und die Pumpe des Sekundärkühlkreises
werden aktiviert. Der Primärkreislauf
und damit auch der Prozeßbehälter werden
nun mit der Wärme
des Wärmespeichers
beheizt (Im Falle eines Erststarts oder nach längeren Prozeßpausen,
in denen der Wärmespeicher
ausgekühlt
ist, wird ein elektrischer Durchlauferhitzer, der z. B. automatisch über einen
Thermosensor aktiviert wird, die Flüssigkeit erhitzen). Der Durchfluß durch
den Wärmespeicher
erfolgt hierbei von unten (kältere
Zone) noch oben (wärmere
Zone).
-
Der
Innendruck des Prozeßbehälters wird per
Drucksensor(en) gemessen. Beim Erreichen eines bestimmten Druckes
oder einer bestimmten Druckanstiegsgeschwindigkeit (Beginn der exothermen
Reaktion) wird der Beheizungsvorgang beendet.
-
Die
Neigevorrichtung wird aktiviert und der Prozeßbehälter aus der Waagerechten zügig, d.
h. quasi ruckartig um die Drehachse von einer zur anderen Richtung
geneigt und dann wieder in die waagerechte Position gebracht. (Neigeintervall
z. B.: waagerecht 15 Sek. verharren, ruckartig nach rechts neigen
und 3 Sek. verharren, ruckartig nach links neigen und 3 Sek. verharren,
ruckartig nach rechts neigen und 3 Sek. verharren, waagerecht 15
Sek. verharren u. s. w.) Durch die schnelle nahezu ruckartige Neigebewegung
wird eine maximale Flüssigkeitsverwirbelung
im innern des Prozeßbehälters durch
die schnelle Bewegung der Luftblase im Behälter erzeugt.
-
Über die
Drucksensoren am Prozeßbehälter und über die
Thermosensoren an den Kühlkreisläufen wird
nun der vorgegebene Arbeitsprozeßdruck im Prozeßbehälter über eine
Elektronik überwacht
und Temperatur- bzw. Druckspitzen per Kühlung ausgeregelt und stabilisiert.
Der Fließrichtungsgeber
wechselt heirfür
die Durchflußrichtung
durch den Wärmespeicher,
so daß der
Durchfluß durch
den Wärmespeicher
hierbei von oben (wärmere
Zone) nach unten (kältere
Zone) erfolgt.
-
Wird
ein bestimmter Maximaldruck im Prozeßbehälter überschritten, so wird die Kühlung auf maximaler
Kühlleistung
betrieben und zusätzlich
eine Notkühlung
ausgelöst.
-
Die
freigesetzte Prozeßwärme wird
zu Beginn des Kühlvorgangs
(starke exotherme Anfangsreaktion) solange dem Wärmespeicher zugeführt, bis die
vorgegebene Speicherhöchsttemperatur
erreicht wird.
-
Um
die weitere Prozeßwärme abzuführen, stellt
der Fließrichtungsgeber
(Durchflußweiche)
den Kühlkreislauf
nun vom Wärmespeicher
auf eine z. B. Warmwasseranlage (z. B. Hauswarmwasserversorgung/Heizungseinrichtung)
oder z. B. einen Verdampfer oder eine andere Kühlvorrichtung um. Nachdem die
Wärme der
starken exothermen Anfangsreaktionen von der elektrisch geregelten
Kühlung über die
Pumpen abgeführt
wurde und sich ein vorgegebener Druck im Prozeßbehälter eingestellt hat, wird die
Primärkreislauf-Pumpe abgeschaltet
und die Sekundärkreislaufpumpe
z. B. auf niedriger Leistung und ggf. nur noch per Intervall (nach
Temperaturmessung) betrieben. Die Kühlung innerhalb des Primärkreislaufs
erfolgt nun thermodynamisch direkt durch das Prozeßrohr umgebende
Kühlmittel,
das so ausgewählt
wurde, daß dessen
Siedetemperatur im Bereich der beabsichtigten Prozeßtemperatur
liegt (wegen des Temperaturgradientens im Prozeßrohrmantels z. B. etwas darunter).
Der Primärkühlkreislauf
ist bis auf den Druckausgleichsbehälter vollständig mit Kühlmittel gefüllt. Das
Kühlmittel
wird durch den Siedeprozeß (auch
lokale Kühlintervalle
durch Siedeverzug) nach oben durch die Rückstromsperrventile in die
Kühlmittelsammelhaube
getrieben und läuft
an einem Druckausgleichsbehälter
vorbei nach unten durch den Wärmetauscher,
nach der Kühlung
durch ein weiteres Rückstromsperrventil
in die untere Kühlmittelsammelhaube
und von dort aus wieder zum Prozeßrohr. Das Flußprinzip
entspricht in etwa dem einer elektrischen Brühkaffeemaschine, jedoch in diesem
Fall per Druckausgleichsbehälter
als geschlossener Kreislauf, d. h. mit Rückführung des gekühlten Mediums
in den Beheizungsprozeß.
Der chemisch exotherme Umwandlungsprozeß kann somit nach der Phase
starker exothermer Anfangsreaktionen ohne zusätzlichen Energieaufwand im
Bereich der beabsichtigten Prozeßtemperatur gehalten werden.
-
Zur
Beschleunigung der Abkühlung
soll z. B. beim Unterschreiten eines vorgegebenen Druckes im Prozeßbehälter (Beendigung
der chemischen Reaktion/Stoffumwandlung) die aktive Kühlung noch
einmal aktiviert werden bis zum Erreichen eines vorgegebenen Druckes
oder einer vorgegebenen Temperatur. Die Kühlung wird beendet und die
Neigevorrichtung bewegt die Verschlußseite des Prozeßbehälters nach
oben (Position wie beim Befüllungsvorgang).
Das Ventil am oberen Prozeßbehälterende wird
geöffnet,
und der geringe restliche Überdruck kann
aus dem Prozeßbehälter entweichen.
-
Der
Prozeßbehälter wird
nun manuell durch Entfernen des Bajonettverschlußkopfes geöffnet. Die Behälteröffnung wird
nach unten geneigt und die Flüssigkeit über einem
Behälter
entleert (evtl. durch Unterstützung
eines Abfließeinsatzes
an der Prozeßrohröffnung in
z. B. Schuhlöffelform
oder Trichterform oder eines Schlauches). Der Prozeßbehälter wird nun
wieder in die Waagerechte gebracht oder nach oben geneigt und es
wird der Befülleinsatz
entfernt. Der Prozeßbehälter wird
nun wieder nach unten geneigt und über einem Behälter entleert.
Der Entladeeinsatz wird aus dem Behälter gezogen und die Kohle
aus dem Prozeßbehälter entfernt.
-
Der
somit entleerte Prozeßbehälter kann
nun erneut befüllt
und der Prozeßdurchlauf
erneut gestartet werden.