DE102009003441A1 - Einkoppeleinheit, Mikrowellenreaktor und Verfahren zum Einkoppeln von Mikrowellen - Google Patents

Einkoppeleinheit, Mikrowellenreaktor und Verfahren zum Einkoppeln von Mikrowellen Download PDF

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Abstract

Zum Einkoppeln von Mikrowellen in einen Reaktor zur Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material wird eine Einkoppeleinheit vorgeschlagen, die mindestens ein scheibenförmiges Element aus einem Material aufweist, das für Mikrowellen transparent ist, wobei das scheibenförmige Element im eingebauten Zustand der Einkoppeleinheit den Innenraum eines Mikrowellenreaktors vom Außenraum des Mikrowellenreaktors abtrennt, und die eine Gaszufuhr (8, 9, 10, 13) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum (16) zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements (12) mündet. Das zugeführte Gas (11) bildet ein Schutzpolster gegen mögliche störende Ablagerungen auf dem scheibenförmigen Element (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einkoppeleinheit für einen Mikrowellenreaktor, die mindestens ein scheibenförmiges Element aus einem Material aufweist, das für Mikrowellen transparent ist, wobei das scheibenförmige Element im eingebauten Zustand der Einkoppeleinheit den Innenraum eines Mikrowellenreaktors vom Außenraum des Mikrowellenreaktors abtrennt. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Mikrowellenreaktor für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material mit einer solchen Einkoppeleinheit sowie auf ein Verfahren zum Einkoppeln von Mikrowellen in einen Reaktor zur Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material durch ein scheibenförmiges Element aus einem für Mikrowellen transparentes Material.
  • Vor dem Hintergrund sinkender Ressourcen an fossilen Brennstoffen bekommt die dezentrale Energieversorgung auf der Basis von Abfall oder Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen immer mehr Bedeutung. Bei der Biomassen- oder Abfallverbrennung wird Wärme erzeugt, die z. B. zum Heizen von Gebäuden oder von Wasser verwendet werden kann. Bei der Vergasung wird neben Wärme auch Brenngas erzeugt, das in Motoren zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
  • Die Vergasung läuft allgemein in mehreren Schritten ab: dem Trocknen/Erhitzen zur Vorbereitung, der Pyrolyse und der Vergasung, nämlich der Umsetzung der Pyrolyseprodukte durch Oxidation und Reduktion. Das entstehende Gas enthält u. a. Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan, die als Brennstoff dienen können. Die Zusammensetzung des entstehenden Gases hängt von dem verwendeten Reaktionsgas und der Temperatur ab, bei der die Vergasung abläuft. Zu höheren Temperaturen hin nimmt die Konzentration an Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu und nimmt die Konzentration an Methan ab.
  • Aus der WO 2007/093428 A1 ist bekannt, zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Gas das Trocknen und/oder das Erhitzen und die Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Materials mit Hilfe von Mikrowelleneinstrahlung und Wärmebestrahlung durchzuführen und danach die Pyrolyseprodukte zu vergasen. Dazu wird das kohlenstoffhaltige Material in einer Mikrowellenstation mit Heizeinheit bestrahlt, und dann zur Vergasung mit Hilfe einer Wasserdampf-Plasmaquelle in einen Reaktor weitergeleitet.
  • Beim Einkoppeln von Mikrowellen zu Pyrolysezwecken in die Mikrowellenstation ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, den Innenraum der Mikrowellenstation von dessen Außenraum, wo u. a. Mikrowellengeneratoren und Hohlleiter angeordnet sein können, zu trennen. Daher wird das Einkoppeln der Mikrowellen durch ein scheibenförmiges Element aus einem für Mikrowellen transparenten Material hindurch vorgenommen. Es hat sich herausgestellt, dass sich während der Pyrolyse auf dem scheibenförmigen Element Pyrolyseprodukte ablagern, die das Einkoppeln der Mikrowellen beeinträchtigen können.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei der auch während des Pyrolysevorgangs Mikrowellen möglichst unbeeinträchtigt in den Mikrowellenreaktor einzukoppeln.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einkoppeleinheit für einen Mikrowellenreaktor, die mindestens ein scheibenförmiges Element aus einem Material aufweist, das für Mikrowellen transparent ist, wobei das scheibenförmige Element im eingebauten Zustand der Einkoppeleinheit den Innenraum eines Mikrowellenreaktors vom Außenraum des Mikrowellenreaktors abtrennt, gekennzeichnet durch eine Gaszufuhr, die derart angeordnet ist, dass sie auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements mündet.
  • Die Möglichkeit, an der Einkoppeleinheit reaktorseitig Gas vor dem oder mehreren scheibenförmigen Elementen, durch das oder die die einzukoppelnden Mikrowellen durchtreten, einzulassen, erlaubt das Bilden einer Art Schutzpolster aus dem Gas vor dem oder den scheibenförmigen Elementen, durch das ein Vordringen von Pyrolyseprodukten bis zur reaktorseitigen Oberfläche des oder der scheibenförmigen Element unterdrückt wird. Auf diese Weise wird das Ablagern von Pyrolyseprodukten auf dem mindestens einen scheibenförmigen Element und eine daraus resultierende Beeinträchtigung der Einkoppelleistung der Mikrowellen wirkungsvoll verringert. Ferner kann das Gaspolster auch als thermische Isolierung des mindestens einen scheibenförmigen Elements oder auch zur Kühlung der Einkoppeleinheit dienen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das scheibenförmige Element in eine Halterung eingefügt, die als Gaszufuhr mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass aufweist, der auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements mündet. Dies erlaubt nicht nur eine kompakte Bauweise der Einkoppeleinheit, sondern erlaubt auch eine besonders effiziente Kühlung der Halterung und damit der Einkoppeleinheit.
  • Vorteilhafterweise sind der Gaseinlass und der Gasauslass über einen in der Halterung verlaufenden, gekrümmten Kanal verbunden, um die kühlende Wirkung des Gases möglichst gut ausnutzen zu können, indem möglichst viel Material der Halterung mit dem Gas in Kontakt kommt.
  • Besonders bevorzugt weist der Kanal einen in sich geschlossenen Verlauf um das scheibenförmige Element auf und zweigen mindestens zwei Teilkanäle vom ihm als Gasauslass ab. Auf diese Weise kann bei sehr kompakter Bauweise erreicht werden, dass gleichermaßen eine gute Kühlung des Einkoppelelements, insbesondere im Bereich des scheibenförmigen Elements, und über die zwei oder mehr Teilkanäle ein besonders dichtes Gasschutzpolster vor dem mindestens einen scheibenförmigen Element gewährleistet werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Halterung derart ausgebildet, dass sie zusammen mit dem scheibenförmigen Element eine Vertiefung auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements bildet. Durch die Verringerung des Raumwinkels, über den Pyrolyseprodukte bis zum mindestens einen scheibenförmigen Element vordringen können, wird die Wahrscheinlichkeit einer störenden Ablagerung dieser Pyrolyseprodukte auf der im eingebauten Zustand dem Mikrowellenreaktor zugewandten Seite weiter verringert. Bei Zufuhr von geeignetem Gas kann diese Vertiefung als kleiner Reaktor wirken, in dem Pyrolyseprodukte aus dem Mikrowellenreaktor in unschädliche Substanzen umgesetzt werden können, die sich nicht auf dem oder den scheibenförmigen Element ablagern. Bei Vorhandensein von mehr als einem scheibenförmigen Element können wahlweise eine Vertiefung pro scheibenförmigem Element oder auch mehrere scheibenförmige Elemente pro Vertiefung vorgesehen sein.
  • Besonders bevorzugt mündet bei dieser Ausführungsform der mindestens eine Gasauslass in der Vertiefung, um einen optimalen Schutz des mindestens einen scheibenförmigen Elements durch das in die Vertiefung eingelassene Gas zu gewährleisten. Vorteilhafterweise werden die Druckverhältnisse der Gaszufuhr so eingestellt, dass die Vertiefung im wesentlichen ganz mit dem Gas gefüllt ist, um störende Ablagerungen auf dem scheibenförmigen Element zu verhindern. Auch die Reaktorfunktion der Vertiefung kann durch das Einlassen des Gases unmittelbar in die Vertiefung verbessert werden.
  • Vorzugsweise ist die Halterung zweiteilig ausgeführt. Indem etwa die Strukturen für die Gaszufuhr in die eine Hälfte der Halterung eingebracht werden und sie durch die zweite Hälfte der Halterung abgedeckt werden, können die Herstellungskosten für die Einkoppeleinheit gering gehalten werden.
  • Vorteilhafterweise ist das mindestens eine scheibenförmige Element aus Quarzglas. Quarzglas ist nicht nur transparent für Mikrowellen, insbesondere im Wellenlängenbereich, der für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigen Material besonders geeignet ist. Es ist auch sehr hitzebeständig und weist einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass die Einkoppeleinheit sich im Bereich um das scheibenförmige Element bei den bei einer Pyrolyse auftretenden Temperaturen gut abdichten lässt.
  • Ferner wird diese Aufgabe durch einen Mikrowellenreaktor für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material mit einer zuvor beschriebenen Einkoppeleinheit gelöst. Gerade bei der Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material bilden sich diverse Pyrolyseprodukte wie Teer oder Ruß, die durch das mittels der Einkoppeleinheit vor dem scheibenförmigen Element gebildete Gasschutzpolster wirksam von einer Ablagerung auf dem scheibenförmigen Element abgehalten werden können.
  • Diese Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Einkoppeln von Mikrowellen in einen Reaktor zur Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material durch ein scheibenförmiges Element aus einem für Mikrowellen transparentes Material gelöst, bei dem auf der dem Reaktor zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements Gas eingelassen wird.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird als Gas Wasserdampf eingelassen. Dies hat u. a. den Vorteil, dass über den Wasserdampf ein Oxidationsmittel für die Dampfreformierung zur Verfügung gestellt wird, mit dessen Hilfe der Anteil an Wasserstoff bei einer sich an die Pyrolyse anschließenden Vergasung erhöht werden kann. Die Pyrolyseprodukte und zumindest ein Teil des Wasserdampfes können sich im Pyrolysereaktor bereits gut vermischen, wodurch auch der Wirkungsgrad der sich an die Pyrolyse ggf. anschließenden Vergasung erhöht wird.
  • Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Einkoppeleinheit im eingebauten Zustand;
  • 2 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Einkoppeleinheit aus 1 von der im eingebauten Zustand einem Hohlleiter zugewandten Seite;
  • 3 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Einkoppeleinheit aus 1 von der im eingebauten Zustand dem Mikrowellenreaktor zugewandten Seite;
  • 4 eine Draufsicht des Oberteils der Ausführungsform der Einkoppeleinheit aus 1; und
  • 5 eine Draufsicht des Unterteils der Ausführungsform der Einkoppeleinheit aus 1.
  • Die 1 zeigt im Schnitt eine Einkoppeleinheit 23, die auf einer Seite über eine Befestigungsschraube 14 mit einem Hohlleiter 1 für Mikrowellen 15 verbunden ist und auf ihrer anderen Seite über einen Flansch 4 mit einem Mikrowellenreaktor 24 verbunden ist. Die Einkoppeleinheit weist eine Quarzglasscheibe 12 auf, die in einer Halterung eingefügt ist. Die Halterung ist ihrerseits zweiteilig aufgebaut und weist ein Oberteil 2 und ein Unterteil 3 auf.
  • Der Hohlleiter 1 ist mit einem nicht dargestellten Mikrowellengenerator verbunden, in dem die Mikrowellen 15 generiert werden, die in den Mikrowellenreaktor 24 eingekoppelt werden, um dort mit deren Hilfe die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material durchzuführen. Die Pyrolysewirkung kann durch Wärmestrahlung einer am Mikrowellenreaktor 24 befindlichen Heizeinrichtung verstärkt werden.
  • Aus Sicherheitsgründen herrscht im Reaktorinnenraum 16 ein leichter Unterdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre außerhalb des Reaktors 24 und innerhalb des Hohlleiters 1. Aus rein technologischer Sicht könnte die Mikrowellenpyrolyse im Reaktor 24 auch bei Atmosphären- oder leichtem Überdruck durchgeführt werden. Um den Druck und übrige Parameter wie etwa Temperatur im Reaktorinnenraum 16 einstellen zu können und eine Verschmutzung des Hohlleiters 1 wie auch einen Eintrag von unerwünschten Substanzen in den Reaktorinnenraum 16 zu verhindern, sind der Hohlleiterinnenraum 17 und der Reaktorinnenraum durch eine Quarzglasscheibe 12 voneinander getrennt.
  • Quarzglas hat den Vorteil, für Mikrowellen, wie sie für die Pyrolyse benötigt werden, transparent zu sein und außerdem den hohen Temperaturen im Reaktorinnenraum 16 während der Pyrolyse standzuhalten. Um eine hinreichende Abdichtung auch bei Temperaturen von ca. 200–250°C zu erreichen, werden O-Ringe 5, 6 verwendet, die zwischen Quarzglasscheibe 12 und Oberteil 2 bzw. zwischen Unterteil 3 und Reaktorflansch 4 angeordnet sind.
  • Im Oberteil 2 ist ein Gaseinlass 8 vorgesehen, durch den im hier dargestellten Beispiel 8 Wasserdampf eingeführt wird. Über einen Verbindungskanal 9 wird der Wasserdampf einem Ringkanal 13 zugeführt, der um die Quarzglasscheibe 12 herum verläuft und von dem Dampfkanäle 10 abzweigen, die im Bereich 19 vor der dem Reaktorinnenraum 16 zugewandten Seite der Quarzglasscheibe 12 münden. Dabei bilden die Quarzglasscheibe 12 zusammen mit dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 eine Vertiefung 19, in die der Wasserdampf 11 austritt.
  • Der Wasserdampf oder unter Umständen ein anderes eingelassenes Gas übernimmt eine Vielzahl von vorteilhaften Funktionen. Zum einen dient er zur Kühlung der Einkoppeleinheit 23 und damit auch des Hohlleiters 1 und des Flansches 4. Zum anderen dient er der thermischen Isolierung des Quarzglasfensters 12 gegenüber den im Reaktorinnenraum 16 während der Pyrolyse herrschenden Temperaturen.
  • Besondere Vorteile der Verwendung von Wasserdampf bestehen darin, dass die Mikrowellen in den Wasserdampf einkoppeln, was zu einer gleichmäßigen Erwärmung des Reaktorinnenraums beiträgt. Dabei koppeln die Mikrowellen nicht nur beim Eintritt in den Reaktorinnenraum in den Wasserdampf ein. Insbesondere bei nicht sehr gefülltem Reaktorinnenraum oder bei ungünstiger Position von metallischen Komponenten innerhalb des Reaktorinnenraums, kann es vorkommen, dass Mikrowellen in Richtung Hohlleiter reflektiert werden. Bevor sie in den Hohlleiter eintreten und eventuell den Mikrowellengenerator schädigen, werden sie – je nach Intensität und je nach Wasserdampfkonzentration – im Wasserdampf zum großen Teil oder sogar ganz absorbiert, so dass eine Schädigung der Komponenten zur Mikrowellengeneration vermieden werden kann. Außerdem dient der Wasserdampf als Oxidationsmittel für eine Dampfreformierung der Pyrolyseprodukte bzw. bereits entstandener Vergasungsprodukte.
  • Eine wichtige Funktion des Wasserdampfes oder unter Umständen eines anderen eingelassenen Gases besteht darin, die Quarzglasscheibe 12 gegen Verschmutzung durch Substanzen im Reaktorinnenraum 16 zu schützen. Eine Verschmutzung, z. B. durch Ablagerungen von Pyrolyseprodukten, die bei der Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material entstehen können, würde die Einkoppelung der Mikrowellen 15 behindern und so zu Leistungsverlusten und Störungen der Pyrolyseanlage und einer ggf. daran angeschlossenen Vergasungsanlage führen. Bei zu starker Verschmutzung der Quarzglasscheibe 12 durch Ablagerungen könnte es sogar so weit kommen, dass die Ablagerungen so viel Mikrowellenleistung absorbieren, dass lokal Temperaturen erreicht werden, die zu einem Bersten der Quarzglasscheibe 12 führen können.
  • Durch das Einleiten von Wasserdampf 11 oder eines anderen Gases in den Bereich vor der dem Reaktor zugewandten Seite der Quarzglasscheibe 12 bildet sich vor der Quarzglasscheibe 12 eine Art Schutzpolster aus Wasserdampf bzw. anderem Gas, das verhindert, dass die Pyrolyseprodukte oder andere schädliche Substanzen bis zur Oberfläche der Quarzglasscheibe 12 vordringen und sich dort ablagern.
  • Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Wasserdampf liegt darin, dass durch das Einkoppeln der Mikrowellen in den Wasserdampf dieser sich erhitzt und sich in Richtung Reaktorinnenraum 16 ausdehnt. Dies führt zusätzlich dazu, dass aufsteigende Pyrolyseprodukte oder anderer Schmutz durch die Volumenvergrößerung des Wasserdampfes entstehende Strömung zurück in den Reaktor 24 transportiert wird und sich nicht auf der Quarzglasscheibe 12 ablagern kann.
  • Das Vorsehen einer Vertiefung 19, in die der Wasserdampf 11 über die Dampfkanäle 10 eingelassen wird, führt zu einer Verringerung des Raumwinkels, über den Pyrolyseprodukte oder andere schädliche Substanzen bis zur Quarzglasscheibe 12 vordringen können. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer störenden Ablagerung dieser Pyrolyseprodukte auf der im eingebauten Zustand dem Mikrowellenreaktor zugewandten Seite weiter verringert. Bei der Zufuhr von Wasserdampf kann diese Vertiefung zusätzlich als kleiner Dampfreformierungsreaktor wirken.
  • In 2 ist die Einkoppeleinheit 23 perspektivisch von der Seite gezeigt, die im eingebauten Zustand dem Hohlleiter zugewandt ist. Auf dieser Seite ist die Quarzglasscheibe 12 in das Oberteil 2, das auf dem Unterteil 3 aufliegt, eingefügt. Im Oberteil 2 befindet sich seitlich auch zwei Dampfeinlässe 8.
  • Die entsprechende Ansicht der Einkoppeleinheit 23 von der Seite, die im eingebauten Zustand dem Reaktor zugewandt ist, ist in 3 dargestellt. Die übereinanderliegenden Ober- und Unterteile 2, 3 sind mittels zweier gegenüberliegenden Schrauben 18, die in die Bohrungen 22 (4) eingreifen, miteinander befestigt. Ferner sind Bohrungen 21 vorgesehen, über die die Einkoppeleinheit 23 am Reaktor befestigt werden kann. Die Abdichtung gegen den Reaktor geschieht dabei über den im Unterteil 3 eingefügten O-Ring 6. Die Dampfkanäle 10, die in der Vertiefung 19 münden, die von den Ober- und Unterteilen 2, 3 und der Quarzglasscheibe 12 gebildet wird, sind im hier dargestellten Beispiel im wesentlichen äquidistant angeordnet, um ein möglichst homogenes Gas- bzw. Wasserdampf-Schutzpolster zu bilden, dass die Oberfläche der Quarzglasscheibe 12 möglichst gut und vollständig von verschmutzenden Substanzen im Reaktorinneren abgeschirmt wird. Im hier dargestellten Beispiel sind die Mündungen der Dampfkanäle rund ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass sich dort weniger als bei schlitzförmigen Mündungen eine lokale Konzentration von Mikrowellen bildet.
  • Der Verlauf der Dampfkanäle 10 ist deutlicher in den 4 und 5 dargestellt, die das Oberteil 2 (4) und das Unterteil 3 (5) jeweils von der Seite mit den Dampfkanälen 10 zeigt. Die Dampfkanäle 10 sind im hier dargestellten Beispiel in sowohl Oberteil 2 und Unterteil 3 als obere und untere Abschnitte ausgebildet, die kongruent übereinander anzuordnen sind. In anderen Varianten könnten die Dampfkanäle 10 auch nur im Unterteil 3 oder Oberteil 2 ausgebildet sein, wie beispielsweise der Ringkanal 13, der seinerseits in weiteren Varianten nur im Unterteil 3 oder sowohl im Unterteil 3 als auch im Oberteil 2 ausgebildet sein kann. Im hier dargestellten Beispiel sind sechs Dampfkanäle 10 vorgesehen, die von dem Ringkanal 13 abzweigen (siehe 4). Der Ringkanal 13 steht über die Verbindungskanäle 9 mit den Dampfeinlässen 8 in Verbindung. Zum einen wird über diese Ausgestaltung mit mehreren Dampfeinlässen 8, einem Ringkanal 13 und mehreren Dampfkanälen 10 eine möglichst homogene Dampf- bzw. Gasverteilung in der Vertiefung 19 erreicht. Außerdem trägt die gleichmäßige Verteilung von Kanälen 10, 13 über die Fläche des Ober- bzw. Unterteils 2, 3 dazu bei, diese effizient mit dem Dampf zu kühlen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass das hier dargestellte Ausführungsbeispiel in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden kann. So können auch zwei, drei oder mehr Quarzglasscheiben vorgesehen sein, die jede ihre eigene Vertiefung und ihre eigenen Dampfkanäle oder gemeinsame Vertiefungen und gemeinsame Dampfkanäle aufweisen. Allgemein ist die Anzahl der Dampfkanäle und der Dampfeinlässe beliebig. Es können ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder beliebig mehr sein. Ebenso ist die Anzahl der Ringkanäle beliebig wie auch deren Verlauf, die – wie bei den Dampfkanälen und den Dampfeinlässen – von der Geometrie der jeweiligen Einkoppeleinheit und u. a. den Anforderung an das Gasschutzpolster und die Kühlfunktion bestimmt werden. Im übrigen können auch mehr als eine Einkoppeleinheit an einem Mikrowellenreaktor für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material vorgesehen sein.
  • Auch die Vertiefung im Bereich des Einkoppelfensters wie der Quarzglasscheibe kann in Form und Art beliebig ausbildet werden. Insbesondere bei einer mehrteiligen Ausführung der Halterung des Einkoppelfensters brauchen nicht alle Halterungsteile zur Vertiefung beizutragen. Ebenso kann die Form der Einkoppelfenster beliebig an die Geometrie der Einkoppeleinheit und der daran anzuschließenden Hohlleiter und Reaktoren angepasst werden.
  • Bei dem Material für die Einkoppelfenster können außer Quarzglas auch alle anderen Materialien verwendet werden, die für Mikrowellen transparent sind. Das Ober- und Unterteil der Einkoppeleinheit sind vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl oder Aluminium. Im Falle von Aluminium und der Verwendung von Wasserdampf als Schutzgas für das Einkoppelfenster wird zum Schutz vor Korrosion bevorzugt eloxiertes Aluminium oder mit abriebfesten Keramikkristallen beschichtetes Aluminium eingesetzt.
  • 1
    Hohlleiter
    2
    Oberteil
    3
    Unterteil
    4
    Flansch
    5
    O-Ring zur Abdichtung der Quarzglasscheibe
    6
    O-Ring zur Abdichtung des Reaktorflansches
    7
    O-Ring zur Abdichtung des Ringkanals
    8
    Dampfeinlass
    9
    Verbindungskanal zum Ringkanal
    10
    Dampfkanal
    11
    austretender Wasserdampf
    12
    Quarzglasscheibe
    13
    Ringkanal
    14
    Befestigungsschraube für Hohlleiter
    15
    Mikrowelle
    16
    Reaktorinnenraum
    17
    Hohlleiterinnenraum
    18
    Befestigungsschraube für Ober- und Unterteil
    19
    Vertiefung
    20
    Bohrung
    21
    Bohrung
    22
    Bohrung
    23
    Einkoppeleinheit
    24
    Mikrowellenreaktor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2007/093428 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Einkoppeleinheit für einen Mikrowellenreaktor, die mindestens ein scheibenförmiges Element aus einem Material aufweist, das für Mikrowellen transparent ist, wobei das scheibenförmige Element im eingebauten Zustand der Einkoppeleinheit den Innenraum eines Mikrowellenreaktors vom Außenraum des Mikrowellenreaktors abtrennt, gekennzeichnet durch eine Gaszufuhr (8, 9, 10, 13), die derart angeordnet ist, dass sie auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum (16) zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements (12) mündet.
  2. Einkoppeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (12) in eine Halterung (2, 3) eingefügt ist, die mindestens einen Gaseinlass (8) aufweist und mindestens einen Gasauslass (10), der auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum (16) zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements (12) mündet.
  3. Einkoppeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (8) und der Gasauslass (10) über einen in der Halterung (2, 3) verlaufenden, gekrümmten Kanal (13) verbunden sind.
  4. Einkoppeleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (13) einen in sich geschlossenen Verlauf um das scheibenförmige Element (12) aufweist und mindestens zwei Teilkanäle (10) vom ihm als Gasauslass abzweigen.
  5. Einkoppeleinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2, 3) derart ausgebildet ist, dass sie zusammen mit dem scheibenförmigen Element (12) eine Vertiefung (19) auf der im eingebauten Zustand dem Reaktorinnenraum (16) zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements (12) bildet.
  6. Einkoppeleinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gasauslass (10) in der Vertiefung (19) mündet.
  7. Einkoppeleinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung zweiteilig (2, 3) ausgeführt ist.
  8. Einkoppeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige Element (12) aus Quarzglas ist.
  9. Mikrowellenreaktor für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material mit einer Einkoppeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren zum Einkoppeln von Mikrowellen in einen Reaktor zur Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material durch ein scheibenförmiges Element aus einem für Mikrowellen transparentes Material, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Reaktor zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements Gas eingelassen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserdampf eingelassen wird.
DE102009003441A 2009-02-05 2009-02-05 Verfahren zum Betrieb einer Einkoppeleinheit eines Mikrowellenreaktors für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material Expired - Fee Related DE102009003441B4 (de)

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