DE102010044437A1

DE102010044437A1 - Verfahren zur thermischen Behandlung organischer Ausgangsstoffe oder eines Gemisches organischer und anorganischer Ausgangsstoffe sowie Vorrichtung dazu

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Publication number: DE102010044437A1
Application number: DE201010044437
Authority: DE
Inventors: Bernd-Uwe Hildebrandt; Karl Friedrich Hisza; Ludgar Morthorst
Original assignee: PYROLYSE GbR VERTRETEN DURCH KARL FRIEDRICH HISZA
Current assignee: PYROLYSE GbR VERTRETEN DURCH KARL FRIEDRICH HISZA
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-03-08

Abstract

Das Verfahren zeichnet sich im Wesentlichen aus durch einen ersten Drehrohrofen (7), in welchem einen Thermolysereaktion der Ausgangsstoffe (1) bewirkt wird, und durch einen dem ersten Drehrohrofen (7) nachgeordneten zweiten Drehrohrofen (17), in welchem unter Zuführung von Wasserdampf (18) eine Synthesereaktion der während der Thermolysereaktion gewonnenen kohlenstoffhaltigen Feststoffe (12) bewirkt wird. Die gewonnenen brennbaren Reaktionsgase, nämlich Thermolysegas (11) und Synthesegas (19) werden vor ihrer Verwertung bzw. Bevorratung als Gasgemisch (22) einer Gas-Kühlung und Gas-Wäsche unterzogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung organischer Ausgangsstoffe oder eines Gemisches organischer und anorganischer Ausgangsstoffe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6.
Aus der Praxis ist es seit langem bekannt, durch thermisch-chemische Aufspaltung organischer Verbindungen, beispielsweise organischer Verbindungen aus Abfallstoffen, unter Sauerstoffabschluss (anaerob) weiterverwertbare brennbare Gase und andere Reststoffe zu erzeugen. Verfahren und Vorrichtungen unterschiedlichster Art sind dazu bekannt. Im Wesentlichen geht es nunmehr darum, unter Vermeidung von Schadstoffen die Ausbeute an brennbaren und demgemäß verwertbaren Gasen zu maximieren.
So ist aus der DE 28 44 741 A1 ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Müll, hier als Pyrolyse bezeichnet, bekannt, welches zunächst in einem von außen beheizten Drehrohrofen unter weitgehendem Luftabschluss ein sogenanntes Verschwelen des Mülls vorsieht. Im Anschluss daran werden die Schwelgase zwecks Crackung der in ihnen enthaltenen langkettigen organischen Bestandteile einer Hochtemperaturbehandlung innerhalb eines von den Schwelgasen durchströmten und seinerseits ebenfalls beheizten Reaktors geführt. Durch diese Maßnahme soll ein Pyrolysegas bereitgestellt werden, welches ein geringen Gehalt an organischen Schadstoffen aufweist. Aus dem Schwelgas werden vor Eintritt desselben in besagten Reaktor vermittels eines Zyklons Ruß und daran adsorptiv gebundene Schadstoffe abgeschieden. Das sich ergebende Pyrolysegas wird abschließend einer Nachbehandlung durch Nassreinigung (Wasser) unterzogen.
Weiterhin wird mit der DE 41 39 512 A1 ein gattungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, welches im Wesentlichen vorschlägt, Abfallstoffe in einem Pyrolyseofen unter Luftabschluss bei Temperaturen bis 800°C einem Schwelprozess zu unterwerfen, das daraus gewonnene und dampfförmige Kohlenwasserstoffe enthaltende Pyrolysegas und festen Pyrolyserückstand voneinander zu trennen, den festen Pyrolyserückstand zu klassieren und koksartige Bestandteile als Feingut unter Zusatz von fluiden Brennstoff einem Vergasungsreaktor zuzuführen. Im Vergasungsreaktor sollen diese Bestandteile bzw. Stoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel autotherm zu einem CO- und H₂-haltigen Gas und einem mineralischen Rückstand umgesetzt werden. Weiter ist gemäß dieser Druckschrift vorgesehen, dass der Umsatz mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel im Flugstrom in Form einer Flammenreaktion erfolgt. Eine diesem Verfahren ähnliche Lösung ist auch mit der DE 44 46 803 A1 offenbart.
Ferner wird mit der DE 43 38 927 A1 ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen vorgeschlagen, bei dem in einer ersten thermischen Stufe zunächst die Abfallstoffe in einem im Gleichstrom betriebenen und direkt beheizten Drehrohrrofen verschwelt werden. Das bei der Schwelung erhaltene Schwelgas soll einer thermischen Nachverbrennungsvorrichtung zugeführt werden. Schließlich sollen die bei der Schwelung erhaltenen Schwelreststoffe (Pyrolysekoks) einer mechanischen Aufbereitung zugeführt und in einer zweiten Stufe nach Abtrennung einer Teilmenge zur Bildung eines Tauchbetts des Drehrohrofens in einem Vergasungszyklon unter Zusatz von Sauerstoff zu Synthesegas umgewandelt werden.
Demgegenüber wird mit der DE 44 35 144 A1 vorgeschlagen, das bei der Schwelung erhaltene Pyrolysegas in heißem Zustand direkt in den Vergasungszyklon einzuführen, in welchem der Kohlenstoff des Pyrolysekokses sowie die Kohlenwasserstoffe des Pyrolysegases bei Temperaturen oberhalb 1400°C zu einem CO- und H₂-reichen Synthesegas umgesetzt werden.
Schließlich ist aus der DE 203 16 169 U1 eine Vorrichtung zur Niedrigtemperaturpyrolyse bekannt, welche einen Pyrolyseofen, eine Vorwärmkammer und eine Auskühlkammer aufweist, wobei der Pyrolyseofen mit der Vorwärmkammer über eine Abgasleitung derart verbunden ist, dass das Abgas eines Brenners von der Beheizung des Pyrolyseofens zur Pyrolyse gleichzeitig die Vorwärmkammer erwärmt. Ferner sind ein Kondensator für das Pyrolysegas, eine Trenneinheit für Pyrolysegas und Pyrolyseöl, ein Pyrolyseöltank und eine Gas-Fackel für nicht kondensiertes Pyrolysegas vorgesehen. Insoweit soll der Kondensator für das Pyrolysegas mittels Kühlwasser gekühlt werden. Der nicht kondensierbare Anteil des Pyrolysegases wird einer Abfackelung vermittels besagter Gas-Fackel zugeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Verfahren zur thermischen Behandlung organischer Ausgangstoffe oder eines Gemisches organischer und anorganischer Ausgangsstoffe anzugeben, welches unter Beibehaltung der Vorteile des Standes der Technik mit geringstem maschinen- und anlagentechnischem Aufwand einen größtmöglichen Ertrag an verwertbaren respektive brennbaren Gasen gewährleistet. Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Ausgehend von einem Verfahren zur thermischen Behandlung organischer Ausgangsstoffe oder eines Gemisches organischer und anorganischer Ausgangsstoffe zur Erzielung definierter Produkte, insbesondere brennbarer Gase, wobei besagte Ausgangsstoffe durch feste und/oder flüssige Stoffe gebildet sind, wird die gestellte Aufgabe durch folgende nacheinander durchzuführende Verfahrensschritte gelöst:

a) Beschickung einer drehbaren und beheizbaren Ofentrommel eines ersten Drehrohrofens mit besagten Ausgangsstoffen durch eine Zuführeinrichtung der Ofentrommel hindurch unter Zufuhr von Stickstoffgas in besagte Zuführeinrichtung und Verdrängen sowie Abführen etwaigen in dieselbe während der Beschickung eindringenden Sauerstoffes,
b) Schließen der Ofentrommel des ersten Drehrohrofens und Bewirken einer Thermolysereaktion der besagten Ausgangsstoffe durch thermische Behandlung derselben weitestgehend unter Sauerstoffausschluss,
c) Austragen des gewonnenen brennbaren Thermolysegases und kohlenstoffhaltiger Feststoffe aus dem ersten Drehrohrofen,
d) Überführung der in der Verfahrensstufe c) gewonnenen kohlenstoffhaltigen Feststoffe in eine drehbare und beheizbare Ofentrommel eines zweiten Drehrohrofens,
e) Schließen der Ofentrommel des zweiten Drehrohrofens und Bewirken einer Synthesereaktion der besagten kohlenstoffhaltigen Feststoffe durch thermische Behandlung derselben und unter Zuführung von Wasserdampf (Dampfreformierung),
f) Austragen des gewonnenen brennbaren Synthesegases und ascheförmiger Reststoffe aus dem zweiten Drehrohrofen,
g) Zusammenführen der aus der Thermolysereaktion und der Synthesereaktion gewonnenen brennbaren Reaktionsgase [Thermolysegas/Synthesegas] zu einem Gasgemisch,
h) Kühlung des brennbaren Gasgemisches,
i) Reinigung des brennbaren Gasgemisches, und
k) Verwertung und/oder Bevorratung des gekühlten und gereinigten brennbaren Gasgemisches.

Die vorstehenden Maßnahmen gewährleisten in ihrer Kombination einen größtmöglichen Ertrag an verwertbaren respektive brennbaren Gasen, da die in den Ausgangsstoffen enthaltenen Energieträger vorteilhaft einer nahezu vollständigen Verwertung durch die vorbeschriebene zweistufige thermische Behandlung erfahren. Die daraus resultierenden Reststoffe, insbesondere Aschen, sind auf ein Minimum reduziert sowie weitestmöglich von Schadstoffen bereinigt und können einer Weiterverwertung als beispielsweise Zuschlagstoffe oder einer Deponierung mit geringstem Lagervolumen zugeführt werden. Durch die Wahl einer Doppel-Drehrohrofen-Anlage, die in einem System Thermolyse und Synthese vereinigt, ist gewährleistet, dass die einzelnen Prozesse aufeinander abgestimmt und synchron stattfinden können sowie die in der jeweiligen Vorstufe eingebrachte Energie für die nachfolgenden Prozesse genutzt werden kann und nicht verloren geht.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) die Ofentrommel des ersten Drehrohrofens mit vorgetrockneten Ausgangsstoffen beschickt werden, wodurch zum einen der erforderliche Energieeintrag zur Beheizung der Ofentrommel des ersten Drehrohrofens minimierbar ist. Zum anderen ist eine kontinuierliche Beschickung der Ofentrommel gestattet, da immer weitestgehend gleiche Ausgangsbedingungen im Feuchtegrad der Ausgangsstoffe realisierbar sind. Insoweit kann hierbei vorteilhaft die im gemäß Verfahrensschritt g) erzeugten Gasgemisch enthaltene Wärmeenergie zumindest teilweise zur Trocknung der Ausgangsstoffe verwendet werden.
Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt b) die Thermolysereaktion bei Temperaturen von etwa 600°C bis etwa 700°C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 650°C durchgeführt werden, wogegen im Hinblick auf den Verfahrensschritt e) die Synthesereaktion bei Temperaturen von etwa 750°C bis etwa 1000°C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 800°C durchgeführt werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass die in der Verfahrensstufe c) gewonnenen kohlenstoffhaltigen Feststoffe bereits eine relativ hohe Temperatur aufweisen, ist der erforderliche Energieeintrag zur Durchführung der Synthesereaktion vorteilhaft minimiert. Aufgrund der verfahrensgemäß hohen zur Verfügung stehenden Temperaturen sind Schadstoffemissionen in die Umwelt vermieden, zumindest auf ein den gesetzlichen Bedingungen entsprechendes unschädliches Minimum reduzierbar.
Wie die Erfindung noch vorsieht, kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt i) die Reinigung des brennbaren Gasgemisches von etwaigen in demselben noch befindlichen Staubteilchen vorteilhaft unter Verwendung einer Ölbad-Gasreinigung und/oder einer Sprühöl-Gasreinigung durchgeführt werden. Was die Sprühöl-Gasreinigung anbelangt, wird diese vorteilhaft derart durchgeführt, dass das Gasgemisch intensiv mit Öl, insbesondere Pflanzenöl als geignetes Reinigungsmedium aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Rapsöl, besprüht wird. Durch eine derartige Sprüh-Gasreinigung, insbesondere in Kombination mit besagter Ölbad-Gasreinigung, bei der das in Rede stehende Gasgemisch durch das Ölbad hindurch geleitet wird, ist ein erhöhter Reinigungseffekt zu verzeichnen, welcher es gestattet, das gereinigte Gasgemisch zum einen zumindest teilweise zur Beheizung der Ofentrommeln des ersten und zweiten Drehrohrofens zu verwenden und zum anderen hocheffektiv und demgemäß mit hoher Energieausbeute an sich bekannte Gasmotoren mit angeschlossenem Generator zur Erzeugung von Elektroenergie zu betreiben. Weiter können mit einem derart gewonnenen und aufbereiteten brennbaren Gasgemisch empfindlichste Brennersysteme eines oder mehrerer an sich bekannter Blockheizkraftwerke (BHKW) hocheffektiv betrieben werden. Ebenso ist eine Verbrennung des Gasgemisches in einer an sich bekannten Gasturbine mit einem vorgeschalteten Verdichter und einer dazwischen geschalteten Brennkammer gestattet, in welcher das verbrannte Gasgemisch unter Abführung von Arbeit entspannt und beispielsweise einen Generator zur Elektroenergieerzeugung antreibt. Daran kann sich ferner noch eine an sich bekannte Dampfturbine anschließen, die ihrerseits die heißen Verbrennungsgase ebenfalls zur Elektroenergieerzeugung nutzt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in Verfahrensrichtung folgende Einheiten hintereinander angeordnet sind:

– ein oder mehrere, vorzugsweise zwei im Rotationsverfahren gegeneinander austauschbare Input-Container,
– ein erster Drehrohrofen mit drehbarer und beheizbarer Ofentrommel sowie mit zumindest einer Einrichtung zur Sauerstoffsperre,
– ein zweiter Drehrohrofen mit drehbarer und beheizbarer Ofentrommel sowie mit zumindest einer Einrichtung zur Erzeugung und Zuführung von Heißwasserdampf,
– zumindest eine Gas-Kühleinrichtung, und
– zumindest eine Gas-Reinigungseinrichtung.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren problemlos durchgeführt werden.
Die Vorrichtung kann noch dadurch verbessert werden, dass der oder die Input-Container Mittel zur Erwärmung und/oder Trocknung der Ausgangsstoffe aufweisen, oder derartige Mittel denselben zugeordnet oder zuordenbar sind, wodurch der Feuchtegrad der Ausgangsstoffe immer auf ein bestimmtes Niveau einstellbar ist, und woraus Vorteile insbesondere im Hinblick auf eine kontinuierliche Verfahrensführung resultieren.
Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung kann dadurch erzielt werden, dass die zumindest Einrichtung zur Sauerstoffsperre durch einen Luftstickstoff aus der Umgebungsluft gewinnenden Luftseparator gebildet ist. Kostenaufwendiges Beschaffen und Handling von geeigneten Stickstoffbehältern ist durch diese Maßnahme vermieden. Eine kontinuierliche Verfahrensführung über einen langen Zeitraum ist gewährleistet.
Schlussendlich kann die zumindest eine Gas-Reinigungseinrichtung durch eine Ölbad-Gasreinigungseinrichtung und/oder eine Sprühöl-Gasreinigungseinrichtung mit insbesondere Pflanzenöl, wie Rapsöl, als Reinigungsmedium gebildet sein. Die aus diesen Verbesserungen resultierenden Vorteile sind bereits vorstehend ausführlich beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachstehend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Flussbild zur erfindungsgemäßen Verfahrensführung.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, gelangen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die angelieferten Ausgangsstoffe 1 in einen ersten sogenannten Input-Container 2a.
Als Ausgangstoffe 1 für das in Rede stehende Verfahren bieten sich zum einen organische Ausgangsstoffe 1, wie insbesondere Holz, Klärschlamm, Stalldung aus der Tierhaltung, Getreidestroh, ggf. mit Gülleanteilen, Heu, Rapskuchen, Mais, Maissilage, Rübenschnitzel, Grassilage, Rübenblatt, Grünschnitt aus der Landschaftspflege und/oder jedwede anderen an sich bekannten Biomassen, wie beispielsweise auch Schlachtabfälle an. Zum anderen ist dieses Verfahren auch zur thermischen Behandlung eines Gemisches bzw. Verbundes aus organischen und anorganischen Ausgangstoffen 1, wie insbesondere zur thermischen Behandlung von Hausmüll, Altreifen etc., aber auch von Kunststoffen der unterschiedlichsten Art geeignet.
In Abhängigkeit vom aktuell festzustellenden Feuchtegrad der angelieferten Ausgangsstoffe 1 ist eine Trocknung derselben innerhalb besagten ersten Input-Containers 2a vorgesehen. Eine derartige Trocknung kann durch Einwirkung von die Ausgangstoffe 1 durchströmender und gegebenenfalls erwärmter Luft bewirkt werden. Entsprechende Mittel 3 zur Erwärmung und/oder Trocknung der angelieferten Ausgangsstoffe 1 innerhalb des ersten Input-Containers 2a können beispielsweise durch geeignete, in demselben angeordnete Rohrleitungen gebildet sein, die wiederum mit einer geeigneten Wärmequelle und/oder einem an sich bekannten und demgemäß hier nicht näher dargestellten Lüfter in Verbindung stehen. Vorliegend ist als Wärmequelle ein mit dem Bezugszeichen 4 belegter Wärmetauscher vorgesehen, der über Rohrleitungen 5 mit dem besagten Mittel 3 zur Erwärmung und/oder Trocknung in Form von Rohrleitungen in Verbindung steht.
Ist der gewünschte Trocknungsgrad der Ausgangsstoffe 1 im ersten Input-Container 2a erreicht, wird derselbe in eine solche Beschickstellung überführt, dass die Ausgangsstoffe 1 mittels einer an sich bekannten mechanischen Fördereinrichtung, beispielsweise eines vorliegend nicht näher dargestellten Förderbandes und/oder einer Förderschnecke mit Einfüllschacht und Wägeeinrichtung, vom ersten Input-Container 2a in eine Zuführeinrichtung 6 einer drehbaren und von außen beheizbaren Ofentrommel 7a eines an sich bekannten ersten Drehrohrofens 7 zur thermischen Behandlung der Ausgangsstoffe 1 definiert eingebracht werden können.
Währenddessen kann beispielsweise ein zweiter Input-Container 2b bereitgestellt und mit Ausgangsstoffen 1 gefüllt werden und kann sich auch für diese Ausgangsstoffe 1 eine etwaige erforderliche Trocknungsphase anschließen. Erster und zweiter Input-Container 2a, 2b sind gemäß einer praxisnahen Ausgestaltung beispielsweise als Schubbodencontainer ausgebildet und sozusagen im „Rotationsverfahren” gegeneinander austauschbar. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf zwei derartige Container, sondern erfasst auch lediglich einen oder auch mehr als zwei gegeneinander austauschbare Input-Container 2a, 2b, insbesondere im Hinblick auf einen etwaigen unterschiedlichen Feuchtegrad der angelieferten Ausgangsstoffe 1, die ihrerseits demgemäß auch unterschiedlicher Trocknungszeit bedürfen (nicht näher dargestellt).
Das vom ersten Input-Container 2a bereitgestellte Ausgangsmaterial 1 durchläuft dabei besagte Zuführeinrichtung 6 der Ofentrommel 7a des ersten Drehrohrofens 7, welche beispielsweise durch eine an sich bekannte Zellenradschleuse mit einem Beschickraum mit geregelter Eingangs- und Ausgangsklappe gebildet ist. Diese Zuführeinrichtung 6 gestattet zum einen eine stufenlose Regelung der Durchsatzmenge. Zum anderen ist es gestattet, mittels von außen in die Zuführeinrichtung 6 respektive in den Beschickraum derselben zugeführten Stickstoffgases 8 etwaigen in den Beschickraum der Zuführeinrichtung 6 eingedrungene Luft 9 mit Luftsauerstoff zu verdrängen und abzuführen bzw. das Eindringen von Luft bzw. Luftsauerstoff gar zu verhindern. Das Stickstoffgas 8 fungiert sozusagen als Spülgas und wird bevorzugt mittels einer Einrichtung 10 zur Sauerstoffsperre in Form eines an sich bekannten Luftseparators erzeugt, der seinerseits den Luftstickstoff aus der Umgebungsluft separiert. Durch diese Maßnahme sind aufwendige und kostenintensive logistische Maßnahmen zur Beschaffung separat hergestellter Stickstoffvorräte vermieden. Mittels des Luftseparators steht immer ausreichend Stickstoffgas 8 zur Verfügung und gewährleistet eine kontinuierliche Verfahrensführung. Sicherlich kann es auch angezeigt sein, die Anlage mit gespeicherten Stickstoff zu versorgen, sollte besagter Luftseparator aufgrund eines Defektes oder Wartung nicht einsatzfähig sein.
Durch diese Maßnahme ist es ferner gestattet, das vom Luftsauerstoff befreite Ausgangsmaterial 1 anschließend in der geschlossenen beheizten Ofentrommel 7a des ersten Drehrohrofens 7 derart thermisch zu behandeln, dass unter Sauerstoffausschluss eine Thermolysreaktion der besagten Ausgangsstoffe 1 bewirkbar ist. Besagte Thermolysereaktion wird dabei bei Temperaturen von etwa 600°C bis etwa 700°C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 650°C durchgeführt.
In der Folge sind an sich bekannte Reaktionsprodukte in Form von brennbarem Thermolysegas 11, kohlenstoffhaltigen Feststoffen 12, auch als Koks bezeichnet, und Rauchgas 13 zu verzeichnen, die ihrerseits aus der Ofentrommel 7a des ersten Drehrohrofens ausgetragen bzw. abgeführt werden.
Was das Rauchgas 13 anbelangt, wird dieses gegebenenfalls über eine nicht näher gezeigte, jedoch an sich bekannte Rauchgaswäsche in die Umwelt entlassen. Aufgrund der hohen zur Anwendung kommenden Verfahrenstemperaturen während der Thermolysereaktion sind Schadstoffemissionen in die Umwelt vermieden, zumindest jedoch auf ein den gesetzlichen Bedingungen entsprechendes unschädliches Minimum reduziert.
Das gewonnene heiße, brennbare Thermolysegas 11, welches überwiegend durch ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂), Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Ethen (C₂H₄) und Ethan (C₂H₆) gebildet ist, wird mittels Rohrleitungen 14 aus der Ofentrommel 7a ausgetragen.
Die kohlenstoffhaltigen Feststoffe 12 werden durch eine Austrageinrichtung 15 hindurch, beispielsweise in Form einer weiteren Zellenradschleuse, die eine zu vor- und nachgeordneten Schritten synchronisierte Weiterführung dieses Wertstoffes gestattet, im noch heißen Zustand durch eine weitere Zuführeinrichtung 16, beispielsweise ebenfalls in Form einer an sich bekannten Zellenradschleuse, in eine drehbare und von außen beheizbare Ofentrommel 17a eines zweiten Drehrohrofens 17 überführt. Innerhalb der geschlossenen Ofentrommel 17a wird bei Temperaturen von etwa 750°C bis etwa 1000°C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 800°C und unter Zufuhr von Wasserdampf 18 einhergehend mit einer an sich bekannten Dampfreformierung eine sogenannte Synthesereaktion der kohlenstoffhaltigen Feststoffe 12 bewirkt.
Im Ergebnis wird ein wasserstoffreiches brennbares Synthesegas 19 gewonnen und ist mineralischer respektive ascheförmiger Reststoff 20 zu verzeichnen, der seinerseits mittels beispielsweise einer an sich bekannten und somit hier nicht näher dargestellten Ausfuhrschnecke entweder einer Weiterverwertung als beispielsweise Zuschlagstoff oder einer Deponierung definiert respektive synchronisiert zugeführt werden.
Im Anschluss daran wird das aus der Synthesereaktion gewonnene und überwiegend aus einem Gemisch aus Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO) bestehende heiße, brennbare Synthesegas 19 mittels Rohrleitung 21 abgeführt und mit dem aus der Thermolysereaktion gewonnenen Thermolysegas 11 zu einem brennbaren Gasgemisch 22 zusammengeführt.
Im Weiteren durchläuft das erzeugte Gasgemisch 22 den oben bereits erwähnten Wärmetauscher 4, der seinerseits beispielsweise Luft oder Wasser als Wärmeübertragungsmedium aufweist und Wärmeenergie des brennbaren Gasgemisches 22 für die Erwärmung und/oder Trocknung der innerhalb der Input-Container 2a, 2b gelagerten Ausgangsstoffe 1 bereitstellt.
Anschließend wird das brennbare Gasgemisch 22 einer an sich bekannten Gas-Kühleinrichtung 23 zugeführt, die beispielsweise ebenfalls durch einen herkömmlichen Wärmetauscher gebildet sein kann, bei dem Wärmeenergie auf Kühlwasser übertragen wird, welches wiederum Heizzwecken dienen kann.
Demgegenüber kann die Kühlung des brennbaren Gasgemisches 22 auch unter Zuhilfenahme eines an sich bekannten ORC-Verfahrens (ORC = Organic Rankine Cycle) durchgeführt werden. Hierbei ist es gestattet, die verfahrensgemäß vorhandene Wärmeenergie einer weiteren Nutzung im Hinblick auf die Erzeugung von Elektroenergie zuzuführen. Im Wesentlichen werden bei besagtem ORC-Verfahren organische Flüssigkeiten mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet, die ihrerseits eine Turbine mit wirkverbundenem Generator antreiben (nicht näher dargestellt).
Ist das gewonnene brennbare Gasgemisch 22 auf einen bestimmten Temperatur- und Druckwert eingestellt, wird dieses einer Gas-Reinigungseinrichtung 24 zugeführt, um insbesondere im Gasgemisch 22 noch enthaltene und für die Verwertung desselben nachteilige staubförmige Inhaltsstoffe und Teeranteile abzuscheiden.
Bevorzugt wird dabei verfahrensgemäß das Gasgemisch 22 im Nassverfahren gereinigt, indem das Gasgemisch 22 zunächst durch ein Ölbad geführt und nach Verlassen desselben zusätzlich intensiv mit Öl besprüht wird (nicht näher dargestellt). Durch diese Maßnahme ist ein äußerst hoher Reinigungsgrad des Gasgemisches 22 erzielbar. Sicherlich ist es auch denkbar, lediglich eine der beiden Maßnahmen in Anwendung zu bringen und demgemäß durch die Erfindung mit erfasst.
Als besonders vorteilhaft bietet sich hierbei als Reinigungsmedium ökologisch unbedenkliches Pflanzenöl, beispielsweise Rapsöl an, welches einfach und kostengünstig mittels herkömmlicher Ölfilter zu reinigen ist und dann einer Wiederverwertung zugeführt werden kann (nicht näher dargestellt).
Hier kann sich dann eine geeignete Bevorratung oder Verwertung des gekühlten und gereinigten Gasgemisches 22 anschließen. Zur Bevorratung bieten sich an sich bekannte Gasbehälter 24, insbesondere Druck-Gasbehälter 24 an.
Was die Verwertung des brennbaren Gasgemisches 22 anbelangt, kann beispielsweise dieses zum einen zumindest teilweise zur Beheizung der Ofentrommeln 7a, 17a des ersten und zweiten Drehrohrofens 7, 17 dienen. Zum anderen bietet es sich an, mittels des hochreinen respektive weitestgehend staubfreien Gasgemisches 22 hocheffektiv und demgemäß mit hoher Energieausbeute an sich bekannte Gasmotoren 26 mit angeschlossenem Generator 27 zur Erzeugung von Elektroenergie zu betreiben.
Weitere hier nicht näher dargestellte Nutzungsmöglichkeiten des gewonnenen Gasgemisches werden in an sich bekannten Blockheizkraftwerken (BHKW's) sowie bei der Verbrennung des Gasgemisches in einer an sich bekannten Gasturbine mit einem vorgeschalteten Verdichter und einer dazwischen geschalteten Brennkammer gesehen. Bezüglich der letztgenannten Nutzung des Gasgemisches wird dasselbe im Zuge der Verbrennung unter Abführung von Arbeit entspannt und beispielsweise einen Generator zur Elektroenergieerzeugung zugeführt. Daran kann sich ferner noch eine an sich bekannte Dampfturbine anschließen, die ihrerseits die heißen Verbrennungsgase ebenfalls zur Elektroenergieerzeugung nutzt (nicht näher dargestellt).
Bezugszeichenliste

1: Ausgangsstoffe
2a: erster Input-Container
2b: zweiter Input-Container
3: Mittel zur Erwärmung und/oder Trocknung
4: Wärmetauscher
5: Rohrleitung (Wärmetauscher 4/Input-Container 2a, 2b)
6: Zuführeinrichtung
7: erster Drehrohrofen
7a: Ofentrommel
8: Stickstoffgas
9: Luft
10: Einrichtung zur Sauerstoffsperre
11: Thermolysegas
12: kohlenstoffhaltige Feststoffe
13: Rauchgas
14: Rohrleitung (Thermolysegas 11)
15: Austrageinrichtung
16: Zuführeinrichtung
17: zweiter Drehrohrofen
17a: Ofentrommel
18: Wasserdampf
19: Synthesegas
20: Reststoffe
21: Rohrleitung (Synthesegas 19)
22: Gasgemisch
23: Gas-Kühleinrichtung
24: Gas-Reinigungseinrichtung
25: Gasbehälter
26: Gasmotor
27: Generator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2844741 A1 [0003]
DE 4139512 A1 [0004]
DE 4446803 A1 [0004]
DE 4338927 A1 [0005]
DE 4435144 A1 [0006]
DE 20316169 U1 [0007]

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung organischer Ausgangsstoffe (1) oder eines Gemisches organischer und anorganischer Ausgangsstoffe (1) zur Erzielung definierter Produkte, insbesondere brennbarer Gase, wobei besagte Ausgangsstoffe (1) durch feste und/oder flüssige Stoffe gebildet sind, gekennzeichnet durch folgende nacheinander durchzuführende Verfahrensschritte: a) Beschickung einer drehbaren und beheizbaren Ofentrommel (7a) eines ersten Drehrohrofens (7) mit besagten Ausgangsstoffen (1) durch eine Zuführeinrichtung (6) der Ofentrommel (7a) hindurch unter Zufuhr von Stickstoffgas (8) in besagte Zuführeinrichtung (6) und Verdrängen sowie Abführen etwaigen in dieselbe während der Beschickung eindringenden Sauerstoffes, b) Schließen der Ofentrommel (7a) des ersten Drehrohrofens (7) und Bewirken einer Thermolysereaktion der besagten Ausgangsstoffe (1) durch thermische Behandlung derselben weitestgehend unter Sauerstoffausschluss, c) Austragen des gewonnenen brennbaren Thermolysegases (11) und kohlenstoffhaltiger Feststoffe (12) aus dem ersten Drehrohrofen (7), d) Überführung der in der Verfahrensstufe c) gewonnenen kohlenstoffhaltigen Feststoffe (12) in eine drehbare und beheizbare Ofentrommel (17a) eines zweiten Drehrohrofens (17), e) Schließen der Ofentrommel (17a) des zweiten Drehrohrofens (17) und Bewirken einer Synthesereaktion der besagten kohlenstoffhaltigen Feststoffe (12) durch thermische Behandlung derselben und unter Zuführung von Wasserdampf (18) – Dampfreformierung –, f) Austragen des gewonnenen brennbaren Synthesegases (19) und ascheförmiger Reststoffe (20) aus dem zweiten Drehrohrofen (17), g) Zusammenführen der aus der Thermolysereaktion und der Synthesereaktion gewonnenen brennbaren Reaktionsgase (Thermolysegas (11)/Synthesegas (19)] zu einem Gasgemisch (22), h) Kühlung des brennbaren Gasgemisches (22), i) Reinigung des brennbaren Gasgemisches (22), und k) Verwertung und/oder Bevorratung des gekühlten und gereinigten brennbaren Gasgemisches (22).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) die Ofentrommel (7a) des ersten Drehrohrofens (7) mit vorgetrockneten Ausgangsstoffen (1) beschickt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im gemäß Verfahrensschritt g) erzeugten Gasgemisch (22) enthaltene Wärmeenergie zumindest teilweise zur Trocknung der Ausgangsstoffe (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Verfahrensschritt b) die Thermolysereaktion bei Temperaturen von etwa 600°C bis etwa 700°C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 650°C, und im Hinblick auf den Verfahrensschritt e) die Synthesereaktion bei Temperaturen von etwa 750°C bis etwa 1000°C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 800°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Verfahrensschritt i) die Reinigung des brennbaren Gasgemisches (22) unter Verwendung einer Ölbad-Gasreinigung und/oder einer Sprühöl-Gasreinigung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung des brennbaren Gasgemisches (22) als Reinigungsmedium Pflanzenöl, wie Rapsöl, verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensrichtung folgende Einheiten hintereinander angeordnet sind: – ein oder mehrere, vorzugsweise zwei gegeneinander austauschbare Input-Container (2a, 2b), – ein erster Drehrohrofen (7) mit drehbarer und beheizbarer Ofentrommel (7a) sowie mit zumindest einer Einrichtung (10) zur Sauerstoffsperre, – ein zweiter Drehrohrofen (17) mit drehbarer und beheizbarer Ofentrommel 17a) sowie mit zumindest einer Einrichtung zur Erzeugung und Zuführung von Wasserdampf (18), – zumindest eine Gas-Kühleinrichtung (23), und – zumindest eine Gas-Reinigungseinrichtung (24).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Input-Container (2a, 2b) Mittel (3) zur Erwärmung und/oder Trocknung der Ausgangsstoffe (1) aufweisen oder derartige Mittel (3) denselben zugeordnet oder zuordenbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einrichtung (10) zur Sauerstoffsperre durch einen Luftstickstoff aus der Umgebungsluft gewinnenden Luftseparator gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gas-Reinigungseinrichtung (24) durch eine Ölbad-Gasreinigungseinrichtung und/oder eine Sprühöl-Gasreinigungseinrichtung gebildet ist.