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Bezeichnung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Einrichtungen zur Energieumwandlung durch Pyrolyse
von organischen Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl.
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Reaktoren
für eine
Pyrolyse von organischen Stoffen und Stoffgemischen sind unter anderem durch
die Druckschrift
DE
39 24 723 A1 (Energieumwandlungseinrichtung mit einer Wirbelkammerfeuerung)
bekannt. Dieser besitzt einen trichterförmig ausgebildeten Sammelkegel
als Bestandteil des Brennraums. Weiterhin ragt ein Düsenrohr
mit einem Vorheizraum in den Sammelkegel hinein. Der Vorheizraum
ist ein Bestandteil des Düsenrohrs
selbst. Dem Reaktor kann eine Verflüssigungseinrichtung für das aus
dem Reaktor austretende Gas zugeordnet sein, so dass ein Brennstoff
zur weiteren Verwendung erzeugt wird. Weiterhin kann auch ein Wärmetauscher
ein Bestandteil einer Anlage mit dem Reaktor sein, so dass entstehende
Wärmeenergie über bekannte
Energiewandler nutzbar ist. Mit dem Reaktor soll ein problemloses
Anheizen auf Betriebstemperatur und Entleeren der Asche möglich sein.
Eine Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen ist aber
beschränkt.
Durch die Druckschrift
DE 10
2006 039 332 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur thermischen Stoffumwandlung und Energieerzeugung bekannt. Dazu
wird ein Brennkammersystem verwendet, das aus
- – einer
Nebenstrombrennkammer zur Ent- und Vergasung des Brennstoffes,
- – einer
Wirbelstrombrennkammer zur Verbrennung der Reste aus der Nebenstrombrennkammer
und zur Erzeugung von Rauchgasen und
- – einem
Rauchgasreaktor
besteht.
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Die
Nebenstrombrennkammer dient der thermischen Vorbehandlung des Brennstoffes
und ist ein Verbrennungsofen. Diese und die damit verbundene Wirbelstrombrennkammer
bilden insgesamt eine Brennkammer. Beide dienen dem Verbrennen des Brennstoffes,
wobei in der Wirbelstrombrennkammer die Reste aus der Nebenstrombrennkammer
verbrannt werden.
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Der
der Wirbelstrombrennkammer nachgeschaltete Rauchgasreaktor besteht
aus mehreren Kammern in Form einer Anströmkammer, einer Durchströmkammer
und einer Abströmkammer,
die nacheinander angeordnet sind. Dadurch ist eine mehrstufige Pyrolyse
realisiert. Die Zersetzungsprodukte werden jeweils über Paddelschnecken
aus der Anström-,
der Durchström-
und der Abströmkammer abgezogen.
Das Gas wird in der Nebenstrombrennkammer und der Festbrennstoff
in der Wirbelstromkammer getrennt voneinander verbrannt. Dabei ist nicht
auszuschließen,
dass das aerosolbeinhaltende Gas zu lange im Reaktor verbleibt und
damit langkettige und große
verzweigte Moleküle
entstehen, deren Teercharakter sich verstärkt. Durch Zwischenschalten
einer Kondensationsanlage in den Gasstrom aus der Pyrolyseeinrichtung
in Form des Rauchgasreaktors wird ein Pyrolyseöl gewonnen. In der Brennkammer
erfolgt eine Verbrennung des Brennstoffes.
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Durch
die Druckschrift
DE
10 2005 063 160 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von
Abfällen
mit Komponenten von vulkanisiertem Kautschuk und Polymer bekannt.
Dabei werden erzeugtes Pyrolysegas und verdampftes leichtes und schweres
Pyrolyseöl
als Gasgemisch abgezogen, in einem Wärmeübertrager extrahiert, und die
extrahierten Fraktionen in einem Blockheizkraftwerk verstromt und
in Wärme
umgesetzt. Dazu erfolgt über die
Wärmeenergie
einer stationären
Wirbelschichtfeuerung eine thermische Zersetzung der Komponenten
aus vulkanisiertem Kautschuk in einem von der Wirbelschichtfeuerung
getrennten Schachtreaktor.
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Durch
die Druckschrift
DE
10 2006 049 781 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Vergasung von organischen Stoffen mit Hilfe von Luft bekannt.
Daraus ist eine Abtrennung von Flugkoks nach einer ersten Pyrolyse-
oder Vergasungsstufe mittels eines Zyklons bekannt. Die dabei verwendeten
Reaktoren arbeiten nicht sauerstofffrei.
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine ökonomisch arbeitende
und komplexe Einrichtung zur Energieumwandlung aus organischen Stoffen
und Stoffgemischen zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die
Einrichtungen zur Energieumwandlung durch Pyrolyse von organischen
Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung des Pyrolysegases und
abschliessender Verbrennung von Pyrolyseöl zeichnen sich insbesondere
dadurch aus, dass eine ökonomisch
arbeitende und komplexe Einrichtung zur Energieumwandlung aus organischen
Stoffen und Stoffgemischen bereitgestellt wird.
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Dazu
sind ein Wirbelkammerreaktor und ein Wirbelkammerpyrolysereaktor
miteinander verbunden. Der Wirbelkammerreaktor zur Verbrennung von Feststoffen
aus mindestens einer Filtereinrichtung und/oder Pyrolysegas ist
in einem Hochtemperaturprozess geführt.
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Der
Wirbelkammerpyrolysereaktor zur Zersetzung von organischen Stoffen
und Stoffgemischen ist in einem Mitteltemperaturprozess geführt und
wird durch den Wirbelkammerreaktor versorgt. Dabei befinden sich
im Reaktionsraum des Wirbelkammerverbrennungsreaktors und des Wirbelkammerpyrolysereaktors
jeweils über
einer Düse
Einbauten als innerer offener Rohrschuss und diesen seitlich und
oben umschließenden äußeren Rohrschuss, so
dass
- – Gas
und organischer Stoff und Stoffgemisch mittels wenigstens dem Gas
aus der Düse
in den inneren Rohrschuss und dort nach oben strömen,
- – durch
den den inneren Rohrschuss umschließenden äußeren Rohrschuss mit oberen
Verschluss die Strömung
aus Gas und Partikeln nach unten umgeleitet wird und
- – am
unteren Ende des oben geschlossenen äußeren Rohrschusses eine erneute
Umlenkung nach oben erfolgt. Dabei fallen durch die jeweilige Strömung nicht
weitergeleitete Partikel jeweils zur Düse und werden von da mittels
des strömenden Gases
wieder in den inneren Rohrschuss geschleudert.
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Nach
dem Wirbelkammerpyrolysereaktor ist ein Zyklon zum Abscheiden von
Feststoffen aus dem Pyrolysegas nachgeordnet, wobei der dabei anfallende
Feststoff mittels einer Transporteinrichtung dem Wirbelkammerpyrolysereaktor
zugeführt
wird. Mit dem Zyklon ist mindestens eine Filtereinrichtung zur Reinigung
des Pyrolysegases verbunden, wobei gefilterter Feststoff mittels
einer Transporteinrichtung dem Wirbelkammerreaktor oder dem Wirbelkammerpyrolysereaktor
zugeführt
wird. Mit der Filtereinrichtung ist ein Kühler zur Kondensation des Pyrolysegases
mit einem Behälter
für das
aus dem Pyrolysegas verflüssigte
Pyrolyseöl
verbunden. Weiterhin ist wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine
für Pyrolyseöl als ein
Bestandteil eines Kraftwerks zur Energieumwandlung gekoppelt oder
koppelbar. Zum Einen ist der Wirbelkammerreaktor ein Hochtemperaturreaktor,
wobei die organischen Stoffe und Stoffgemische unter Sauerstoffausschluss
sehr schnell erhitzt werden.
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Zum
Anderen ist der Wirbelkammerreaktor eine Wirbelkammer mit direkter
Pyrolyse, wobei die zu pyrolysierenden organischen Stoffe und Stoffgemische
durch Verbrennungsgase pyrolysiert werden. Die Pyrolyse kann die
erforderliche Wärmeenergie aus
dem Pyrolysegut selbst gewinnen, wobei die Reaktionstemperatur durch
die Luftzufuhr in den Wirbelkammerreaktor selbst gesteuert wird.
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Dabei
entstehende Pyrolyseprodukte werden vorteilhafterweise zur indirekten
Pyrolyse von organischen Stoffen und Stoffgemischen im angeschlossenen
in einem Mitteltemperaturprozess geführten Wirbelkammerpyrolysereaktor
genutzt. Der Wirbelkammerreaktor dient dabei zur Beheizung des Wirbelkammerpyrolysereaktors,
wobei die heiße sauerstofffreie
Atmosphäre
des Wirbelkammerreaktors mit zugeführten organischen Stoffen und
Stoffgemischen wirkt. Dabei werden gezielt sauerstofffreie Atmosphären eingestellt.
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Darüber hinaus
können
Pyrolyseprodukte des Wirbelkammerreaktors auch gekühlt werden,
so dass auch dabei Pyrolyseöl
gewonnen werden kann.
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Weiterhin
können
vorteilhafterweise die Nebenprodukte des Wirbelkammerreaktors den
organischen Stoffen und Stoffgemischen für den Wirbelkammerpyrolysereaktors
zu gemischt werden.
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Dem
Wirbelkammerpyrolysereaktor sind ein Zyklon und wenigstens ein Filter
direkt nachgeordnet, so dass das aus den Partikeln austretende beinhaltende
Pyrolysegas schnell vom Partikel entfernt und abgezogen wird. Für diesen
schnellen Abzug sind zwei Gründe
zu nennen. Zum Einen stellt schnell vom Partikel abgezogenes aerosolbeinhaltendes
Pyrolysegas sicher, dass zwischen reaktivem Partikelkern und dem Partikelrand
ein ausreichendes Konzentrationsgefälle entsteht, damit der Stofftransport möglichst
gut von Partikelkern zum Partikelrand erfolgt. Zum Anderen entstehen
durch die schnelle Pyrolyse vorzugsweise kurzkettige Moleküle. Verweilt das
aerosolbeinhaltende Gas zu lange im heißen Wirbelkammerpyrolysereaktor,
so entstehen immer mehr langkettige und große verzweigte Moleküle. Der
Teercharakter mit großen
Molekülen
verstärkt sich,
so dass sich Probleme bei der Lagerung und Einspritzung in die Verbrennungskraftmaschine
ergeben.
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Damit
kann der gesamte Prozess zur Herstellung von Pyrolyseöl vorteilhafterweise
durch Steuerung des Wirbelkammerreaktors gesteuert werden. Je nach
vorhandenen Betriebsparametern ist dieser Reaktor führbar. Dazu
wird die Luftzufuhr gesteuert, wobei der Wirbelkammerreaktor auch
ohne Luftzufuhr betreibbar ist. Vorteilhafterweise befindet sich
zur Steuerung eine Lambdasonde im Wirbelkammerreaktor.
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Pyrolyseöl des Behälters kann
direkt zur Verbrennungskraftmaschine geleitet werden. Natürlich kann
Pyrolyseöl
auch zeitlich und/oder örtlich
getrennt zu einer Verbrennungskraftmaschine geleitet werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis
13 angegeben.
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Der
Wirbelkammerreaktor ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
2 über
eine weitere Filtereinrichtung, einen weiteren Kühler und einen Katalysator
verbunden, wobei aus dem Katalysator Abgas nach außen geführt ist.
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Der
Wirbelkammerreaktor ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
3 eine direkt oder indirekt beheizte Wirbelkammer. Weiterhin ist
die Heizeinrichtung eine Verbrennungseinrichtung von Pyrolysegas
und/oder Pyrolyseöl
aus dem Wirbelkammerpyrolysereaktor und/oder von einem anderen Brennstoff
und/oder von organischen Stoffen und Stoffgemischen und/oder eine
elektrische Heizeinrichtung. Im Wirbelkammerpyrolysereaktor erzeugtes Pyrolysegas
wird damit zum direkten und indirekten Erhitzen der organischen
Stoffe und Stoffgemische im Wirbelkammerreaktor genutzt. Das direkte
Erhitzen basiert auf der Erwärmung
der organischen Stoffe und Stoffgemische selbst und das indirekte
Erhitzen basiert auf der Erwärmung
des Wirbelkammerreaktors durch Verbrennung und/oder elektrische
Heizung. Neben dem Pyrolysegas und/oder dem Pyrolyseöl kann in
Ausführungsformen
natürlich
auch anderer Brennstoff als Zusatz oder an Stelle des Pyrolysegases
und/oder Pyrolyseöls
eingesetzt werden.
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Der
Wirbelkammerreaktor und der Kühler sind
nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 so miteinander verbunden,
dass die organischen Stoffe und Stoffgemische im Wirbelkammerreaktor mit
Pyrolysegas aus dem Kühler
beaufschlagt werden. Die organischen Stoffe und Stoffgemische im Wirbelkammerreaktor
werden mittels des Pyrolysegases erhitzt.
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Die
Verbrennungskraftmaschine ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
5 mit einem Heißgasmotor
als weiteren Bestandteil des Kraftwerks gekoppelt, so dass die Abgase
zur weiteren Energieumwandlung genutzt werden.
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Die
Verbrennungskraftmaschine ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
6 über
einen Wärmeübertrager
mit einem Heißgasmotor
als weitere Bestandteile des Kraftwerks gekoppelt, so dass vorteilhafterweise
Abgase der Verbrennungskraftmaschine und nach dem Kühler vorhandenes
Pyrolysegas zur weiteren Energieumwandlung genutzt werden und ein
Blockheizkraftwerk realisiert ist.
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Der
Wirbelkammerreaktor und der Wirbelkammerpyrolysereaktor sind nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 jeweils mit einer Zufuhreinrichtung
für organische
Stoffe und Stoffgemische verbunden.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ist der Wirbelkammerreaktor
mit einer Zufuhreinrichtung für
organische Stoffe und Stoffgemische verbunden. Weiterhin ist in
die Verbindung zwischen dem Wirbelkammerreaktor und dem Wirbelkammerpyrolysereaktor
eine Zufuhreinrichtung für organische
Stoffe und Stoffgemische geschalten, so dass vorteilhafterweise
dem Gas des Wirbelkammerreaktors organische Stoffe und Stoffgemische
beigemischt werden.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 befinden sich in den jeweiligen
Verbindungen zwischen
- – dem Wirbelkammerreaktor und
dem Wirbelkammerpyrolysereaktor,
- – dem
Wirbelkammerpyrolysereaktor und dem Zyklon,
- – dem
Zyklon und der Filtereinrichtung,
- – der
Filtereinrichtung und dem Kühler,
- – dem
Zyklon und dem Wirbelkammerpyrolysereaktor sowie
- – der
Filtereinrichtung und dem Wirbelkammerreaktor
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Organe
zum Steuern des Flusses des jeweiligen Mediums. Weiterhin sind zum
Steuern des Flusses des jeweiligen Mediums die Betätigungseinrichtungen
der Organe mit einer Steuerung zusammengeschaltet. Damit kann die
Einrichtung optimal gesteuert werden. Die Steuerung ist dabei vorzugsweise
ein bekanntes Datenverarbeitungssystem.
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Im
Wirbelkammerreaktor ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
10 eine Lambdasonde zur Messung des Sauerstoffgehalts angeordnet,
wobei die Lambdasonde mit der Steuerung zusammengeschaltet ist.
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Damit
ist vorteilhafterweise der gesamte Prozess der Einrichtung zur Energiewandlung
durch Pyrolyse von organischen Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender
Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl
ausgehend vom Wirbelkammerreaktor steuerbar. Der Wirbelkammerpyrolysereaktor
ist sauerstofffrei und damit unter Luftabschluss geführt. Basis
dazu bildet die Luftzufuhr in den Wirbelkammereaktor, wobei der Prozess
auch unter Luftabschluss erfolgen kann.
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Die
Antriebe der Transporteinrichtungen sind nach der Weiterbildung
des Patentanspruchs 11 vorteilhafterweise mit der Steuerung gekoppelt,
so dass eine optimale Zufuhr an organischen Stoffen und Stoffgemischen
entsprechend der jeweilig herrschenden Prozessparameter erfolgen
kann.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 gelangen Gas und organischer
Stoff und Stoffgemisch mit der Düse
in den inneren Rohrschuss und/oder Gas mit der Düse und über der Düse eingefüllter und durch Schwerkraft
absinkender organischer Stoff und Stoffgemisch in den inneren Rohrschuss.
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Der
innere und/oder der äußere Rohrschuss sind
nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 vorteilhafterweise
ein Wärmeübertrager.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt
und wird im Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Einrichtung zur Energieumwandlung durch Flash-Pyrolyse von organischen
Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung des Pyrolysegases und
abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl
und
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2 eine
Ausführungsform
einer Einrichtung zur Energieumwandlung durch direkte Pyrolyse von
organischen Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl.
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Eine
Einrichtung zur Energieumwandlung durch Pyrolyse von organischen
Stoffen und Stoffgemischen 7, nachfolgender Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl
besteht im Wesentlichen aus einem Wirbelkammerreaktor 1,
einem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2, einem Zyklon 3,
Filtereinrichtungen 4, 8, Kühlern 5, 9 und
einer Verbrennungskraftmaschine 11.
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Die 1 zeigt
eine Einrichtung zur Energieumwandlung durch Flash-Pyrolyse von
organischen Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl
in einer prinzipiellen Darstellung.
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Der
Wirbelkammerreaktor 1 ist
- – ein im
Hochtemperaturprozess geführter
Wirbelkammerreaktor,
- – ein
Wirbelkammerreaktor 1 mit direkter Pyrolyse,
- – ein
Wirbelkammerreaktor 1 zur Verbrennung oder
- – ein
Wirbelkammerreaktor 1 für
wenigstens einen kombinierten Betrieb davon
ausgeführt.
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Bei
der Pyrolyse im Hochtemperaturprozess, auch als Flash-Pyrolyse bekannt,
werden die organischen Stoffe und Stoffgemische unter Sauerstoffausschluss
sehr schnell erhitzt, so dass Pyrolysegas entsteht.
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Bei
der direkten Pyrolyse werden zu pyrolysierende Stoffe und Stoffgemische 7 durch
Verbrennungsgase erhitzt. Die Pyrolyse gewinnt die erforderliche
Wärmeenergie
aus den organischen Stoffen und Stoffgemischen 7 selbst.
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Bei
der Verbrennung werden organische Stoffe und Stoffgemische 7 im
Wirbelkammerreaktor 1 verbrannt.
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Die
Steuerung der Reaktionen der organischen Stoffe und Stoffgemische 7 erfolgt
mittels einer Lambdasonde im Wirbelkammerreaktor 1.
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Die 2 zeigt
eine Einrichtung zur Energieumwandlung durch direkte Pyrolyse von
organischen Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl
in einer prinzipiellen Darstellung.
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Der
Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 ist mit dem Wirbelkammerreaktor 1 verbunden.
Das heiße Gas
des Wirbelkammerreaktors 1 führt dazu, dass die organischen
Stoffe und Stoffgemische 7 im Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 sehr
schnell erhitzt werden und dabei weitestgehend vergasen. Die schnelle Vergasung
führt vorteilhafterweise
zu Pyrolysegas mit überwiegend
kurzkettigen Molekülen.
Diese Vergasung erfolgt unter Luftabschluss.
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Die
Pyrolyse in Wirbelkammern und Wirbelkammern dafür sind bekannt. Der Wirbelkammerreaktor 1 ist
mit einer Zufuhreinrichtung für
organische Stoffe und Stoffgemische 7 verbunden. In die
Verbindung zwischen dem Wirbelkammerreaktor 1 und dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 ist
eine Zufuhreinrichtung für
organische Stoffe und Stoffgemische 7 geschalten, so dass
dem heißen
Gas des Wirbelkammerreaktors 1 organische Stoffe und Stoffgemische 7 beigemischt
werden. Alternativ kann der Wirbelkammerreaktor 1 und der
Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 jeweils mit einer Zufuhreinrichtung
für organische
Stoffe und Stoffgemische 7 verbunden sein, so dass jeweils
separat organische Stoffe und Stoffgemische 7 zuführbar sind.
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Mittels
dem dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 nachgeordneten Zyklon 3 und
der Filtereinrichtung 4 wird das Pyrolysegas von festen
Stoffen getrennt. Diese werden dem Wirbelkammerreaktor 1 und/oder
dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 als Pyrolysegut wieder
zugeführt,
so dass sich daraus ein geschlossener Kreislauf ergibt.
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Das
entstehende heiße
Pyrolysegas wird anschließend
im Kühler 5 schnell
abgekühlt
und kondensiert dabei zu einer Flüssigkeit, die etwa die Hälfte des
Heizwertes eines konventionellen Heizöls besitzt. Das dadurch entstandene
Pyrolyseöl
wird in dem zugeordneten Behälter 6 gespeichert.
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Die
aus dem Pyrolysegas im Zyklon 3 und der Filtereinrichtung 4 anfallenden
Feststoffe werden mittels Transporteinrichtungen dem Wirbelkammerreaktor 1 und/oder
dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 zugeführt.
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Abgas
aus dem Wirbelkammerreaktor 1 wird über die weitere Filtereinrichtung 8,
dem weiteren Kühler 9 und
einen Katalysator 10 in die Umwelt abgegeben.
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Der
Wirbelkammerreaktor 1 und der Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 sind
weiterhin jeweils mit einem Bettascheabzug 18 versehen,
so dass entstehende Asche entfernbar ist.
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In
den jeweiligen Verbindungen zwischen
- – dem Wirbelkammerreaktor 1 und
dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2,
- – dem
Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 und dem Zyklon 3,
- – dem
Wirbelkammerreaktor 1/dem Zyklon 3 und den Filtereinrichtungen 4, 8,
den Filtereinrichtungen 4, 8 und den Kühlern 5, 9,
dem Zyklon 3 und dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 sowie
- – den
Filtereinrichtungen 4, 8, dem Wirbelkammerreaktor 1 und
dem Wirbelkammerpyrolysereaktor 2
befinden sich
Organe zum Steuern des Flusses des jeweiligen Mediums. Zum Steuern
des Flusses des jeweiligen Mediums sind die Betätigungseinrichtungen der Organe
mit einer Steuerung in Form eines Datenverarbeitungssystems zusammengeschaltet.
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Mit
dem Datenverarbeitungssystem sind weiterhin die Antriebe der Transporteinrichtungen, die
Lambdasonde des Wirbelkammerreaktors 1, die Einrichtungen
zum Transport von organischen Stoffen und Stoffgemischen der Zufuhreinrichtungen
und von Ventilen verbunden.
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In
der Ausführungsform
der Einrichtung zur Energieumwandlung durch direkte Pyrolyse von
organischen Stoffen und Stoffgemischen, nachfolgender Verflüssigung
des Pyrolysegases und abschließender
Verbrennung von Pyrolyseöl
entsprechend der Darstellung in der 2 ist an
den Wirbelkammerreaktor 1 für organische Stoffe und Stoffgemische 7 eine
Heizeinrichtung 15 zum Erhitzen der organischen Stoffe
und Stoffgemische 7 im Wirbelkammerreaktor 1 gekoppelt.
Zur Verbrennung organischer Stoffe und Stoffgemische 7 entweder
in der Heizeinrichtung 15 sowie im Wirbelkammerreaktor 1 oder
nur in der Heizeinrichtung 14 ist eine gesteuerte Zufuhr
von Luft vorgesehen. Die Heizeinrichtung 15 ist dazu eine
Verbrennungseinrichtung entweder von Pyrolysegas und/oder Pyrolyseöl aus dem
Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 und/oder von einem anderen
Brennstoff 17 und/oder von organischen Stoffen und Stoffgemischen 7 und/oder
eine elektrische Heizeinrichtung. Zusätzlich zu den organischen Stoffen und
Stoffgemischen wird Pyrolysegas des Behälters 6 über einen
Filter 14 dem Wirbelkammerreaktor 1 und/oder der
Heizeinrichtung 15 zugeführt.
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Damit
ist eine komplexe und in sich geschlossene Einrichtung zur Herstellung
von Pyrolyseöl
aus organischen Stoffen und Stoffgemischen 7 vorhanden.
Abprodukte sind im Wesentlichen nur die Pyrolyserestprodukte aus
den organischen Stoffen und Stoffgemischen 7 des Wirbelkammerreaktor 1 und
des Wirbelkammerpyrolysereaktors 2.
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Der
Wirbelkammerreaktor 1 und der Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 sind
für die
Einrichtungen so ausgebildet, dass eine gute Anpassung der Geometrie
an die gestellten Anforderungen in Form eines schnellen Aufheizens
von Partikeln sowie eine kleine Verweilzeit der Partikel im Reaktor
gewährleistet
ist. Weiterhin ist der Wirbelkammerpyrolysereaktor 2 so ausgebildet,
dass das aus de Partikel austretende aerosolbeinhaltende Gas möglichst
schnell vom Partikel entfernt und abgezogen werden. Für diesen schnellen
Abzug sind zwei Gründe
zu nennen. Zum Einen stellt schnell vom Partikel abgezogenes aerosolbeinhaltendes
Gas sicher, dass zwischen reaktiven Partikelkern und der Partikelberandung
ein ausreichendes Konzentrationsgefälle entsteht und damit der
Stofftransport möglichst
gut von Partikelkern zur Partikelberandung erfolgt. Zum Anderen
entstehen durch die schnelle Pyrolyse vorzugsweise kurzkettige Moleküle. Verweilt
das aerosolbeinhaltende Gas zu lange im heißen Wirbelkammerpyrolysereaktor 2, entstehen
immer mehr langkettige und große
verzweigte Moleküle.
Der Teercharakter dieser Moleküle verstärkt sich,
so dass sich Probleme bei der Lagerung und der Einspritzung in eine
Verbrennungskraftmaschine 11 ergeben.
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Der
Aufbau und die Funktion des Wirbelkammerreaktors 1 und
des Wirbelkammerpyrolysereaktors 2 sind beispielsweise
wie folgt:
- – Im Reaktionsraum befinden
sich die Einbauten als innerer offener Rohrschuss und diesen seitlich und
oben umschließenden äußeren Rohrschuss. Beide
Rohrschüsse
können
auch als Wärmeübertrager
ausgebildet sein. Beispielsweise ist bei der Kraft-Wärme-Verbindung
insbesondere der innere Rohrschuss als Hochtemperaturwärmeübertrager
konzipiert.
- – Fluidgas/Pyrolysegas
und umzusetzende organische Stoffe und Stoffgemische 7 werden
von unten oder oben in den Reaktionsraum zugeführt.
- – Das
Fluidgas-/Pyrolysegas-Gemisch strömt in den inneren Rohrschuss
nach oben. Schwere und große
Partikel, die von der Fluidströmung
nicht getragen werden fallen wieder nach unten. Durch den den inneren
Rohrschuss umschließenden äußeren Rohrschuss
mit oberen Verschluss wird die Strömung von Pyrolysegas mit Partikeln
nach unten umgeleitet.
- – Am
unteren Ende des oben geschlossenen äußeren Rohrschusses erfolgt
eine erneute Umlenkung nach oben. Kleine bis mittelgroße Partikel, die
nicht der Strömung
nach oben folgen können, fallen
nach unten heraus, und gelangen wieder in den Umlauf, sogenannte
innere Rezirkulation.
- – Feine
und leichte Partikel, meist bereits abreagiert, werden vom Gasstrom
mitgerissen und gelangen damit aus dem jeweiligen Reaktor.
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Das
Behältnis 6 oder
die Behältnisse
mit dem aus dem Pyrolyseöl
durch Abkühlung
kondensierten Pyrolyseöl
sind an die Verbrennungskraftmaschine 11 für das Pyrolyseöl gekoppelt,
die gleichzeitig ein Bestandteil eines Kraftwerks zur Energieumwandlung
ist.
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In
einer Ausführungsform
ist die Verbrennungskraftmaschine 11 mit einem Heißgasmotor 12 als
weiteren Bestandteil des Kraftwerks gekoppelt, so dass die Abgase
zur weiteren Energieumwandlung genutzt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Verbrennungskraftmaschine 11 mit einem Heißgasmotor 12 und
einem Wärmeübertrager 16 als
weitere Bestandteile des Kraftwerks gekoppelt. Weiterhin wird Pyrolysegas
nach dem Kühler 5 und
dem Filter 14 dem Wärmeübertrager 16 zugeführt. Damit
bilden die Verbrennungskraftmaschine 11, der Wärmeübertrager 16 und
der Heißgasmotor 12 ein
Blockheizkraftwerk 13.
