DE102012204648A1 - Rührwerk für Verflüssigungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen.
  • Bei der Verflüssigung werden aus aufbereiteten, kohlenwasserstoffhaltige Abfallstoffen in einem Reaktor vielfältig verwendbare Produktöle gewonnen.
  • Die Verflüssigung erfolgt dabei entweder drucklos und unter Luftausschluss, wobei die kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffe geschmolzen, gekrackt und verdampft werden. In nachgeschalteten Kondensatoren werden die verdampften Krackprodukte zu Produktöl verflüssigt. Nicht kondensierbare Gase können im Heizsystem zur Erzeugung der Prozesswärme genutzt werden. Verschiedene Verflüssigungsverfahren sind bekannt. Bei der thermo-chemische Spaltung organischer Verbindungen durch Pyrolyse entstehen bei hohen Temperaturen (500–900 °C) Bindungsbrüche innerhalb großer Moleküle. Die pyrolytische Zersetzung der organischen Verbindungen verläuft, im Gegensatz zur Vergasung und Verbrennung, ausschließlich unter der Einwirkung von Wärme und ohne zusätzlich zugeführten Sauerstoff.
  • Die katalytische drucklose Verflüssigung (oder auch thermokatalytische Niedertemperaturkonvertierung) ist ein technisches Depolymerisationsverfahren, bei dem kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsstoffe, beispielsweise künstliche oder natürliche Polymere, mittels meist zeolithischer Katalyse bei Temperaturen von weniger als 400 °C ohne Überdruck (drucklos) in kurzkettigere aliphatische Kohlenwasserstoffe, vergleichbar mit synthetischem Leichtöl (Dieselöl), umgewandelt werden. Als Ausgangsstoffe dienen dabei industrielle Wert- und Reststoffe (Altöle, Fett und Raffinerierückstände, Gummireifen, Plastikmaterial (PVC, PET etc.), sortierter und aufbereiteter Plastikmüll (auch Krankenhausmüll), Klärschlämme), sowie biogene Reststoffe und nachwachsende biologische Rohstoffe (Pflanzenrückstände wie Mandelschalen, Raps, Holz, Stroh, Tierabfälle, Energiepflanzen wie Miscanthus). Der Wirkungsgrad der katalytischen drucklosen Verflüssigung hängt ab von der Beschaffenheit des Ausgangsmaterials, vor allem von dessen Feuchte und dessen Korngröße des Eintragsgutes; er liegt zwischen 30 % (bei Biomasse) und bis zu 90 % (bei hochkalorischen Kunststoffen und Ölen).
  • Nach Beendigung der Reaktion verbleiben im Reaktionsbehälter u.a. verbrauchter Katalysator, mineralische Bestandteile des Eingangsmaterials sowie Metalle und Metallsalze, sofern im Eingangsmaterial vorhanden, und Kohlenstoffe. Insbesondere bei erhöhter Temperatur der temperaturführenden Reaktorteile können sich an den Wänden des Reaktors, aber auch an den Mischerelementen Ablagerungen und Anbackungen ausbilden, weshalb im Allgemeinen das Einhalten einer bestimmten Reaktionstemperatur für den Verflüssigungsprozess und dessen Kontinuität von großer Bedeutung ist. Ablagerungen und Anbackungen von einer bestimmten Schichtdicke führen dazu, dass der Verflüssigungsprozess Störungen unterliegt und die allgemeine Effektivität sinkt – daher müssen die Anlagen in, je nach Ausgangsmaterial, zeitlich häufig engen Abständen gewartet werden und die betroffenen Elemente, oder der Reaktor gereinigt oder ausgetauscht werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind Rührwerke für Anlagen, die der Abfallbeseitigung und Abfallverwertung dienen, bekannt.
  • Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 000 559 U1 offenbart ein Rührwerk, insbesondere einer Müllbehandlungsanlage, das in einer Behandlungskammer für wenigstens teilweise korrosives und/oder abrasives Material angeordnet ist und bei dem auf einer rotierend angetriebenen Rührwerkswelle in Umfangsrichtung und/oder axial verteilt mehrere radiale Rührarme angeordnet sind. Zur Herabsetzung vor allem des abrasiven Verschleißes ist die zwischen und neben den Rührarmen freie Umfangsfläche der Rührwerkswelle ferner mit einer Vielzahl von aufgesetzten, stabförmigen, leistenartigen oder rippenartigen Verschleissschutzelementen versehen.
  • In der WO 1995/20554 ist eine Kompostierungsanlage offenbart, bei der in einer Kompostierungskammer mehrere Rührwerkswellen angeordnet sind, wobei die Rührwerkswellen übereinander liegend und quer zum Siebboden angeordnet und auf ihrem Umfang jeweils mit Impellerartig ausgebildeten, radialen Vorsprüngen versehen, sind die sowohl eine Mischfunktion als auch eine Förderfunktion auf das Abfallmaterial ausüben. Die Impeller können dabei in Drehrichtung rückwärts gebogen als auch radial gerade vom Wellenumfang abstehend ausgebildet sein.
  • Mit beiden Ausführungsformen lässt sich nur eine geringe Durchmischungs- und Auflockerungswirkung erzielen. Insbesondere bei einer Ausführungsform mit geraden Impellern ist die Mantelfläche der Rührwerkswelle den abrasiven Einflüssen des Abfallmaterials ausgesetzt.
  • In der DE 20 2006 003 429 ist eine Depolymerisationsanlage für kohlenwasserstoffhaltige Rohmaterialien offenbart, welche einen mit einem Rührer ausgebildeten Reaktor aufweist. Der Rührer ist durch Mischerelemente und Selbstreinigungselemente gekennzeichnet, wobei letztere zum zyklischen Entfernen von Ablagerungen an den Mischerelementen durch Schaben dienen. Die offenbarten Mischerelemente sind dabei mit selbstreinigenden Schaberelementen ausgebildet, welche teleskopierbar in oder am Rotationsschaft des Rührers geführt werden. Die Reinigung erfolgt in einer steuerbaren, zueinander gegenläufigen Bewegung der Mischerelemente und der selbstreinigenden Schaberelemente.
  • Der so als Schaber ausgebildete Rührer kann allerdings Ablagerungen oder Anbackungen an den Rührerflügeln nicht wirkungsvoll verhindern, so dass zu Reinigungszwecken der gesamte Rührer ausgetauscht oder aber technisch aufwendige Selbstreinigungselemente eingesetzt werden müssen. Je nach Anzahl der Rührerflügel (Mischerelemente), die wiederum von der geometrischen Ausgestaltung des Reaktorraumes abhängt, kann sich dabei die technische Realisierung der selbstreinigenden Schaberelemente sehr aufwendig gestalten.
  • Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Unter der Berücksichtigung des Standes der Technik bestand die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, eine Vorrichtung zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen bereitzustellen, die geeignet ist, unter definierten Temperaturbedingungen gasfrei eingetragene Materialien zu mischen, zu depolymerisieren und zu trennen, wobei sich die Vorrichtung durch einen im Vergleich zum Stand der Technik effizienteren Mischvorgang auszeichnet, welcher durch ein an unterschiedlichste Ausgangmaterialien adaptierbares Rührwerk bedingt wird. Ferner lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine solche Vorrichtung einen technisch einfach realisierbares Rührwerk bereitzustellen, welches zugleich mit Schabemitteln ausgebildet sein kann um den Reaktionsraum der Vorrichtung effizient von Ablagerungen und Anbackungen befreien zu können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß den beiliegenden Patentansprüchen gelöst.
  • In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen, welche mit einem zylinderförmigen Reaktorraum (3) ausgebildet ist. Der zylinderförmige Reaktorraum (3) ist durch einen ersten Deckel (1) und einen zweiten Deckel (2) und eine Umhüllung definiert und weist mindestens eine Eintragsschnecke (4) und mindestens ein Rührwerk (5) auf. Das Rührwerk (5) umfasst weiterhin eine Rührwerkswelle (14), welche weitgehend zentral entlang der Zylinderachse (6) des Reaktorraums (3) ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Rührwerk (5) umfasst an einer ersten Position (8) n Rührarme (7) und an einer zweiten Position (9) m Rührarme (7) und an einer dritten (10) und möglicherweise weiteren Position i jeweils mit q, qi Rührarme (7), wobei n ≥ 2 und m ≥ 2 und q, qi ≥ 2 ist. Die Rührarme (7) des Rührwerks (5) sind derart entlang der Rührwerkswelle (14) schraubenlinienartig angeordnet, dass die Rührarme (7) mit einem Versetzungswinkel α zueinander versetzt sind. Das erfindungsgemäße Rührwerk (5) umfasst weiterhin mindestens eine mindestens 2 Rührarme (7) verbindende Rührarmverbindung (13).
  • Der zylinderförmige Reaktorraum (3) weist vorzugsweise die Form eines geraden Hohlzylinders mit kreisförmiger Grund- und Deckfläche auf. Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Verflüssigung modular aufgebaut, wobei unter einem modularen Aufbau derjenige verstanden wird, bei dem die Vorrichtung gegebenenfalls um einen zylinderförmigen Reaktorraum (3) oder mehrere zylinderförmige Reaktorräume (3) ergänzt werden kann. Dadurch kann eine größtmögliche Variabilität in Bezug auf die Menge und die Art des Eintragsmaterials erreicht werden, wodurch die Effizienz der Vorrichtung insgesamt deutlich erhöht.
  • Die Anzahl der an einer ersten Position (8) und an einer zweiten Position (9) und an einer dritten (10) und möglicherweise weiteren Position i entsprechend ausgebildeten n, m und q, qi Rührarme (7) ist ≥ 2. Die Anzahl der an einer zweiten Position (9) und an einer dritten (10) und möglicherweise weiteren Position i entsprechend ausgebildeten m und q, qi Rührarme (7) ist vorzugsweise nur im Bereich +1 verschieden von n, so dass beispielsweise an einer ersten Position (8) n = 2 und an einer zweiten Position (9) m = 3 und an einer dritten Position q = 2 Rührarme (7) ausgebildet sein können. Besonders bevorzugt ist die Anzahl der Rührarme (7) an jeder Position (8, 9, 10, i) im Rührwerk gleich, so dass gilt: n = m = q und, sofern vorhanden, n = m = q = qi. Auf diese Weise kann hervorragend eine gleichmäßige Durchmischung des Ausgangsmaterials erzielt werden. Ferner kann die Auswirkung der während des Reaktionsverlaufs eintretenden Veränderung des Ausgangsmaterials (z. B. Aggregatszustand, Partikelgröße) auf den Mischprozess angemessen berücksichtigt werden, indem z. B. entlang der Rührwerkswelle (14) an den jeweiligen Positionen unterschiedlich viele Rührarme (7) eingesetzt werden können.
  • Die entlang der Rührwerkswelle (14) an der ersten (8), zweiten (9), dritten (10) oder möglicherweise weiteren Position i angeordneten Rührarme (7) sind vorzugsweise alle als gerade Rührarme (7) mit der gleichen radialen Länge ausgebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Rührarme (7) eine längliche Form aufweisen, so dass das Verhältnis von Länge zu Breite im Bereich von 10:1 bis 50:1 liegt. Die Rührarme (7) sind in einem Abstand d zueinander angeordnet, der weitgehend im Bereich des 2 bis 5 fachen ihrer Länge liegt. Die in diesem Abstand angeordneten Rührelemente können eingetragene Abfallstoffe mit hoher Effizienz vermischen und weitertransportieren.
  • Die Rührarme (7) sind schraubenlinienartig entlang der Rührwerkswelle (14) angeordnet. Unter einer Schraubenlinie wird eine Kurve verstanden, die sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines Zylinders windet. Bei einer schraubenlinienartigen Anordnung gemäß der Erfindung ist diejenige gedachte Linie, welche mindestens einen Rührarm (7) an der ersten Position (8) und mindestens einen Rührarm (7) an der zweiten Position (9) und mindestens einen Rührarm (7) an der dritten Position (10) und mindestens einen Rührarm (7) an einer weiteren Position i, sofern vorhanden, verbindet, eine Linie mit einer definierten Steigung und einer definierter Ganghöhe. Unter Ganghöhe wird diejenige Strecke verstanden, um die sich die Schraube bei einer vollen Umdrehung nach oben windet (entlang der Zylinderachse des Mantels). Gemäß der Erfindung liegt eine schraubenlinienartige Anordnung auch vor, wenn die gedachte Linie, welche die Rührarme (7) miteinander verbindet, den entsprechenden mindestens einen Rührarm (7) an jeder zweiten Position miteinander verbindet, also beispielsweise mindestens einen Rührarm (7) an einer ersten Position (8), und mindestens einen Rührarm (7) an einer dritten Position (10) und mindestens einen Rührarm (7) an einer weiteren Position i, sofern vorhanden, beispielsweise an einer fünften, siebten oder neunten Position. Letztere Schraubenlinie weist gegenüber der Schraubenlinie, welche mindestens einen Rührarm (7) an jeder benachbarten Position entlang der Rührwerkswelle (14) verbindet, eine erhöhte Steigung und eine erhöhte Ganghöhe auf. Bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist eine Anordnung der Rührarme (7) entlang der Rührwerkswelle (14) in der Form einer Schraubenlinie mit einer weitgehend konstanten Steigung und derjenigen Ganghöhe, welche sich aus der Verbindung mindestens eines der Rührarme (7) an jeder zweiten Position ergibt.
  • Die Rührarme (7) sind entlang der Rührwerkswelle (14) mit einem Versetzungswinkel α zueinander angeordnet. Der Versetzungswinkel α bezeichnet erfindungsgemäß den Winkel, in dem die schraubenlinienartig entlang der Rührwerkswelle (14) angeordneten Rührarme (7) bezüglich ihrer Position zueinander versetzt sind. Insgesamt sind die Rührarme (7) über einen Winkel von 360° an der ersten (8), zweiten (9), dritten (10) oder möglicherweise weiteren Position i zueinander versetzt. Dabei wird zur Berechnung des Versetzungswinkels α zweckmäßigerweise von mindestens einem der Rührarme (7) an der ersten Position ausgegangen. Wenn beispielsweise bei jeweils 2 Rührarmen (7) an einer ersten (8), zweiten (9) und dritten (10) Position jeweils einer der beiden Rührarme (7) an einer Position in Bezug auf jeweils einen der beiden Rührarme (7) an der benachbarten Position in einem Versetzungswinkel α von 120° angeordnet ist, erstreckt sich die schraubenlinienartige Versetzung über einen Vollwinkel von 360°. Gemäß der Erfindung sind auch dann die Rührarme (7) über insgesamt einen Winkel von 360° gegeneinander versetzt, wenn die Rührarme (7) lediglich an jeder zweiten Position versetzt angeordnet sind. Bei Vorhandensein von beispielsweise jeweils 2 Rührarmen (7) an einer ersten (8), zweiten (8), dritten (10) und 3 weiteren Position i, beispielsweise an einer vierten, fünften und sechsten Position, ist einer der beiden Rührarme (7) an der dritten Position (10) in Bezug auf einen der beiden Rührarme (7) an der ersten Position (8) mit einem Versetzungswinkel α von 120° angeordnet. Entsprechend dem Beispiel ist einer der beiden Rührarme (7) an der fünften Position in Bezug auf einen der beiden Rührarme (7) an der dritten Position (10) mit einem Versetzungswinkel α von 120° angeordnet. Die an der zweiten (8), vierten und sechsten Position ausgebildeten Rührarme (7) können dann beispielsweise keine Versetzung in Bezug auf die Rührarme (7) der jeweiligen vorangehenden Positionen (8. 10, i) aufweisen. Die Steigung der Schraubenlinie ist im letztgenannten Beispiel entsprechend größer als im ersten. Infolge einer derartigen Anordnung der Rührarme (7) können im Reaktorraum (3) Reaktionsgemische mit relativ hohem Flüssigkeitsüberschuss effizient vermischt und entlang der Längsachse (6) des zylinderförmigen Reaktorraums (3) weitertransportiert werden. Im Hinblick auf die Einfachheit der Verfahrensführung wird bevorzugt, wenn der Versetzungswinkel α zwischen 0° und 140° beträgt, berechnet zweckmäßigerweise ausgehend von mindestens einem der Rührarme (7) an der ersten Position (8) und im Folgenden berechnet ausgehend von jeweils mindestens einem der Rührarme (7) an der jeweiligen vorhergehenden weiteren Position. Bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist eine Anordnung der Rührarme (7) entlang der Rührwerkswelle (14) mit einem weitgehend gleichen Versetzungswinkel α, da so eine gleichmäßige Durchmischung und/oder Auflockerung des Materials wird mittels versetzt angeordneter Rührarmen (7) auf hervorragende Weise ermöglicht wird, insbesondere, wenn die Rührwerkswelle (14) stetig angetrieben wird, da so der Entstehung eines gerichteten Drehmoments entgegengewirkt wird.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mindestens zwei Rührarme (7) über mindestens eine Rührarmverbindung (13) verbunden. Die Rührarmverbindung (13) kann dabei zwei Rührarme (7) an einer bestimmten Position miteinander verbinden, kann also beispielsweise zwischen den n Rührarmen (7) an der ersten Position (8) ausgebildet sein. Alternativ können auch entlang der Rührwerkswelle (14) zwei oder mehrere benachbarte Rührarme (7) über die mindestens eine Rührarmverbindung (13) verbunden sein. Durch die mindestens eine so angeordnete Rührwerksverbindung (13) kann die effektive Durchmischung verschiedenster Ausgangsmaterialien gewährleistet werden.
  • Die die geometrische Ausgestaltung der mindestens einen Rührwerksverbindung (13) unterliegt grundsätzlich keinen besonderen Beschränkungen und kann in der Abhängigkeit von den Anforderungen des Ausgangsmaterials ausgewählt werden. Beispielsweise kann eine plattenartige Ausgestaltung bei sehr feinkörnigem Ausgangsmaterial gewählt werden, während bei einer größeren Partikelgröße die Rührwerksverbindung (13) in der Form einer Stange oder als gestreckter Quader ausgebildet sein kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Anzahl der Rührarme (7) n = m = q, qi = 2 sein. Ferner können die Rührarme (7) an der ersten Position (8), der zweiten Position (9), der dritten Position (10) und möglicherweise weiteren Position i einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Dabei wird unter „gegenüberliegend“ eine Anordnung in einem Winkel von näherungsweise 180° verstanden. Eine gleichmäßige Verteilung der Rührarme (7) an einer gegebenen Position ermöglicht es vorteilhaft, dass sich an einer Position des zylinderförmigen Reaktorraums (3) immer wenigstens zwei Rührarme (7) durch das Material bewegen, so dass größere Schwankungen des Drehmoments vermieden werden. Diese Anordnung ermöglicht ferner große Flexibilität in Bezug auf das zu mischende Material, sichert eine optimale Durchmischung, ohne dass kostenintensiv Umlenkbleche aufgeschweißt werden müssen, und erfordert einen verhältnismäßig geringen Energieaufwand bei gleichzeitig gutem Wärmeaustausch in radialer Richtung.
  • In einer weiteren Implementierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mindestens ein Rührarm (7) an der ersten Position (8) und mindestens ein Rührarm (7) an der zweiten Position (9) über mindestens eine Rührarmverbindung (13) verbunden sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Rührarm (7) an der ersten Position (8) mit einem Rührarm (7) an der zweiten Position (9) über eine Rührwerksverbindung (13) miteinander verbunden sein können, wobei sich die so verbundenen Rührarme (7) lediglich bezüglich ihrer Position entlang der Rührwerkswelle (14), aber nicht in ihrem Versetzungswinkel α voneinander unterscheiden. Die mindestens eine Rührwerksverbindung (13) kann dementsprechend weitgehend parallel zur Achse (12) des Rührwerks (5) angeordnet sein.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können mindestens 50%, vorzugsweise alle Rührarme (7) an einer Position mit mindestens 50%, vorzugsweise allen Rührarmen (7) an einer anderen Position über jeweils mindestens eine Rührarmverbindung (13) verbunden sein. Beispielsweise können ein Rührarm (7) an der ersten Position (8) mit einem Rührarm (7) an der zweiten Position (9) über eine Rührwerksverbindung (13) miteinander verbunden sein, wobei sich die so verbundenen Rührarme (7) nicht in ihrem Versetzungswinkel α voneinander unterscheiden, und darüber hinaus können mindestens ein Rührarm (7) an der dritten Position (10) und mindestens ein Rührarm (7) an einer weiteren Position i über mindestens eine Rührarmverbindung (13) verbunden sein, wobei sich die so verbundenen Rührarme (7) ebenfalls nicht in ihrem Versetzungswinkel α voneinander unterscheiden.. Durch die so über verschiedene Rührwerksverbindungen (13) verbundenen Rührarme (7) kann eine hervorragende Durchmischung verschiedenster Ausgangsmaterialien gewährleistet werden. Denn die Versetzung der Rührarme (7) und damit der auch der Rührwerksverbindungen (13) erlaubt nicht nur eine Anpassung an verschiedene Materialien, sondern auch an die entlang der Längsachse des zylinderförmigen Reaktorraums (3) angeordneten unterschiedlichen Stufen der Verflüssigungsreaktion. So können z.B. in der Nähe des Eintrags die Rührarme (7) und Rührwerksverbindungen (13) so angeordnet sein, dass eine optimale Vermischung der dort noch weitgehend als Feststoff vorliegenden Ausgangsmaterialien ermöglicht wird, während für das stromabwärts vom Eintrag sich ausbildende Feststoff/Schmelze/Katalysatoröl-Gemisch eine andere, an die erhöhte Viskosität angepasste Anordnung der Rührarme (7) und Rührwerksverbindungen (13) ausgewählt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mindestens eine der mindestens einen Rührarmverbindung (13) mit mindestens einem Mittel (15) zum Schaben und/oder Mischen ausgebildet sein. Dabei wird unter Schaben ein spanendes Fertigungsverfahren zur Herstellung weitgehend ebener, glatter Oberflächen verstanden. Das Mittel zum Schaben (15) kann beispielsweise in der Form eines dreidimensionalen Trapezes oder Trapezoids ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung des Mittels zum Schaben (15) in der Form eines Polyeders, insbesondere in der Form einer geraden oder schiefen Pyramide oder eines Tetraeders. Der Schaberkörper kann mit der Rührarmverbindung (13) über eine sich in Längsrichtung erstreckende zentrale Bohrung im Schaberkörper verbunden sein. Alternativ kann der Schaberkörper mittels eines geeigneten Befestigungsmittels (22) an der Rührarmverbindung (13) befestigt sein.
  • Das Mittel (15) zum Schaben wirkt besonders effektiv der Ablagerung und/oder des Anbackens des bei hoher Temperatur gebildeten Reaktionskoks an den Wänden der Anlage entgegen, welcher insbesondere bei der Verwendung natriumdotierter Aluminiumsilikate als Katalysator als nicht reaktiver Rückstand entstehen kann. Dadurch wird der Reinigungsaufwand wirkungsvoll herabgesetzt und das Wartungsintervall signifikant verlängert.
  • Unter Mischen wird erfindungsgemäß ein Verfahrensschritt verstanden, wobei die Bestandteile von mindestens zwei getrennt vorliegenden Ausgangsstoffen durch Relativbewegung so umpositioniert werden, dass ein neues Anordnungsschema entsteht, ein Gemisch oder Gemenge. An den Rührwerksverbindungen (13) angeordnete Mischelemente ermöglichen infolge der effizienten Durchmischung ein gleichmäßiges Temperaturprofil der Materialien in einem Abschnitt entlang des Querschnitts des zylinderförmigen Reaktorraums (3), insbesondere in der Nähe der Temperatur-führenden Reaktorteile (Innenwand (16)), wodurch kein oder nur wenig Reaktionskoks entsteht. Vorteilhaft ist die Ausbildung in der Form eines Paddels oder einer Schaufel.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform können einander gegenüberliegende Rührarmverbindungen (13) mit voneinander verschieden geformten Mitteln (15) zum Mischen und/oder Schaben ausgebildet sein, beispielsweise mit paddelförmigen auf der einen Seite und Schaber-förmigen Mitteln auf der anderen Seite. Alternativ dazu ist eine Anordnung vorgesehen, bei der mehrere Mittel (15) zum Mischen und Mittel (15) zum Schaben an einer Rührarmverbindung (13) angeordnet sind.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann/können das oder die Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) an einer ersten Rührarmverbindung (17) im Verhältnis zu dem oder den Mittel/n (15) zum Mischen und/oder Schaben an einer zweiten Rührarmverbindung (18) gegeneinander versetzt angeordnet sein. Vorteilhaft ist es, wenn die erste Rührarmverbindung (17) und die zweite Rührarmverbindung (18) jeweils mehr als ein Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) aufweisen. Die so an der ersten und an der zweiten Rührarmverbindung (18) angeordneten Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) sind dann gegeneinander versetzt angeordnet, wenn sich die Ausrichtung ihrer Hauptflächen bezogen auf die auf der Horizontalebene (19) der Rührwerkswelle (14) gefällten Lotebene (20) unterscheidet. Unter der Hauptfläche wird die Fläche des Mittels (15) mit der größten Flächenausdehnung verstanden. Beispielsweise können an der ersten Rührarmverbindung (17) die Mittel (15) mit ihrer jeweiligen Hauptfläche parallel zur Lotebene (20) angeordnet sein, während die Mittel (15) an der zweiten Rührarmverbindung (18) mit ihrer jeweiligen Hauptfläche senkrecht zur Lotebene (20) stehen können. Durch eine derartige Anordnung kann eine noch effizientere Durchmischung erfolgen. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad bezüglich des Schabens ebenfalls erhöht, da sich bildende Ablagerungen von verschiedenen Seiten zerspant werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die mindestens eine Rührarmverbindung (13) und/oder das mindestens eine Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) trennbar ausgebildet sein. Unter trennbar wird dabei eine derartige Ausbildung des Mittels (15) zum Mischen und/oder Schaben und/oder der Rührarmverbindung (13) verstanden, die ein einfaches Trennen der Rührarmverbindung (13) von den Rührwerksarmen (7) oder des Mittels (15) zum Mischen und/oder Schaben von der Rührarmverbindung (13) ermöglichen, beispielsweise indem Befestigungsmittel (22) an der Rührarmverbindung (13) gelöst oder gesteckte oder verpresste Verbindungen getrennt werden können. Vorteilhaft kann bei einer solchen Anordnung der durch Abrasion erzeugte Materialverschleiß des oder der Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) durch einfaches Auswechseln der Mittel behoben werden, wobei unter Abrasion diejenige Ritzung oder Mikrozerspanung verstanden wird, die beim Eindringen harter Teilchen eines Reibungspartners oder Rauheitsspitzen in die Randschicht eines anderen Reibungspartners entstehen. Ferner ermöglicht die Trennbarkeit eine einfache Anpassung der Vorrichtung an unterschiedlichste Eintragsmaterialien, indem beispielsweise die Anzahl der Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) pro Rührarmverbindung (13) oder aber die Anzahl der Rührarmverbindungen (13) entsprechend der Erfordernisse des jeweiligen Eintragsmaterials angepasst werden können.
  • In einer weiteren Implementierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das mindestens eine Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) der Kontur der Innenwand (16) des zylinderförmigen Reaktorraums (3) im Wesentlichen nachgebildet sein. Eine derartige Formgebung gewährleist einen effektiven Wärmeübergang von den Wärmeaustauschflächen auf das Reaktionsgemisch, da die erwärmten Bestandteile des Gemisches wirkungsvoll mit den weniger warmen Bestandteilen ausgetauscht werden können, die ihrerseits mit den Wärmeaustauschflächen weitgehend direkt in Berührung kommen und ohne dass dazwischenliegendes Reaktionsmaterial den effektiven Wärmeübergang verhindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Rührarme (7) und/oder die mindestens eine Rührarmverbindung (13) und/oder das mindestens eine Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) zumindest teilweise einen bis zu 500°C temperaturbeständigen Keramik- oder Graphitwerkstoff umfassen. Durch eine Ausbildung mit einem Keramikwerkstoff kann die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit gesteigert werden; durch eine Ausbildung mit einem Graphitwerkstoff und/oder Graphit-enthaltenden Verbundwerkstoff kann die chemische Resistenz gegenüber Säuren, Basen und Schmelzen erheblich verbessert werden. Insgesamt besteht so eine erhöhte Variabilität der Verflüssigungsanlage in Bezug auf das Ausgangsmaterial. Gleichzeitig können die Anforderungen an die Vorbehandlung des Ausgangsmaterials entsprechend reduziert werden, was insgesamt die Wirtschaftlichkeit der Verflüssigungsanlage erhöht.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verflüssigung unter der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Rührwerkswelle (14) abwechselnd in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben wird. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Durchmischung und/oder Auflockerung des Eintragsgutes erreicht werden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Im Folgenden werden beispielhaft und nicht abschließend einige besondere Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
  • Die besonderen Ausführungsformen dienen nur zur Erläuterung des allgemeinen erfinderischen Gedankens, jedoch beschränken sie die Erfindung nicht.
  • 1 zeigt einen Querschnitt des zylinderförmigen Reaktorraums (3) mit dem erfindungsgemäßen Rührwerk (5).
  • 2 zeigt einen Längsschnitt des zylinderförmigen Reaktorraums (3) mit dem erfindungsgemäßen Rührwerk (5).
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • In 1 ist der zylinderförmige Reaktorraum (3) mit dem erfindungsgemäßen Rührwerk (5) im Querschnitt dargestellt. Das Rührwerk (5) ist weitgehend zentral entlang der Zylinderachse (6, als Punkt dargestellt; aus der Bildebene hinaus- und in die Bildebene hineinlaufend) des als gerader Hohlzylinder mit kreisförmiger Grund und Deckfläche ausgebildeten Reaktorraums (3) angeordnet. In der Figur sind sechs Rührarme (7) dargestellt, wobei jeweils zwei Rührarme (7) an einer Position in Bezug auf die Rührwerkswelle (14) einander gegenüberliegend angeordnet sind. Beispielsweise ist ein erstes Paar Rührarme (7) an einer ersten Position (8) in der Horizontalebene (19) der Rührwerkswelle (14) angeordnet, wobei die Horizontalebene (19) weitgehend parallel zur Erdoberfläche (21) verläuft. Ein weiteres Paar einander an einer dritten Position (10) der Rührwerkswerkswelle (14) gegenüberliegender Rührarme (7) ist zum ersten Paar mit einem Versetzungswinkel α von 60° angeordnet. Ein weiteres Paar einander an einer weiteren Position i der Rührwerkswerkswelle (14) gegenüberliegender Rührarme (7) ist zum ersten Paar mit einem Versetzungswinkel α von 120° angeordnet, bzw. zum Paar an der dritten Position (10) mit einem Versetzungswinkel α von 60°. Im Querschnitt nicht ersichtlich sind diejenigen Rührarme (7), welche ohne Versetzung zu den drei eingezeichneten Paaren so angeordnet sind, dass das Paar Rührarme (7) an derjenigen Position entlang der Rührwerkswelle (14), welche jeweils der ersten, dritten oder weiteren Position nachfolgt, ohne Versetzung zu dem jeweils vorangehenden Paar Rührarme (7) ausgebildet ist. Die schraubenlinienartige Anordnung der Rührarme (7) ist in diesem Ausführungsbeispiel also so gemäß der Erfindung gewählt, dass die gedachte Linie, welche die Rührarme (7) miteinander verbindet, mindestens einen Rührarm (7) an jeder zweiten Position miteinander verbindet. Wenn also ein Rührarm (7) an einer ersten Position (8), und ein Rührarm (7) an einer dritten Position (10) und ein Rührarm (7) an einer weiteren Position i, hier einer fünften Position verbunden ist, weist die Schraubenlinie gegenüber der Schraubenlinie, welche mindestens einen Rührarm (7) an jeder benachbarten Position entlang der Rührwerkswelle (14) verbindet, eine erhöhte Steigung sowie eine erhöhte Ganghöhe auf. An den Rührarmen (7) sind jeweils Rührarmverbindungen (13) mittels Befestigungsmitteln (22) angebracht, welche die Rührarme (7) an der ersten (8) und zweiten (9; im Querschnitt nicht erkennbar) Position, an der dritten (10) und vierten (im Querschnitt nicht erkennbar) Position, und an der fünften (i) und sechsten (im Querschnitt nicht erkennbar) Position miteinander verbinden. Durch die so angeordneten Rührarme (7) kann eine optimale Durchmischung gewährleistet werden. An drei Rührarmverbindungen (13) sind Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) angeordnet, welche der Kontur der Innenwand (16) des zylinderförmigen Reaktorraums (3) im Wesentlichen nachgebildet sind, um einen effektiven Wärmeübergang von den Wärmeaustauschflächen auf das Reaktionsgemisch zu gewährleisten. Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) sind näherungsweise in der Form einer geraden Pyramide ausgebildet, wobei die Spitze zur Befestigung an der Rührwerksverbindung abgeschnitten ist.
  • In 2 ist die Vorrichtung zur Verflüssigung mit dem ersten Deckel (1) samt Eintragsschnecke (4), dem zweiten Deckel (2) und dem zylinderförmigen Reaktorraum (3) mit dem erfindungsgemäßen Rührwerk (5) in einem Längsschnitt dargestellt. Der zylinderförmige Reaktorraum (3) ist zur Verdeutlichung nur in einem Abschnitt dargestellt; seine Länge kann mehrere Meter betragen. Die Rührwerkswelle (14) verläuft entlang der Längsachse (12) des Rührwerks (5). Die Rührwerkswelle (14) wird von der Horizontalebene (19) der Rührwerkswelle (14) durchschnitten. Senkrecht zu der Horizontalebene (19) der Rührwerkswelle (14) ist die Lotebene (20, durchbrochene Linie) angeordnet. In der Längsschnittdarstellung ist erkenntlich, dass sich die an der ersten Rührarmverbindung (17) angeordneten Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) von denjenigen Mitteln zum Mischen und/oder Schaben (15) unterscheiden, welche an einer zweiten Rührarmverbindung (18) angeordnet sind. Die Rührarmverbindungen (13, respektive 17, 18) sind an den Rührarmen (7) mittels Befestigungsmitteln (22) angebracht. Die zweite Rührarmverbindung (18) erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel über mehrere Rührarme (7) an aufeinanderfolgenden Positionen: dargestellt sind eine erste Rührarmverbindung (17), welche die Rührarme an der dritten (10) und vierten (i) Position miteinander verbindet, sowie eine zweite Rührarmverbindung (18), welche die Rührarme an der dritten (10) und vierten (i) Position miteinander verbindet und darüber hinaus Rührarme an der zweiten Position (9, nicht dargestellt) und an der fünften Position (nicht dargestellt).
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erster Deckel
    2
    zweiter Deckel
    3
    zylinderförmiger Reaktorraum
    4
    Eintragsschnecke
    5
    Rührwerk
    6
    Zylinderachse des Reaktorraums
    7
    Rührarm
    8
    erste Position Rührarme
    9
    zweite Position Rührarme
    10
    dritte Position Rührarme
    12
    Längsachse des Rührwerks (5)
    13
    Rührarmverbindung
    14
    Rührwerkswelle
    15
    Mittel zum Mischen und/oder Schaben
    16
    Innenwand des zylinderförmigen Reaktorraums
    17
    erste Rührarmverbindung
    18
    zweite Rührarmverbindung
    19
    Horizontalebene Rührwerkswelle
    20
    Lotebene Rührwerkswelle
    21
    Erdoberfläche
    22
    Befestigungsmittel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202006000559 U1 [0007]
    • WO 1995/20554 [0008]
    • DE 202006003429 [0010]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen, umfassend einen durch einen ersten Deckel (1) und einen zweiten Deckel (2) und eine Umhüllung definierten zylinderförmigen Reaktorraum (3), mindestens eine Eintragsschnecke (4) und mindestens ein Rührwerk (5), wobei das Rührwerk (5) eine Rührwerkswelle (14) umfasst, wobei die Rührwerkswelle (14) weitgehend zentral entlang der Zylinderachse (6) des Reaktorraums (3) ausgebildet ist, und wobei das das Rührwerk (5) an einer ersten Position (8) n Rührarme (7) und an einer zweiten Position (9) m Rührarme (7) und an einer dritten (10) und möglicherweise weiteren Position i jeweils q, qi Rührarme (7) umfasst, wobei n ≥ 2 und m ≥ 2 und q, qi ≥ 2 ist, und wobei die Rührarme (7) schraubenlinienartig mit einem Versetzungswinkel α zueinander angeordnet sind, und wobei das Rührwerk (5) mindestens eine wenigstens 2 Rührarme (7) verbindende Rührarmverbindung (13) umfasst.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei n = m = q, qi = 2 ist, und wobei die Rührarme (7) an der ersten Position (8), der zweiten Position (9), der dritten Position (10) und möglicherweise weiteren Position i einander gegenüberliegend ausgebildet sind.
  3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Rührarmverbindung (13) mindestens einen Rührarm (7) an der ersten Position (8) und mindestens einen Rührarm (7) an der zweiten Position (9) verbindet.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens 50%, vorzugsweise alle Rührarme (7) an einer Position mit mindestens 50%, vorzugsweise allen Rührarmen (7) an einer anderen Position über mindestens eine Rührarmverbindung (13) verbunden sind.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der mindestens einen Rührarmverbindung (13) mit mindestens einem Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das oder die Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) an einer ersten Rührarmverbindung (17) im Verhältnis zu dem oder den Mittel/n (15) zum Mischen und/oder Schaben an einer zweiten Rührarmverbindung (18) versetzt angeordnet ist/sind.
  7. Vorrichtung gemäß der einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die mindestens eine Rührarmverbindung (13) und/oder das mindestens eine Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) trennbar ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das oder die Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) der Kontur der Innenwand (16) des zylinderförmigen Reaktorraums (3) im Wesentlichen nachgebildet ist/sind.
  9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rührarme (7) und/oder die mindestens eine Rührarmverbindung (13) und/oder das mindestens eine Mittel zum Mischen und/oder Schaben (15) zumindest teilweise einem bis zu 500°C temperaturbeständigen Keramik- oder Graphitwerkstoff umfassen.
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