DE102009026895A1

DE102009026895A1 - Vorrichtung zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen

Info

Publication number: DE102009026895A1
Application number: DE102009026895A
Authority: DE
Inventors: Bergmann Heinz
Original assignee: Heinz Bergmann Maschine fur Die Abfallwirtschaft Ek
Current assignee: Heinz Bergmann Maschine fur Die Abfallwirtschaft Ek
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: DE102009026895B4

Abstract

Eine Vorrichtung (100, 101, 102, 103) zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen, mindestens aufweisend einen Eingangsbereich (1), einen Aufschlussbereich (2) und einen Austrittsbereich (4) für die organischen Stoffe sowie einen Gasaustrittsbereich (3), - bei der im Aufschlussbereich (2) mindestens eine drehbare rotationssymmetrische Mischvorrichtung (7) mit einer Mantelfläche A angeordnet ist, wobei die Mischvorrichtung mindestens ein Mischelement (8) aufweist und wobei die Mischvorrichtung innerhalb eines Gehäuses (19) mit einem rotationssymmetrischen Innenwandmantel I angeordnet ist und mindestens ein Abstand d zwischen der Mantelfläche A und dem Innenwandmantel I besteht, der einen Durchtrittsbereich (6) für die organischen Stoffe aufspannt, - bei der das Gehäuse (19) mindestens eine Heizvorrichtung (5) zur Beheizung des Aufschlussbereiches (2) aufweist, - bei der im Eingangsbereich (1) eine Materialzuführungsvorrichtung (21) für die Zuführung der organischen Stoffe angeordnet ist, die mindestens einen Stauraum (10, 60) für die Ansammlung organischer Stoffe aufweist, - und bei der im Austrittsbereich (4) ein Ausschleusungsbereich (16) angeordnet ist, der einen weiteren Stauraum (70) für die Ansammlung entgaster organischer Stoffe aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen mindestens aufweisend einen Eingangsbereich, einen Aufschlussbereich und einen Austrittsbereich für die organischen Stoffe sowie eine Gasaustrittsöffnung.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen, insbesondere organische Reststoffen bekannt bei denen durch hohe Temperaturen von beispielsweise 500 bis 900°C eine thermische Spaltung der organischen Verbindung erreicht wird. In diesen Vorrichtungen wird ein sogenannter Pyrolysevorgang durchgeführt, bei dem brennbare Gase, brennbare Flüssigkeiten oder auch brennbare Feststoffe entstehen. Je nachdem, auf welche Weise dieser Pyrolysevorgang gesteuert wird, entstehen mehr oder weniger feste bzw. flüssige oder gasförmige Stoffe. Der entstehende Anteil an brennbaren Stoffen ist zudem stark abhängig von der Art der eingesetzten Rohstoffe. Bekannt ist z. B. der Einsatz von organischen Stoffen wie Holz oder anderen Biomassenprodukte. Um die Verbrennung der organischen Stoffe während des Pyrolyseprozesses zu verhindern, werden diese Verfahren in der Regel unter Sauerstoffausschluss anaerob durchgeführt. Grundsätzlich unterscheidet man bei Pyrolyseverfahren zwischen direkter Pyrolyse und indirekter Pyrolyse. Die direkte Pyrolyse erhitzt das zu pyrolysierende Gut durch Verbrennungsgase die Pyrolyse kann die erforderliche Wärmeenergie aus dem Pyrolysegut selbst gewinnen. Hier wird die Reaktionstemperatur durch die Luftzufuhr in einen geschlossenen Behälter gesteuert. Weit verbreitet ist aber auch die sogenannte indirekte Pyrolyse – die Pyrolyse in einem abgeschlossenen, von außen erhitzten Raum – bei der gezielt sauerstofffreie Atmosphären hergestellt werden. Die Beheizung von außen erfolgt in den meisten Systemen durch heiße Gase oder auch durch elektrische Heizungssysteme. Problematisch an dem bekannten Pyrolyseverfahren ist, dass sie aufgrund der eingesetzten hohen Temperaturen sehr hohe Energiemengen benötigen und aus diesem Grunde sehr kostenintensiv in der Durchführung sind. Zu dem können bei dem Aufschluss unter hohen Temperaturen schädliche und schwerabbaubare Abbauprodukte entstehen, die z. B. aus dem Pyrolysegas herausgewaschen werden müssen. Diese sogenannte Gaswäsche ist material- und zeitaufwändig, sodass die Durchführung eines solchen Pyrolyseverfahrens weiter verteuert wird.
Ausgehend von dieser Problemstellung ist es Aufgabe der Erfindung die bestehenden Probleme des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Vorrichtung zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen bereitzustellen, mit der kostengünstig und auf einer breiten Rohstoffbasis aus organischen Stoffen brennbare Gase erzeugt werden können, ohne dass ein zu großer Anteil an problematischen Abbauprodukten bei der Gaserzeugung entsteht.
Zur Problemlösung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung brennbarer Gase vorgesehen,

– bei der im Aufschlussbereich mindestens eine drehbare rotationssymmetrische Mischvorrichtung mit einer Mantelfläche A abgeordnet ist, wobei die Mischvorrichtung mindestens ein Mischelement aufweist und wobei die Mischvorrichtung innerhalb eines Gehäuses mit einem rotationssymmetrischen Innenwandmantel I angeordnet ist und mindestens ein Abstand d zwischen der Mantelfläche A und dem Innenwandwandmantel I besteht, der einen Durchtrittsbereich für die organischen Stoffe aufspannt,
– bei der das Gehäuse mindestens eine Heizvorrichtung zur Beheizung des Aufschlussbereiches aufweist,
– bei der im Eingangsbereich eine Materialzuführungsvorrichtung für die Zuführung der organischen Stoffe angeordnet ist, die mindestens einen Stauraum für die Ansammlung organischer Stoffe aufweist,
– und bei der im Austrittsbereich ein Ausschleusungsbereich angeordnet ist, der einen weiteren Stauraum für die Ansammlung entgaster organischer Stoffe aufweist.

Vorteilhafter Weise kann mit dieser Vorrichtung eine dezentrale Vorrichtung zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen, insbesondere organischen Reststoffen bereitgestellt werden, die z. B. auf lokalen Recyclinghöfen oder Abnahmestellen aufgestellt werden kann und die mit den dort anfallenden organischen Reststoffen wie z. B. Holzabfälle, Gartenabfälle oder sonstigen organischen Abfällen beschickt werden kann. Es ist vorteilhaft, das die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem niedrigen Temperaturbereich bis ca. 300°C betrieben werden kann und auf Grund dieser für eine Pyrolyse niedrigen Temperatur nur wenig Schadstoffe bei der Erzeugung der brennbaren Gase anfallen, sodass eine aufwändige Gaswäsche des erzeugten Gases nicht erforderlich ist. Es ist jedoch auch denkbar die Vorrichtung in einem Temperaturbereich bis 600°C zu betreiben.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Abfallprodukte, die bei der Gaserzeugung entstanden sind, direkt auf dem Recyclinghof gelagert werden oder auch als Dünger oder Brennstoff weiterverkauft werden können. Das aus den organischen Stoffen, z. B. Abfällen, erzeugte Gas kann nach einer entsprechenden Reinigung z. B. als Energieträger für einen Gasmotor verwendet werden, der einen Stromgenerator antreibt, mit dem zum einen die Vorrichtung selbst betreibbar ist und zum anderen der Strom in das Stromnetz einspeisbar ist. Die Abwärme bzw. die Auspuffwärme des Gasmotors kann beispielweise zur Beiheizung der Vorrichtung über Strahlungswärme genutzt werden. Dazu kann beispielsweise die Strahlungswärme auf einen Deckel der Mischvorrichtung geleitet werden. Es ist möglich, die durch die Abwärme oder die Auspuffwärme des Gasmotors erzeugt Strahlungswärme zur Vorheizung oder Zusatzheizung der Vorrichtung einzusetzen.
Vorteilhafter Weise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sogenannten Aufschlussbereich auf, der aus einer rotationssymmetrischen Mischvorrichtung mit einer Mantelfläche A und einer Antriebswelle bestehet, die innerhalb eines Gehäuses mit einem rotationssymmetrischen Innenwandmantel I angeordnet ist. Als Aufschlussbereich wird der Bereich angesehen, in dem die Umwandlung der organischen Stoffe, insbesondere organischer Reststoffe, in brennbares Gas und feste und ggf. flüssige Bestandteile erfolgt. In dem Bereich zwischen der Mantelfläche A und der Innenwandfläche I werden die organischen Stoffe geführt und aufgrund der in der Vorrichtung vorherrschenden Temperaturen und der damit verbundenen chemischen Pyrolyse-Reaktion unter anderem in Gas umgewandelt. Um eine effektive Durchmischung und weitere Erhitzung zu ermöglichen, sind an der Mantelfläche A der Mischvorrichtung eine Mehrzahl von Mischelementen angeordnet, die für die Durchmischung des organischen Materials sorgen. Zwischen der Innenwand I des Gehäuses und der Mantelfläche A der Mischvorrichtung besteht deshalb mindestens ein Abstand d, der einen Durchtrittsbereich für die organischen Stoffe definiert. Bei entsprechender Ausbildung der Mischvorrichtung oder der Innenwand I des Gehäuses ist es auch möglich, dass der Abstand d im Eingangsbereich kleiner ist als im Ausgangsbereich oder umgekehrt, dass der Abstand d im Ausgangsbereich kleiner ist als im Eingangbereich.
Um möglichst schnell und neben der Reibung noch mehr Wärmeenergie in die erfindungsgemäße Vorrichtung zu transportieren sind an dem Gehäuse ein oder mehrere Heizelemente vorgesehen, mit dem sich der Aufschlussbereich vorzugsweise indirekt beheizen lässt. Damit eine effektive Umsetzung der organischen Stoffe in brennbare Gase erzielt werden kann, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gasdicht ausgebildet, damit kein Sauerstoff von außen in die erfindungsgemäße Vorrichtung gelangen kann, wenn diese mit den organischen Stoffen gefüllt ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die organischen Stoffe innerhalb der Vorrichtung verbrannt werden, denn Ziel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, die Erzeugung brennbarer Gase durch die Verschwelung der organischen Stoffe zu ermöglichen. Um eine ausreichende Durchsatzleistung in der Vorrichtung zu erreichen, ist ihr im Eingangsbereich eine Materialzuführungsvorrichtung z. B. eine Stopfschnecke mit einer Schneckenwelle mit mindestens einem Schneckengang und mit einem die Schnecke umgebenen Schneckengehäuse vorgeschaltet, wobei das Schneckengehäuse und das Gehäuse der Vorrichtung gasdicht miteinander verbunden sind. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung soll sichergestellt werden, dass der Eingangsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung immer mit einer entsprechenden Menge an organischen Stoffen bedeckt ist und dass über die Stopfschnecke der Transport von frischen organischen Material in den Aufschlussbereich der Vorrichtung sichergestellt wird.
Vorteilhafter Weise kann sich der Schneckengang der Stopfschnecke nur teilweise entlang der Schneckenwelle erstrecken, sodass in dem Bereich der Stopfschnecke die den Eingangsbereich der Vorrichtung naheliegt kein Schneckengang vorgesehen ist. Dieser Bereich ist ein sogenannter Stauraum, in dem sich durch den Transport der Materialzuführungsvorrichtung, z. B. der Stopfschnecke, organisches Material ansammelt und einen sogenannten Stopfen bildet, der den Eingangsbereich und die Mischvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sauerstoffdicht verschließt. Dieser Stauraum kann zwischen Eingangsbereich und Aufschlussbereich angeordnet sein. Es können auch mehrere Stauräume im Eintrittsbereich der Vorrichtung vorgesehen sein, z. B. zu Beginn und/oder zum Ende der Materialzuführungsvorrichtung.
Damit kein Sauerstoff von außen in die erfindungsgemäße Vorrichtung eindringen kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaftweise gasdicht ausgebildet werden. Durch diese Ausbildung wird zudem verhindert, dass ungewollt Gas aus der Vorrichtung austreten kann.
Von Vorteil ist es, wenn die Schneckenwelle der Stopfschnecke mit der Welle der Mischvorrichtung verbunden ist. Auf diese Weise können Mischvorrichtung und Stopfschnecke durch ein Antriebsmittel, vorzugsweise einen Elektromotor angetrieben werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Welle der Mischvorrichtung und die Stopfschnecke mit unterschiedlichen Antriebsmitteln vorzugsweise Motoren angetrieben werden, um z. B. unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeiten für die beiden Wellen vorzusehen. Auf diese Weise kann z. B. die Mischvorrichtung mit einer geringeren Umdrehungszahl angetrieben werden als die Stopfschnecke. Auf diese Weise ist es denkbar die Dichte des Stopfens der im Eingangsbereich und/oder Aufschlussbereich beim Betrieb der Vorrichtung vorgesehen ist zu verändern. Ist die Umdrehungszahl der Stopfschnecke deutlich größer als die Umdrehungszahl der Mischvorrichtung, so kann beispielsweise eine höhere Dichte des Stopfens eingestellt werden.
Anstelle einer Stopfschnecke kann der Vorrichtung im Eingangsbereich ebenfalls eine Kolbenhub-Stopfpresse mit mindestens einem Kolben und mit einem die Kolbenhub-Stopfpresse umgebenden Stopfpressengehäuse vorgeschaltet sein, wobei die Kolbenhub-Stopfpresse und das Gehäuse der Vorrichtung Gasdicht miteinander verbunden sind. Mit der Kolbenhub-Stopfpresse kann über eine lineare Bewegung das organische Material in die Mischvorrichtung gepresst werden. In diesem Fall ist es auch wichtig, dass die Kolbenhub-Stopfpresse und das Gehäuse der Vorrichtung Gasdicht miteinander verbunden sind um zu verhindern, dass Sauerstoff in die erfindungsgemäße Vorrichtung eindringt und dort zu einem Verbrennen der organischen Stoffe führt. Es ist auch möglich, dass der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Eingangsbereich alternativ ein Förderband mit einer Gasschleuse vorgeschaltet ist. Hierbei ist auch darauf zuachten, dass das Förderband ein Förderbandgehäuse aufweist, dass mit der Vorrichtung gasdicht verbunden ist.
Des Weiteren kann sich an den Eingangsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein weiterer Zuführbereich mit mindestens einer Förderschnecke, einem umgebenden Schneckengehäuse und einem Aufnahmebereich für organische Stoffe anschließen. Dieser Zuführbereich kann als Aufnahmebereich z. B. einen Trichter aufweisen, in dem die vorzerkleinerten organischen Stoffe eingebracht werden können. Über die Förderschnecke gelangen die vorzerkleinerten organischen Stoffe in den Bereich der Stopfschnecke bzw. der Kolbenhubpresse oder des Förderbandes. In den Aufnahmebereich können z. B. Holzhackschnitzel oder gehäckselte Gartenabfälle eingebracht werden.
Um den Eingangsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Betrieb gasdicht auszubilden, ist im Eingangsbereich mindestens ein Stauraum zur Ansammlung organischen Materials vorzusehen. In diesem Stauraum sammelt sich wie bereits vorab beschrieben das durch die Stopfschnecke bzw. Presskolben oder das Förderband transportierte organische Material an und bildet somit den bereits zuvor beschriebenen gasdichten Stopfen.
Um die Gasdichtigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter zu verbessern kann in dem Bereich der Materialzuführungsvorrichtung beispielsweise der Stopfschnecke oder der Förderschnecke bzw. in dem Bereich zwischen der Kolbenhub-Stopfpresse und der Förderschnecke oder in dem Bereich zwischen dem Förderband und der Förderschnecke mindestens ein weiterer Stauraum zur Ansammlung organischen Materials vorgesehen sein. Auch in diesem Stauraum sammelt sich beim Betrieb der Vorrichtung organisches Material an, das auch in diesem Bereich der Vorrichtung einen gasdichten Stopfen bildet und so zum einen den Austritt von bereits erzeugtem Gas und zum anderen den Eintritt von Sauerstoff in die Vorrichtung verhindert.
Um einen verbesserten Abtransport des entgasten Materials aus der Mischvorrichtung zu ermöglichen, kann die Mischvorrichtung einen Deckel aufweisen, an dem mindestens ein Abstreifmittel angeordnet sein kann, das die entgasten organischen Stoffe in Richtung des Austrittsbereiches befördert. Solche Abstreifmittel können z. B. Bleche sein, die auf dem Deckel befestigt beispielsweise angeschraubt oder angeschweißt sind. Durch die Drehbewegung der Mischvorrichtung können die entgasten festen organischen Stoffe leichter und effektiver in Richtung des Ausgangsbereichs und eines nachfolgend beschriebenen Auschleusungsbereiches befördert werden.
Vorteilhafter Weise kann dem Austrittsbereich der organischen Stoffe bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Ausschleusungsbereich nachgeschaltet sein, der eine Förderschnecke mit einer Schneckenwelle mit mindestens einem Schneckengang und mit einem die Schnecke umgebenden Schneckengehäuse umfasst, wobei das Schneckengehäuse und das Gehäuse der Vorrichtung gasdicht miteinander verbunden sind. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, das entgaste Material, z. B. die Feststoffe, nach dem Abschluss des Aufschlussprozesses des organischen Materials aus der Vorrichtung auszuschleusen. Dabei kann durch die Förderschnecke das Material nach Außen transportiert werden, sodass die Beförderung des entgasten Materials nicht nur durch die Abstreifer bewerkstelligt werden muss, die auf dem Deckel der Mischvorrichtung vorgesehen sein können.
Vorteilhafter Weise erstreckt sich auch der Schneckengang der Förderschnecke, die im Ausschleusungsbereich vorgesehen sein kann, nur teilweise entlang der Schneckenwelle. Durch diese Ausbildung kann erreicht werden, dass auch im Ausschleusungsbereich ein Freiraum bzw. Stauraum vorgesehen ist, in dem sich bei Betrieb der Vorrichtung ein Stopfen aus entgasten organischen Material bilden kann, der die Vorrichtung im Betrieb gasdicht abdichtet, sodass das entweichende Gas nur aus dem Gasaustrittsbereich, der ebenfalls an der Vorrichtung vorgesehen ist, austreten kann und von außen kein Sauerstoff in die Vorrichtung eindringen kann. Vorteilhafter Weise kann der Gasaustritt ein regelbares Ventil, bzw. als Einwegeventil aufweisen, sodass sichergestellt ist, dass durch den Gasaustrittsbereich kein Sauerstoff in die Vorrichtung eindringen kann.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Vorrichtung im Ausschleusungsbereich ein Förderkolben mit einem dem Förderkolben umgebenden Kolbengehäuse nachgeschaltet ist, wobei das Kolbengehäuse und das Gehäuse der Vorrichtung gasdicht miteinander verbunden sind. Der Förderkolben hat bei dieser Ausbildungsform die Aufgabe, das entgaste organische Material aus der Vorrichtung heraus zu befördern. Auch hierbei kann vorgesehen sein, dass in einem Bereich des Ausschleusungsbereiches ein Stauraum bzw. Freiraum befindet, indem sich beim Betrieb der Anlage ein gasdichter Stopfen aus organischen Material bildet, der wie bereits oben be schrieben den Eintritt von Sauerstoff in die Vorrichtung und den Austritt von Gas aus der Vorrichtung verhindert. Alternativ ist es auch möglich, anstelle des Förderkolbens oder der Förderschnecke im Ausschleusungsbereich der Vorrichtung ein Förderband mit einer Gasschleuse nachzuschalten, wobei der Abtransport des entgasten festen organischen Materials über das Förderband mit einer Gasschleuse geleistet wird.
Insgesamt können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung drei Stauräume vorgesehen sein, in denen es beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansammlung von organischem Material kommt, wodurch eine gasdichte Abdichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden kann.
Die rotationssymmetrische Mischvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine zylindrische, kegel- oder kegelstumpfförmige Form aufweisen. Dies bedeutet, dass die Mischvorrichtung beispielsweise als Kegel oder Kegelstumpf ausgeführt sein kann, an dem eine Mehrzahl von Mischelementen angeordnet sein kann. Es ist aber auch möglich, die Mischvorrichtung als Zylinder auszubilden, an dem eine Mehrzahl von Mischelementen angeordnet sein können.
Die Mischelemente können theoretisch auch als Schneckengang angeordnet sein, der sich um die rotationssymmetrische Mischvorrichtung windet. Durch diese Ausbildung kann erreicht werden, dass das organische Material durch die schneckenförmigen Windungen am Mantel der Mischvorrichtung in die erfindungsgemäße Vorrich tung hineinbefördert werden kann ohne dass eine gesonderte Materialzuführungsvorrichtung notwendig ist.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Mischelemente an dem rotationssymmetrischen Körper der Mischvorrichtung angeordnet sind oder als durchgehende Ringe an der Mischvorrichtung vorgesehen sind. Damit der Materialtransport entlang der rotationssymmetrischen Mischvorrichtung und den rotationssymmetrischen Innenmantel I der Vorrichtung funktionieren kann, ist es erforderlich, dass dazwischen mindestens ein Abstand d vorgesehen ist, der den Durchtrittsbereich für die organischen Stoffe aufspannt. Durch die Drehbewegung der Mischvorrichtung in Kombination mit der Materialzuführungsvorrichtung, insbesondere der Drehbewegung der Stopfschnecke bzw. der Auf- und Abbewegung des Förderkolbens bzw. der Bewegung des Förderbandes wird so der Transport der organischen Stoffe durch die Vorrichtung in Richtung des Austrittsbereiches ermöglicht.
Vorteilhafter Weise können die Förderschnecken bzw. die Stopfschnecke und auch die Mischvorrichtung mit einem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor angetrieben werden. Dazu sind die Schnecken bzw. die Mischvorrichtung mit dem Motor verbunden. Sind Mischvorrichtung und Stopfschnecke miteinander verbunden, so können sie mit einem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor, angetrieben werden. Es ist jedoch auch möglich, Mischvorrichtung und Stopfschnecke mit unterschiedlichen Motoren zu betreiben um wie bereits oben erläutert unterschiedliche Drehzahlen zu realisieren.
Für die Beheizung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorteilhafter Weise Heizvorrichtungen an der Vorrichtung vorgesehen. Hierbei kann z. B. eine umlaufende Heizvorrichtung, d. h. ein das Gehäuse der Vorrichtung zumindest teilweise umgebende Heizvorrichtung, verwendet werden. Es ist auch möglich, eine Mehrzahl von einzelnen Heizelementen an der Vorrichtung vorzusehen. Die Heizvorrichtung kann dazu auf dem rotationssymmetrischen Innenwandmantel I angeordnet werden. Die Heizelemente können beispielsweise über erhitztes Wasser, Wasserdampf, erhitztes Thermeöl, mindestens einen Elektroheizstab oder auch Strahlungswärme mit Wärmeenergie versorgt werden. Es ist auch möglich, Kombinationen von den eben beschriebenen Heizmedien zur Erhitzung der Heizelemente bzw. des Heizelementes zu verwenden. Hierzu können beispielsweise auch mehrere Heizkreisläufe vorgesehen sein.
Damit ein möglichst großer Anteil der eingebrachten Wärme auch in der Vorrichtung verbleibt, kann das Gehäuse der Mischvorrichtung mit einer Wärmedämmung, vorzugsweise aus Perlite, umgeben sein. Durch diese Wärmedämmung kann verhindert werden, dass zuviel Wärmeenergie durch Wärmeabstrahlung von der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Außen abgegeben wird und deshalb die Prozessführung unnötig verteuert wird.
Da sich die organischen Stoffe auf Ihrem Weg durch die Vorrichtung immer weiter zersetzen, kann es zu einem Volumenschwund der organischen Stoffe kommen je weiter sie in Vorrichtung in Richtung des Austrittsbereiches gelangen. Aus diesem Grunde ist es möglich, den Ab stand d zwischen der Mantelfläche A und dem Innenwandmantel I im Eintrittsbereich der Vorrichtung größer auszubilden als am Austrittsbereich der Vorrichtung. Um dieses zu erreichen kann beispielsweise bei einer Vorrichtung mit einer kegelstumpfförmigen Mischvorrichtung ein anderer Kegelwinkel vorgesehen sein, als der Kegelwinkel eines ebenfalls kegelstumpfförmigen Innenwandmantels I. Es ist auch möglich den Abstand d im Eingangsbereich der Vorrichtung kleiner aus zubilden als im Austrittsbereich, um z. B. im Eintrittsbereich durch die verstärkte Reibung einen stärkeren Temperaturanstieg zu erreichen.
Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in einem höheren Temperaturbereich betrieben werden oder werden beispielsweise sehr feuchte organische Stoffe für die Gaserzeugung verwendet, so ist es vorteilhaft, die Vorrichtung nicht nur gasfest sonder auch druckdicht auszubilden, um durch das Auftreten von Dampfdrücken eine Zerstörung der Vorrichtung zu verhindern.
Es ist ebenfalls möglich, dass die rotationssymmetrische Mischvorrichtung auf Ihrer Mantelfläche eine Mehrzahl von treppenförmigen Absätzen aufweist, die zur entsprechenden treppenförmigen Absätzen des Innenwandmantels I des Gehäuses korrespondieren durch diese Ausbildung der Vorrichtung kann erreicht werden, dass die organischen Stoffe bei der Drehung der auf diese Weise ausgebildeten Mischvorrichtung von einer Treppenstufe auf die nächste befördert werden und im Verlauf des Durchtritts der organischen Stoffe durch die Vorrichtung weiter und weiter aufgeschlossen, d. h. entgast werden.
Vorteilhafter Weise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung kontinuierlich mit organischen Stoffen beschickt, sodass sichergestellt ist, dass immer ausreichend organische Stoffe zur Verfügung stehen, die in den verschiedenen zuvor genannten Bereichen einen gasdichten Stopfen bilden.
Anhand einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: eine vergrößerte Darstellung der Abdichtung der Antriebseinheit an der Vorrichtung aus 1;
3: die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 1, die gasdichte Stopfen aus organischem Material aufweist;
4: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und;
6: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen, die einen Eingangsbereich 1, einen Aufschlussbereich 2 einen Austrittsbereich 4 für die organischen Stoffe aufweist sowie eine Gasaustrittsöffnung 3. An der Gasaustrittsöffnung 3 kann z. B. ein Einwegeventil vorgesehen sein, das verhindert, dass Sauerstoff von außen in die Vorrichtung 100 eindringen kann.
Im Aufschlussbereich 2 der Vorrichtung ist eine drehbar rotationssymmetrische Mischvorrichtung 7 – in diesem Fall eine kegelstumpfförmige Mischvorrichtung – mit einer Mantelfläche A und einer antreibbaren Welle 11 vorgesehen, die eine Mehrzahl von Mischelementen 8 aufweist. Die kegelstumpfförmige Mischvorrichtung 7 ist innerhalb eines Gehäuses 19 mit einem ebenfalls kegelstumpfförmigen Innenwandmantel I angeordnet. Zwischen dem Innenwandmantel I und der Mantelfläche A der Mischvorrichtung 7 ist ein Abstand d vorgesehen, der einen Durchtrittsbereich 6 für die organischen Stoffe aufspannt. Zur Beheizung des Aufschlussbereiches 2 bzw. von Innenwandmantel I und Mischvorrichtung 7 sind an dem Innenwandmantel I Heizvorrichtungen 5 vorgesehen, die über ein Thermoöl mit einer Temperatur von ca. 300°C beheizt werden. Das Gehäuse 19 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ist mit einer Perlite-Wärmedämmung versehen, um die Abgabe von Wärmeenergie nach außen zu verringern. Die Mischvorrichtung 7 wird über ein Antriebsmittel 20, in diesem Fall einen Elektromotor, angetrieben. Die Mischvorrichtung 7 weist einen Deckel 28 auf, an dem mindestens ein Abstreifmittel vorgesehen sein kann, das das entgaste Material aus dem Austrittsbereich 4 aus der Vorrichtung 100 herausbefördert. Das bei dem Aufschluss bzw. Vergasungsprozess entstandene Gas wird über eine Gasaustrittsöffnung 3 abgeleitet. Im Eintrittsbereich 1 der Vorrichtung 100 ist eine Stopfschnecke 9 als Materialzuführungsvorrichtung angeordnet, die eine Schneckenwelle 25 mit mindestens einem Schneckengang 23 aufweist, und die von einem umgebenden Schneckengehäuse 24 versehen ist, wobei das Schneckengehäuse 24 und das Gehäuse 19 der Vorrichtung 100 gasdicht miteinander verbunden sind. Der Schneckengang 23 der Stopfschnecke 9 erstreckt sich nur teilweise entlang der Schneckenwelle 25. Auf diese Weise wird ein Freiraum/Stauraum geschaffen, in dem beim Betrieb der Vorrichtung 100 ein gasdichter Stopfen aus organischen Stoffen gebildet wird. Der Förderschnecke 9 ist ein Zuführbereich 12 mit einer Förderschnecke 13 und einem umgebenden Schneckengehäuse 27 sowie einem trichterförmigen Aufnahmebereich 14 für organische Stoffe vorgeschaltet, in den zerkleinerte bzw. homogenisierte Organische Reststoffe beispielsweise Holzhackschnitzel einer definierten Größe eingegeben werden können. Die Förderschnecke 13 ist über ein Antriebsmittel, z. B. mit einem Elektromotor antreibbar und befördert die in den Aufnahmebereich 14 eingegebenen Stoffe in Richtung der Stopfschnecke 9. Zwischen der Stopfschnecke 9 und der Förderschnecke 13 ist ein weiterer Freiraum/Stauraum 60 vorgesehen, in dem sich beim Betrieb der Vorrichtung 100 ein Stopfen aus organischen Stoffen bildet, der die Vorrichtung 100 gasdicht verschließt. Die Stopfschnecke 9 sowie die Welle 26 der Mischvorrichtung 7 sind miteinander verbunden, sodass sie mit der gleichen Umdrehungszahl angetrieben werden.
An den Austrittsbereich 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 schließt sich ein Ausschleusungsbereich 16 an, der eine Förderschnecke 17 mit einer Schneckenwelle 30 und einem Schneckengang 32 sowie mit einem die Schnecke umgebenden Schneckengehäuse 31 umfasst, wobei das Schneckengehäuse 31 und das Gehäuse 19 der Vorrichtung 100 gasdicht miteinander verbunden sind. Die Förderschnecke 17 wird von einem Antriebsmittel, einem Elektromotor 18, angetrieben. Auch die Förderschnecke 17 zeichnet sich dadurch aus, dass sich der Schneckengang 32 der Förderschnecke 17 nur teilweise entlang der Schneckenwelle 30 erstreckt. Auf diese Weise entsteht auch im Ausschleusungsbereich 16 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ein Freiraum/Stauraum 70 in dem sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ein gasdichter Stopfen aus entgasten organischen Stoffen bildet, der den Eintritt von Sauerstoff in die Vorrichtung verhindert.
2 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus 1 im Bereich des Anschlusses des Motors 20 an die Vorrichtung 100. Es ist dargestellt, dass der Motor 20 über Dichtungen 40 und 41 gasdicht mit der Vorrichtung 100 verbunden ist.
3 zeigt schematisch die Vorrichtung 100, bei der die bereits zu 1 beschriebenen Stauräume/Freiräume 10, 60, 70 dargestellt sind, in diesen Räumen bilden sich bei Betrieb der Vorrichtung 100 gasdichte Stopfen aus organischen Stoffen. In 3 ist ebenfalls zu erkennen, dass der Abstand d zwischen Mantelfläche A der kegelförmigen Mischvorrichtung 7 und dem Innenwandmantel I des Gehäuses 19 im Eingangsbereich 1 und im Austrittsbereich 4 gleich groß ist. Es ist jedoch auch möglich, im Eingangsbereich 1 einen größeren Abstand d₁ einzusehen als im Ausgangsbereich 4 mit einem kleineren Abstand d₂. Dazu kann z. B. der Konus der kegelstumpfförmigen Mischvorrichtung 7 größer sein als der Konus des Innenwandmantels I.
4 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 101 zur Erzeugung von brennbaren Gasen aus organischen Material. Die Vorrichtung 101 weist eine kegelstumpfförmige Mischvorrichtung 7 auf, die innerhalb des Innenwandmantels I des Gehäuses 19 angeordnet ist. Im Unterschied zur Mischvorrichtung 7 mit der Mantelfläche A und zum Innenwandmantel I des Gehäuses 19 aus 1 mit einem gleichmäßigen Abstand d zwischen dem Innenwandmantel I und der Mantelfläche A ist bei der Vorrichtung 101 im Eingangsbereich 1 ein größerer Abstand d₁ vorgesehen als im Ausgangsbereich 4. Der dort vorgesehene Abstand d₂ ist kleiner als der Abstand d₁ im Eingangsbereich 1. Das bedeutet, dass der Abstand d von der Mantelfläche A der Mischvorrichtung 7 zum Innenwandmantel I vom Eingangsbereich 1 bis zum Austrittbereich 4 kontinuierlich kleiner wird. Eine sol che Ausbildung der Abstände d₁, d₂ kann gewählt werden, da die organischen Stoffe im Ausgangsbereich 4 bereits soweit verdichtet bzw. entgast sind, so dass ein gleichgroßer Abstand wie im Eingangsbereich 1 nicht mehr notwendig ist, um einen gute Gasausbeute zu erhalten. Wird der Abstand d₂ kleiner gewählt als der Abstand d₁ ist, der von diesen Abständen aufgespannte Raum kleiner als bei gleich großen Abständen d₁ und d₂ und ein entsprechende kleinerer Raum muss beheizt werden. Deshalb muss bei dieser Ausbildung weniger Wärmeenergie zur Reizung der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Der Kegelwinkel der Mischvorrichtung 7 kann bei dieser Ausführungsform 66° und der Kegelwinkel des Innenwandmantels I des Gehäuses 19 60° betragen. Die Ausdehnungen der Mischvorrichtungen 8 sind an die unterschiedlichen Abstände d angepasst. Der weitere Aufbau der Vorrichtung 101 entspricht dem der Vorrichtung 100 aus den 1 bis 3.
5 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 102. Bei der Ausführungsform sind die Abstände d₁ und d₂ ebenfalls unterschiedlich gewählt. So ist bei der Vorrichtung 102 der Abstand d₁ im Eingangsbereich 1 kleiner ausgebildet als der Abstand d₂ im Ausgangsbereich 4 der Vorrichtung 102. Das bedeutet, dass der Abstand d von der Mantelfläche A der Mischvorrichtung 7 zum Innenwandmantel I vom Eingangsbereich 1 bis zum Austrittbereich 4 kontinuierlich größer wird. Der Kegelwinkel der Mischvorrichtung 7 beträgt 53° und der Kegelwinkel des Innenwandmantels I des Gehäuses 19 beträgt 60°. Die Ausdehnungen der Mischelemente 8 sind an die unterschiedlichen Abstände d angepasst. Der weitere Aufbau der Vorrichtung 102 entspricht dem der Vorrichtung 100 aus den 1 bis 3.
6 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 103. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 103 sind Mischvorrichtung 7 und Innenwandmantel I des Gehäuses 19 treppenförmig ausgebildet. Durch die Drehung der Mischvorrichtung und den Stopfvorgang der Stopfschnecke 9 wird das organische Material beim Betrieb der Vorrichtung 103 von einer Stufe auf die nächste Stufe des Innenwandmantel i gehoben und dabei erhitzt und durchmischt. Die an der Mischvorrichtung 7 vorgesehenen Stufen dienen hierbei als Mischelemente 8. Der weitere Aufbau der Vorrichtung 103 entspricht dem der Vorrichtung 100 aus den 1 bis 3.

100: Vorrichtung
101: Vorrichtung
102: Vorrichtung
103: Vorrichtung
1: Eingangsbereich
2: Aufschlussbereich
3: Gasaustrittsbereich
4: Austrittsbereich
5: Heizelemente
6: Durchtrittsbereich
7: Mischvorrichtung
8: Mischelemente
9: Stopfschnecke
10: Freiraum/Stauraum
11: Welle
12: Zuführbereich
13: Förderschnecke
14: Aufnahmebereich
15: Motor
16: Ausschleusungsbereich
17: Förderschnecke
18: Motor
19: Gehäuse
20: Motor
21: Materialzuführungsvorrichtung
23: Schneckengang
24: Schneckengehäuse
25: Schneckenwelle
27: Schneckengehäuse
28: Deckel
30: Schneckenwelle
31: Schneckengehäuse
32: Schneckengang
40: Dichtung
41: Dichtung
50: Stopfen aus organischem Material
51: Stopfen aus organischem Material
52: Stopfen aus organischem Material
60: Freiraum/Stauraum
70: Freiraum/Stauraum
I: Innenwandmantel
A: Mantelfläche
d: Abstand
d₁: Abstand
d₂: Abstand

Claims

Vorrichtung (100, 101, 102, 103) zur Erzeugung brennbarer Gase aus organischen Stoffen mindestens aufweisend einen Eingangsbereich (1), einen Aufschlussbereich (2) und einen Austrittsbereich (4) für die organischen Stoffe sowie einen Gasaustrittbereich (3), – bei der im Aufschlussbereich (2) mindestens eine drehbare rotationssymmetrische Mischvorrichtung (7) mit einer Mantelfläche A abgeordnet ist, wobei die Mischvorrichtung mindestens ein Mischelement (8) aufweist und wobei die Mischvorrichtung innerhalb eines Gehäuses (19) mit einem rotationssymmetrischen Innenwandmantel I angeordnet ist und mindestens ein Abstand d zwischen der Mantelfläche A und dem Innenwandwandmantel I besteht, der einen Durchtrittsbereich (6) für die organischen Stoffe aufspannt, – bei der das Gehäuse (19) mindestens eine Heizvorrichtung (5) zur Beheizung des Aufschlussbereiches (2) aufweist, – bei der im Eingangsbereich (1) eine Materialzuführungsvorrichtung (21) für die Zuführung der organischen Stoffe angeordnet ist, die mindestens einen Stauraum (10, 60) für die Ansammlung organischer Stoffe aufweist, – und bei der im Austrittsbereich (4) ein Ausschleusungsbereich (16) angeordnet ist, der einen weiteren Stauraum (70) für die Ansammlung entgaster organischer Stoffe aufweist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzuführungsvorrichtung (21) eine Stopfschnecke (9) mit einer Schneckenwelle (25), mit mindestens einem Schneckengang (23) und mit einem die Schnecke (9) umgebenden Schneckengehäuse (24) vorgeschaltet ist, wobei das Schneckengehäuse (24) und das Gehäuse (19) der Vorrichtung (100) gasdicht miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schneckengang (23) der Stopfschnecke (9) nur teilweise entlang der Schneckenwelle (25) erstreckt.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (25) der Stopfschnecke (9) mit der Welle (26) der Mischvorrichtung (7) verbunden ist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (25) der Stopfschnecke (9) ein eigenes Antriebsmittel aufweist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzuführungsvorrichtung (21) eine Kolbenhub-Stopfpresse, mit mindestens einem Kolben und mit einem die Kolbenhub-Stopfpresse umgebenden Stopfpressengehäuse vorgeschaltet ist, wobei die Kolbenhub-Stopfpresse und das Gehäuse (19) der Vorrichtung (100) gasdicht miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Eingangsbereich (1) ein Zuführbereich (12) mit mindestens einer Förderschnecke (13), einem umgebenden Schneckengehäuse (27) und einem Aufnahmebereich (14) für organische Stoffe anschließt.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (7) einen Deckel (28) aufweist, an dem mindestens ein Abstreifmittel angeordnet ist, das entgaste organischen Stoffe in Richtung des Austrittsbereichs (4) befördert.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschleusungsbereich (16) eine Förderschnecke (17) mit einer Schneckenwelle (30), mit mindestens einem Schneckengang (32) und mit einem die Schnecke (17) umgebenden Schneckengehäuse (31) umfasst, wobei das Schneckengehäuse (31) und das Gehäuse (19) der Vorrichtung (100) gasdicht miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schneckengang (32) der Förderschnecke (17) nur teilweise entlang der Schneckenwelle (30) erstreckt.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausschleusungsbereich (16) ein Förderkolben mit einem den Förderkolben umgebenden Kolbengehäuse angeordnet ist, wobei das Kolbengehäuse und das Gehäuse (19) der Vorrichtung (100) gasdicht miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Mischvorrichtung (7) eine zylindrische, kegel- oder kegelstumpfförmige Form aufweist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecken (13, 17) mit jeweils einem Motor (18, 33), vorzugsweise einem Elektromotor, antreibar sind.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (7) mit einem Motor (20), vorzugsweise einem Elektromotor, antreibbar ist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mischvorrichtung (7) und Stopfschnecke (9) durch denselben Motor, vorzugsweise einen Elektromotor, antreibbar sind.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (5) als Heizmittel erhitztes Wasser, Wasserdampf, erhitztes Thermoöl, mindestens einen Elektroheizstab oder Strahlungswärme aufweist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19) der Mischvorrichtung (7) eine Wärmedämmung, vorzugsweise aus Perlite, aufweist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand d zwischen der Mantelfläche A und dem Innenwandmantel I im Eingangsbereich (1) größer oder kleiner ist als im Austrittsbereich (4).
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie druckfest ausgebildet ist.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Mischvorrichtung (7) auf ihrer Mantelfläche A eine Mehrzahl von treppenförmigen Absätzen aufweist, die zu entsprechenden treppenförmigen Absätzen des Innenwandmantels I des Gehäuses (19) korrespondieren.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (8) als mindestens ein Schneckengang ausgebildet sind, der sich um die Mischvorrichtung (7) windet.
Vorrichtung (100, 101, 102, 103) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie kontinuierlich beschickbar ist.