DE102014204105B3

DE102014204105B3 - Vorrichtung zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE102014204105B3
Application number: DE102014204105.8A
Authority: DE
Inventors: Guido Link; Benjamin Lepers; Mark Zink; Hans-Werner Schröder; Ralf Wollenberg; Alexander Rosin
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2034-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (110) zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor, welche einen Eintragskanal (112) zur Aufnahme des Eintragsgutes umfasst, wobei mindestens ein Segment (114) des Eintragskanals (112) von einem mikrowellentransparenten Material gebildet ist. Die Vorrichtung (110) umfasst weiterhin mindestens einen Mikrowellenapplikator (116), wobei der Mikrowellenapplikator (116) über mindestens einen Mikrowellenleiter (120) aus einer Mikrowellenquelle (122) gespeist wird. Erfindungsgemäß ist das Segment (114) des Eintragskanals (112) derart mit dem Mikrowellenapplikator (116) gekoppelt, dass eine Fokussierung eines Mikrowellenfeldes in ein Volumen (118) des Eintragsgutes erfolgt, wobei mindestens ein Anpasselement (128) zur Einstellung des Mikrowellenfeldes in dem Volumen (118) des Eintragsgutes vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (110) dient vorzugsweise zur Behandlung, insbesondere zur Erwärmung und/oder Zersetzung, des Eintragsgutes während der Eintragung des Eintragsgutes in den Reaktor, wobei das Eintragsgut einen Feststoff umfasst, bevorzugt einen biogenen Rohstoff oder Brennstoff, besonders bevorzugt (Stein-)Kohle, Braunkohle, Holz und/oder Biomasse, insbesondere zur Pyrolyse des Eintragsgutes und/oder zur Umsetzung des Eintragsgutes in eine gasförmige Phase.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor, wobei das Eintragsgut insbesondere einen Feststoff, bevorzugt einen biogenen Roh- und/oder Brennstoff umfasst, und ihre Verwendung insbesondere zur Erwärmung und/oder Zersetzung des Eintragsgutes während der Eintragung in den Reaktor. Die Eintragung des Eintragsgutes in den Reaktor erfolgt hierbei insbesondere zur Durchführung eine Pyrolyse unter Verwendung des Eintragsgutes und/oder zur Umsetzung des Eintragsgutes in eine gasförmige Phase. Darüber hinaus eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Vorerwärmung von Prozessmedien, welche als Eintragsgut dienen.
Stand der Technik
Insbesondere um eine Effizienz von chemischen Verfahren, wie beispielsweise von Pyrolyseverfahren, zu erhöhen, ist es vorteilhaft, das Verfahren bei einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks und einer Temperatur oberhalb von Raumtemperatur durchzuführen. Die hierfür erforderlichen Bedingungen erschweren jedoch in beträchtlichem Maße eine Eintragung eines Eintragsgutes in einem Reaktor, in welchem das Verfahren durchgeführt werden soll, insbesondere dann, wenn als Eintragsgut Feststoffe, vorzugsweise biogene Roh- und/oder Brennstoffe, insbesondere (Stein-)Kohle, Braunkohle, Holz und/oder feste Biomasse, dienen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zur Aufbereitung von Kohle oder kohlenhaltigen Materialien bekannt. So beschreibt die DE 10 2011 116 031 A1 ein schleusenloses Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren, wobei eine Strangpresse die Kohle kontinuierlich und schleusenlos in den Vergasungsreaktor fördert. Hierbei bildet der im Formkanal der Strangpresse festverspannte Brikettstrang einen nahezu gasdichten Brikettpfropfen aus und dichtet auf diese Weise den Vergasungsreaktor gegenüber dem Eintragssystem ab. Auf diese Weise wird es möglich, unter Einsatz von Braunkohlebriketts eine Druckbarriere im Eintragskanal aufzubauen, wobei die Braunkohlebriketts gegenüber der ursprünglich granularen Braunkohle eine deutlich verringerte Oberfläche aufweisen, was zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades bei der im Reaktor durchgeführten Pyrolyse führt.
Um derartige Probleme zu vermeiden, wurde deshalb in einer Reihe von Dokumenten vorgeschlagen, dass Eintragsgut vor der Eintragung in den Reaktor mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mit Radio- und/oder Mikrowellen zu behandeln. So ist beispielsweise aus der WO 03/083146 A1 ein Verfahren zur Vorbehandlung eines mehrphasigen Materials bekannt, bei welchem das Material bei einem kontinuierlichen Verfahren in eine Behandlungszone eingebracht wird, wobei das Material in der Behandlungszone mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mit Mikrowellen, behandelt wird.
Die US 2007/0151147 A1 offenbart ein Verfahren zum Trocknen von Kohle unter Einsatz von Mikrowellenenergie, bei welcher die Kohle volumetrisch einheitlich erhitzt wird, um in der Kohle enthaltenes Wasser entfernen zu können, ohne hierzu die Kohle auf eine Temperatur oberhalb von 90°C erhitzen zu müssen. Auf diese Weise erfährt die Kohle im Rahmen einer derartigen Vorbehandlung weder eine Verbrennung noch eine Oxidation, wodurch ihre Koksqualitäten erhalten bleiben.
Aus der WO 2009/048875 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von brikettförmigem festen Brennstoff bekannt, bei welchem eine Brikettierung des Brennstoffs vor oder nach der Behandlung mit elektromagnetischer Energie, wie beispielsweise Mikrowellen oder Radiowellen, erfolgt.
Die US 8,298,304 B1 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Kohle, bei welchem die Kohle in einem ersten Schritt in einer Kohlenmühle zermahlen wird. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Extrahierung chemischer Substanzen aus der Kohle durch die Einwirkung von Mikrowellen auf die Kohle.
In der DE 10 2012 012 549 A1 wird ein schleusenloses Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren gemäß der DE 10 2011 116 031 A1 beschrieben, wobei hier in das Feststoffeintragssystem zusätzlich ein Mikrowellenapparat integriert ist. Der Eintragskanal besteht hierzu teilweise aus einem mikrowellendurchlässigen Material, wodurch Mikrowellenstrahlung von außen in den Brikettstrang eingekoppelt werden kann. Auf diese Weise erfolgt eine Schwächung der das Feststoffeintragssystem verlassenden Briketts, so dass die Briketts beim Eintritt in den Reaktor, insbesondere beim einem Hineinfallen in den Reaktor, leicht zerspringen können. Um zu gewährleisten, dass im Feststoffeintragssystem kein Dichtigkeitsverlust eintritt und der Energieverbrauch für die Schwächung des Brikettverbandes nicht zu hoch ist, erfolgt die Mikrowelleneinstrahlung sternförmig von drei Seiten, um damit eine gleichmäßige Aufheizung bzw. nicht-thermische bindungsschwächende Anregung der Einzelbriketts zu bewirken. Darüber hinaus gehende Angaben über die Ausgestaltung der Mikrowelleneinstrahlung werden in diesem Dokument nicht angegeben.
Die DE 37 11 184 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Einbringung von Mikrowellenenergie mit einem offenen Mikrowellenleiter. Hierbei ist als Bestandteil der Mikrowellenquelle ein Anpasselement vorgesehen, welches in Form eines 3-Stab-Tuners ausgeführt ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor und ihre Verwendung bereitzustellen, welche die bekannten Vorrichtungen weiterbilden und hierbei deren Nachteile und Schwächen zumindest weitgehend vermeiden.
Insbesondere soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche eine energieeffiziente und schnelle Vorerwärmung des Eintragsguts ermöglicht, insbesondere um den Wirkungsgrad des nachfolgend im Reaktor durchgeführten Verfahrens zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor und ihre Verwendung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche sich einzeln oder in beliebiger Kombination umsetze lassen, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Im Folgenden werden die Begriffe ”haben”, ”aufweisen”, ”umfassen” oder ”einschließen” oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck ”A hat B”, ”A weist B auf”, ”A umfasst B” oder ”A schließt B ein” sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d. h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise”, „insbesondere”, „beispielsweise” oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung” oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung” eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Eintragung eines Eintragsgutes in einem Reaktor. Die Vorrichtung kann hierzu vorzugsweise an einen Einlass des Reaktor angebracht sein, wobei, bezogen auf eine Richtung der Eintragung des Eintragsgutes in den Reaktor, vor der Vorrichtung und/oder zwischen der Vorrichtung und dem Reaktor sich weitere Einrichtungen befinden können, welche zur Eintragung und/oder Aufbereitung des Eintragsgutes eingerichtet sein können. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, vor der Vorrichtung eine Druckvorrichtung, wie beispielsweise eine kontinuierliche Strangkolbenpresse, vorzusehen, mittels welcher ein festes Eintragsgut in die vorliegende Vorrichtung gepresst werden kann.
In Bezug auf die vorliegende Erfindung wird unter einem „Reaktor” eine Einrichtung verstanden, in welcher eine Behandlung und/oder eine chemische Umsetzung des Eintragsgutes stattfinden können. Die vorliegende Vorrichtung kann sich hierbei insbesondere zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor eignen, in welchem ein chemisches Verfahren, vorzugsweise eine Pyrolyse des Eintragsgutes und/oder eine Umsetzung eines festen Eintragsgutes in eine gasförmige Phase stattfinden sollen. Gleichwohl lässt sich die vorliegende Vorrichtung auch in weiteren chemischen und/oder physikalisch-chemischen und/oder biochemischen Verfahren einsetzen, etwa zur Aufbereitung, wie beispielsweise zur Vorerwärmung, eines fluiden Prozessmediums, welches als Eintragsgut dient.
Die vorliegende Vorrichtung ist grundsätzlich zur Eintragung jeden beliebigen Eintragsgutes in den Reaktor geeignet, insoweit etwa bei einem aggressiven oder korrosiven Eintragsgut entsprechende Maßnahmen in Bezug auf eine Ausgestaltung der Vorrichtung getroffen wurden. Bevorzugt dient die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch dazu, um fluide, d. h. flüssige und/oder gasförmige, Prozessmedien und/oder feste Eintragsgüter in den Reaktor einzubringen. Das Eintragsgut umfasst daher vorzugsweise einen Feststoff, insbesondere einen biogenen Rohstoff und/oder einen biogenen Brennstoff, wozu im Allgemeinen Feststoffe wie (Stein-)kohle, Braunkohle oder Holz sowie auch Biomasse, die teilweise in einem festen und/oder flüssigen Zustand vorliegen kann, gerechnet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Eintragskanal, welcher zur Aufnahme des Eintragsgutes eingerichtet ist. Als Eintragskanal wird vorzugsweise ein zylindrisches Hohlrohr ausgewählt, welches vorzugsweise einen über seine Länge konstanten Durchmesser aufweist, insbesondere um bei der Eintragung des Eintragsgutes in den Reaktor einen Druckverlust durch eine auftretende Änderung im Durchmesser des Eintragskanals zu vermeiden, wobei der Querschnitt des Eintragskanals vorzugsweise rund, oval oder eckig, insbesondere vier-, fünf-, Sechs- oder achteckig gewählt werden kann, Andere Ausgestaltungen des Eintragskanals sind je nach dem vorliegenden Einsatzzweck jedoch denkbar. Die Wand des Eintragskanals besteht bevorzugt aus einem für die jeweiligen Prozessbedingungen geeignetes Material, wie beispielsweise ein Metall oder eine Legierung oder ein keramisches Material, welche gegen die im Eintragskanal auftretenden Temperaturen und Drücke beständig sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist hierbei jedoch mindestens ein Segment des Eintragskanals von einem mikrowellentransparenten Material gebildet. Unter einem „Segment” des Eintragskanals wird hierbei ein Teil des Eintragskanals, im Falle eines zylindrischen Rohres ein auch als Rohrsegment bezeichneter Bereich verstanden, welcher zumindest einmal um den Umfang des Eintragskanals herumgeführt ist, insbesondere an denjenigen Stellen, an welchen eine Beaufschlagung des Eintragsgutes mit Mikrowellen vorgesehen ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das mikrowellentransparente Material vorzugsweise eine Keramik, welche insbesondere Siliciumnitrid Si₃N₄, Aluminiumoxid Al₂O₃, ein Glas oder eine Glaskeramik umfasst. Unter einer „Keramik” wird hierbei ein Material verstanden, welches üblicherweise in einem zweiteiligen Herstellungsverfahren aus überwiegend anorganischen, feinkörnigen Rohstoffen hergestellt wird. Hierzu wird in einem ersten Teil des Herstellungsverfahrens in aller Regel bei Raumtemperatur ein sogenannter „Grünkörper” aus den überwiegend anorganischen, feinkörnigen Rohstoffen geformt und anschließend getrocknet. Die Keramik selbst wird im zweiten Teil des Herstellungsverfahrens dadurch erhalten, dass der Grünkörper einem Brennverfahren, in der Regel oberhalb von mindestens 700°C, zur Verringerung der Porosität der Keramik durch eine Sinterung jedoch oberhalb von mindestens 1200°C, unterzogen wird, wodurch ein harter, dauerhafter Gegenstand erhalten wird. Auch hier gilt, dass eine Auswahl des geeigneten mikrowellentransparenten Materials insbesondere von den Bedingungen, wie Druck und Temperatur, abhängt, welche das Eintragsgut in der Vorrichtung erfährt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin mindestens einen Mikrowellenaplikator. Unter einem „Mikrowellenaplikator” wird eine Einrichtung verstanden, welche eine Fokussierung eines Mikrowellenfeldes in ein Volumen ermöglicht, welches ein mit der Mikrowelle zu beaufschlagendes Material umfasst, wozu im Falle der vorliegenden Erfindung in erster Linie das Eintragsgut oder Teile davon zählen. Unter ”einer Fokussierung” wird eine Bündelung eines Strahlen- und/oder Wellenfeldes in einem definierten Bereich verstanden, über welchen die Intensität des betreffenden Feldes einen im Vergleich zu dem den Bereich umgebenden Volumen einen erhöhten Wert aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine ausreichende Fokussierung des Mikrowellenfeldes in das Eintragsgut dadurch erreicht, dass ein Mikrowellenaplikator eingesetzt wird, welcher im Wesentlichen in der TE10 Mode arbeitet. Hierzu weist der verwendete Mikrowellenaplikator typischerweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Aber auch andere Querschnitte des Mikrowellenaplikators, welche dann ggf. mit einer anderen bevorzugten Mode arbeiten können, sind je nach Einsatzzweck denkbar. Zur Erhöhung eines Grades der Fokussierung des Mikrowellenfeldes kann hierzu der Mikrowellenaplikator mit mindestens einem integrierten Steg zur zusätzlichen Fokussierung des Mikrowellenfeldes versehen sein. Auch andere bekannte Einrichtungen, welche zu einer Erhöhung der Fokussierung des Mikrowellenfeldes in dem definierten Bereich beitragen können, lassen sich je nach Wahl der in dem Eintragskanal herrschenden Prozessbedingungen einsetzen.
Erfindungsgemäß wird der Mikrowellenaplikator über mindestens einen Mikrowellenleiter aus einer Mikrowellenquelle gespeist. Die Mikrowellenquelle dient hierbei insbesondere zur Bereitstellung von Mikrowellen zur Beaufschlagung des Eintragsgutes in dem Eintragskanal. Insbesondere in Abhängigkeit von dem Querschnitt des Eintragskanals werden Mikrowellenfrequenzen in einem Frequenzbereich von 800 MHz bis 6 GHz eingesetzt, wobei Frequenzen bei 915 MHz, bei 2,45 GHz oder bei 5,8 GHz bevorzugt sind. Abhängig von der gewählten Frequenz sowie von den Prozessbedingungen in dem Eintragskanal, insbesondere von der Höhe des Durchsatzes des Eintragsgutes in dem Eintragskanal, kann als Mikrowellenquelle eine Vakuumröhre, bevorzugt ein Magnetron oder Klystron, mit einer Leistung im Bereich von 600 W bis 100 kW eingesetzt werden als auch ein Halbleiteroszillator, welcher eine Leistung in einem Bereich von 100 W bis 600 W bereitstellen kann. Unter einem „Mikrowellenleiter” wird eine Einrichtung verstanden, welche die in der Mikrowellenquelle erzeugte Mikrowelle zu dem Mikrowellenaplikator transportieren kann. Wellenleiter, welche sich für einen Einsatz in der Mikrowellentechnik eignen, bestehen in der Regel aus einem hohlen metallischen Rohr, welches insbesondere rund oder rechteckig ausgestaltet sein kann und dessen Durchmesser meist etwas größer als die halbe Wellenlänge der zu transportierenden Welle gewählt wird.
Erfindungsgemäß ist das Segment des Eintragskanals derart mit dem Mikrowellenaplikator gekoppelt, dass eine möglichst gute Fokussierung des Mikrowellenfeldes in das Volumen des Eintragsgutes erfolgt. Auf diese Weise soll insbesondere eine schnelle und effiziente Behandlung des Eintragsgutes in dem Eintragskanal mit der durch das Mikrowellenfeld bereitgestellten Energie erfolgen, insbesondere über den Bereich, in welchem das Mikrowellenfeld in dem Volumen des Eintragsgutes fokussiert ist. Die Behandlung des Eintragsgutes in dem Eintragskanal kann im Allgemeinen zu einer Erwärmung des Eintragsgutes führen. Auf diese Weise ist beispielsweise ein schnellerer Durchsatz des Eintragsgutes durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und damit eine schnellere Eintragung des Eintragsgutes in den Reaktor möglich. Zusätzlich und/oder darüber hinaus kann die in dem Volumen des Eintragsgutes fokussierte Mikrowelle auch zu einer zumindest teilweise Zersetzung und/oder Zerstörung des Eintragsgutes in dem Eintragskanal führen. Eine derartige Vorbehandlung kann insbesondere dann erwünscht sein, wenn das Eintragsgut vor der Eintragung in den Reaktor einer Vorbehandlung unterzogen werden soll. Beispielsweise ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vorbehandlung von biogenen Roh- oder Brennstoffen, wie etwa von Briketts aus Braunkohle oder von Holzspänen, welche im Eintragskanal nicht nur einer Erwärmung unterzogen werden sollen, sondern deren Gefüge durch die Beaufschlagung mit Mikrowellen kontaktlos zumindest teilweise zerstört werden kann, wodurch im Allgemeinen eine deutliche Oberflächenvergrößerung des Eintragsgutes auftreten kann, welches etwa in Form von Pyrolysegut in dem nachgeschalteten Reaktor dienen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt einer erfindungsgemäße Kopplung des Eintragskanals mit dem Mikrowellenaplikator dadurch, dass das Segment des Eintragskanals, welches zumindest teilweise von dem mikrowellentransparenten Material gebildet ist, zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von dem Mikrowellenaplikator umgeben ist. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass das zylinderförmige Rohr, welches den Eintragskanal ausbilden kann, durch den Mikrowellenleiter geführt wird, insbesondere derart, dass der Eintragskanal an denjenigen Stellen in den Mikrowellenaplikator eingebracht wird, an denen das Mikrowellenfeld besonders gut fokussiert ist, um auf diese Weise eine möglichst gute Fokussierung des Mikrowellenfeldes in das Volumen des Eintragsgutes zu ermöglichen. Gleichzeitig ist es besonders vorteilhaft, wenn der Eintragskanal an denjenigen Stellen, an welchen er in den Mikrowellenaplikator eingebracht wird, über das Segment aus dem mikrowellentransparenten Material verfügt.
In einer besonderen Ausgestaltung können mindestens zwei gesonderte Mikrowellenaplikatoren vorgesehen sein, wobei die mindestens zwei Mikrowellenaplikatoren in Serie jeweils um das Segment angeordnet sein können. Die mindestens zwei Mikrowellenaplikatoren können hierbei vorzugsweise identisch ausgestaltet sein und lassen sich dann bevorzugt aus ein und derselben Mikrowellenquelle speisen.
In einer besonderen Ausgestaltung ist der Eintragskanal aus einem druckdichten Material gebildet. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere dann, wenn in dem Eintragskanal Prozessbedingungen herrschen, welche eine druckdichte Ausgestaltung erfordern. Ein Beispiel hierfür ist Erwärmung und Zersetzung von Braunkohlebriketts bei einer Temperatur von 300°C, welche über dem Siedepunkt von Wasser bei einem Druck von 6,5 MPa entspricht. In dieser Ausgestaltung muss der aus dem mikrowellentransparenten Material gebildete Eintragskanal der Summe der mechanischen Belastung standhalten, die sich aus dem aufgrund der Prozessbedingungen herrschenden inneren Druck, beispielsweise von 6,5 MPa, dem Anpressdruck von etwaigen Dichtungen zur Abdichtung des Eintragskanals und den sich in dem Material, aus dem der Eintragskanal gebildet ist, sich entwickelnden thermischen Spannungen ergeben, wobei die Summe der mechanischen Belastungen möglichst deutlich unterhalb der Festigkeitswerte für das gewählte mikrowellentransparente Material liegen sollten. Insbesondere um den Anteil an thermischen Spannungen zu minimieren, sollte sich das mikrowellentransparente Material durch eine möglichst geringe Mikrowellenabsorption, das heißt einen möglichst niedrigen dielektrischen Verlustfaktor, auszeichnen. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Energie aus dem eingebrachten Mikrowellenfeld durch dielektrische Verluste in dem mikrowellentransparenten Material zu einer Erwärmung des Segments des Eintragsrohres beitragen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung, welche sich insbesondere für den Fall eignet, dass zu befürchten ist, dass das mikrowellentransparente Material den aufgrund von hohem Druck und hohen Temperaturen auftretenden Belastungen nicht oder nur teilweise standhalten könnte, kann der Mikrowellenaplikator vorzugsweise durch einen Einsatz von Mikrowellenfenstern druckdicht abgeschlossen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere um hohe Belastungen, resultierend aus hohem Druck und/oder hoher Temperatur, besser standhalten zu können, einen Mantel aufweisen, welcher zumindest teilweise das Segment umgibt. Der Mantel weist hier vorzugsweise ein mechanisch sehr festes und ein metallisch wärmeleitfähiges Material auf, wofür sich insbesondere Aluminium und/oder Stahl und/oder eine Legierung aus diesen Materialien mit entsprechenden Eigenschaften eignen. Vorzugsweise kann hierbei das Material des Mantels so gewählt werden, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Mantels vergleichbar ist mit dem Wärmeausdehnungskoeffizient des mikrowellentransparenten Materials. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass es bei einer Erwärmung des Eintragskanals aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht zu Undichtigkeiten in der Vorrichtung kommt. Alternativ oder zusätzlich kann der Mantel, welcher das Segment umgibt, mit einer Kühlungseinrichtung und/oder mit einer Einrichtung zur Ableitung eines Überdrucks im Eintragskanal versehen sein. Insbesondere um einem Aufbau eines größeren Druckes in dem Mikrowellenaplikator entgegen zu wirken, können im Bereich des Mikrowellenleiters Bohrungen vorgesehen werden, welche durch den Mantel hindurch geführt und sich, vorzugsweise steuerbar durch Ventile, wie etwa geeignete Verschraubungen, an Überdruckleitungen anschließen lassen können, um auf diese Weise bei der Behandlung des Eintragsgutes einen eintretenden Überdruck und/oder auftretende Prozessgase besser abführen zu können.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Eintragskanal Stirnseiten auf, wobei mindestens eine der Stirnseiten mit einem Flansch versehen sein kann. Der Flansch kann hierbei insbesondere dazu eingesetzt werden, um den Eintragskanal an der mindestens einen Stirnseite abzudichten. Vorzugsweise wird hierbei zwischen dem Flansch und der Stirnseite des Eintragskanals eine Dichtung, insbesondere eine Graphitdichtung, eingebracht. Der mindestens eine Flansch kann auf diese Weise zusammen mit der mindestens einen Dichtung dazu eingesetzt werden, um den Eintragskanal an den Stirnseiten abzudichten. Hierzu kann der Flansch insbesondere fest, aber lösbar mit dem Mantel verbunden sein, wobei zwischen dem Flansch und dem Mantel weiterhin eine Hochfrequenzdichtung eingebracht sein kann. Die Hochfrequenzdichtung kann sich insbesondere dazu eignen, um durch eine hierdurch mögliche Abschirmung des Mikrowellenfeldes in dem Mikrowellenapplikator eine Mikrowellenleckstrahlung aus dem Mikrowellenapplikator möglichst weitgehend zu unterbinden. In dieser Ausgestaltung kann der Mantel weiterhin eine Einrichtung zur Aufnahme einer Pressvorrichtung aufweisen, etwa dadurch, dass an definierten Stellen im Mantel geeignete Bohrungen vorgesehen sind. Die Pressvorrichtung kann hierbei insbesondere zu einer Eintragung des Eintragsgutes in den Eintragskanal dienen, insbesondere dann, wenn die Eintragung des Eintragsgutes in den Eintragskanal unter einem gegenüber Normaldruck erhöhten Druck erfolgen soll.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt weiterhin über ein Anpasselement zur Einstellung des Mikrowellenfeldes in dem Volumen des Eintragsgutes. Unter dem „Anpasselement” wird eine Einrichtung verstanden, mittels welcher die Mikrowellenleistung möglichst optimal auf das Volumen des Eintragsgutes fokussiert werden kann, zum einen um in dem Volumen eine besonders hohe Fokussierung des Mikrowellenfeldes zu erzielen und zum anderen zu ermöglichen, dass sich die Mikrowelleneigenschaften des Mikrowellenapplikators an veränderte Bedingungen in dem Eintragskanal anpassen lassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Anpasselement mindestens einen 3-Stab-Tuner, welcher auch als 3-Stift-Tuner bezeichnet werden kann. Der manuell oder mittels einer zusätzlichen Einrichtung einstellbare 3-Stab-Tuner verfügt über drei Stifte variabler Länge, durch deren jeweilige Einstellung sich die Impedanz des Mikrowellenapplikators, abhängig von der jeweils auftretenden Mikrowellenlast, an die Impedanz des Wellenleiters anpassen lässt, um somit die in den Mikrowellenapplikator reflektierte Mikrowellenleistung möglichst weitgehend zu minimieren.
In einer alternativen Ausgestaltung, welche auch zusätzlich zur genannten Ausgestaltung des Anpasselementes mit mindestens einem 3-Stab-Tuner vorgesehen werden kann, umfasst das Anpasselement mindestens einen, bevorzugt einen einstellbaren Kurzschlussschieber. Unter dem „Kurzschlussschieber” wird eine in der Regel über einen Spindeltrieb bewegbare Einrichtung verstanden, durch deren Verschiebung sich die Resonanzmaxima der Mikrowellen innerhalb des Mikrowellenapplikators verschieben lassen. Während der genannte 3-Stab-Tuner vorzugsweise direkt hinter der Mikrowellenquelle angebracht werden kann, ist es vorteilhaft, den Kurzschlussschieber an der dem Mikrowellenleiter gegenüberliegenden Seite an den Mikrowellenapplikator anzubringen. Um eine Reflexion der Mikrowellenleistung vom Eintragsgut zurück zur Mikrowellenquelle zu minimieren, ist es vorteilhaft, die Impedanz des leeren Mikrowellenleiters möglichst reflexionsfrei auf die Impedanz des mit dem Eintragskanal zumindest teilweise gefüllten Wellenleiterapplikators zu transformieren. Hierzu können Abschnitte des Mikrowellenleiters stückweise mit verlustarmen Dielektrika mit definierten dielektrischen Eigenschaften und entsprechenden Dicken in den Mikrowellenleiter eingebracht werden oder mindestens ein Abschnitt des Wellenleiters mit einem Querschnitt, welcher sich von dem Querschnitt außerhalb des Abschnitts unterscheidet, und/oder integrierten Stegen in von Abmessungen der Mikrowellenleiter abhängigen Längen ausgeführt werden.. Ebenso ist es vorteilhaft, zwischen dem Mikrowellenleiter und dem Mikrowellenapplikator mindestens einen Mikrowellenleiterübergang vorzusehen, welcher insbesondere zur Anpassung der Impedanz des Mikrowellenapplikators an den Mikrowellenleiter eingerichtet sein kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor, wobei das Eintragsgut vorzugsweise mittels einer Vorrichtung nach einer oder mehreren der vorausgegangenen Ausgestaltungen in den Reaktor eingetragen wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird hierbei ein Volumen des Eintragsguts während seiner Passage durch den Eintragskanal einer Behandlung durch ein Mikrowellenfeld, welches insbesondere in dem Volumen des Eintragsgutes eine besonders hohe Fokussierung erfährt, behandelt. Vorzugsweise umfasst die Behandlung eine Erwärmung und/oder zumindest teilweise Zersetzung des Eintragsgutes während der Passage durch den Eintragskanal auf seinem Wege zur Eintragung in den Reaktor.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Behandlung des Eintragsgutes in dem Eintragskanal bei gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperaturen, vorzugsweise im Bereich von 100°C bis 500°C, und bei einem gegenüber Atmosphärendruck erhöhten Druck, insbesondere bei einem Druck von 1 MPa bis 10 MPa.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung nach einer oder mehreren der beschriebenen Ausgestaltungen zur Behandlung eines Eintragsgutes während der Eintragung in einen Reaktor mittels Mikrowelle zur Erwärmung und/oder zur teilweisen Zersetzung des Eintragsgutes. Hierbei umfasst das Eintragsgut vorzugsweise einen Feststoff, besonders bevorzugt einen biogenen Rohstoff und/oder einen biogenen Brennstoff, insbesondere (Stein-)Kohle, Braunkohle, Holz und/oder feste, überwiegend feste und/oder flüssige Biomasse. Die Eintragung des Eintragsgutes in den Reaktor erfolgt hierbei insbesondere zur Pyrolyse des Eintragsguts und/oder zur Umsetzung des Eintragsgutes in eine gasförmige Phase. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird somit vorteilhaft dazu verwendet, um das Eintragsgut bereits vor seiner Eintragung in den Reaktor an die dort herrschenden Prozessbedingungen anzupassen und/oder das Eintragsgut so zu verändern, dass es durch seine veränderten Eigenschaften, etwa durch eine erhöhte Oberfläche von Teilen oder Partikeln des Eintragsgutes, zu einer verbesserten Reaktion und/oder zu einer erhöhten Ausbeute der nachfolgenden Reaktion in dem Reaktor beitragen kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schema-tisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
1a) eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Halbschnitt;
1b) einen Eintragskanal und einen den Eintragskanal umgebenden Mantel im Halbschnitt;
2 eine schematische Darstellung der Verlustleistungsdichte in dem Eintragsgut a) in z-y-Ebene, b) in y-x-Ebene bzw. c) in z-x-Ebene des Eintragskanals und d) in dem gesamten Eintragskanal;
3 eine schematische Darstellung der Temperaturverteilung in dem Eintragskanal; und
4 eine schematische Darstellung der Temperaturverteilung in dem den Eintragskanal umgebenden Mantel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1a) zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung 110 zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 umfasst einen Eintragskanal 112, welcher zur Aufnahme des Eintragsgutes eingerichtet ist. Der Eintragskanal 112 weist hierbei mindestens ein Segment 114 auf, welches aus einem mikrowellentransparenten Material, insbesondere Siliciumnitrid Si₃N₄, gebildet ist. Das Segment 114 des Eintragskanals 112 ist hierbei derart mit einem Mikrowellenapplikator 116 gekoppelt, dass eine Fokussierung eines Mikrowellenfeldes in dem Volumen 118 des Eintragsgutes, welches sich in dem Inneren des Eintragskanals 112 befindet, erfolgt. Der Mikrowellenapplikator 116 wird über einen Mikrowellenleiter 120 aus einer Mikrowellenquelle 122 gespeist. Insbesondere um eine möglichst gute Impedanzanpassung zu erreichen, ist zwischen dem Mikrowellenleiter 120 und dem Mikrowellenapplikator 116 ein Mikrowellenübergang 124 eingerichtet. Um darüber hinaus im vorliegenden Fall den zur Verfügung stehenden Raum für die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 möglichst gut auszunutzen, ist ein Teil des Mikrowellenleiters 120 als ein 90°-Mikrowellenleiter 126 vorgesehen, welcher zwischen dem Mikrowellenleiter 120, welcher die in der Mikrowellenquelle 122 erzeugte Mikrowelle aufnimmt, und dem Mikrowellenübergang 124 zum Mikrowellenapplikator 116 angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 verfügt weiterhin über mindestens ein Anpasselement 128, welches zur Fokussierung des Mikrowellenfeldes in dem Volumen 118 des Eintragsgutes eingerichtet ist. Wie in 1a) dargestellt, ist hierzu zum einen ein 3-Stab-Tuner 130 als Anpasselement 128 direkt hinter den Mikrowellenkopf mit der Mikrowellenquelle 122 und einem Zirkulator 131 vorgesehen, während ein Kurzschlussschieber 132, welcher sich an der dem Mikrowellenleiter 120 gegenüber liegenden Seite des Mikrowellenapplikators 116 befindet, als weiteres Anpasselement 128 dient. Unter dem Zirkulator 131 wird hierbei ein Mikrowellenbauelement zu einer Auftrennung und/oder Zusammenführung von Mikrowellen verstanden. Darüber hinaus ist es möglich, zur weiteren Anpassung der Impedanz der Mikrowellenleiter den Mikrowellenleiter 120, einschließlich des 90°-Mikrowellenleiters 126, zumindest stückweise mit einem verlustarmen Dielektrikum zu füllen und/oder mindestens einen Abschnitt des Mikrowellenleiters 120 mit einem Querschnitt, welcher sich von dem Querschnitt außerhalb des Abschnitts unterscheidet, und/oder integrierten Stegen in von Abmessungen des Mikrowellenleiters 120 abhängigen Längen auszuführen. Ebenso dient der Mikrowellenübergang 124 zur Anpassung der Impedanz des Mikrowellenleiters 120 bzw. des 90°-Mikrowellenleiters 126 an die Impedanz des Mikrowellenapplikators 116.
Wie aus 1a) weiter entnommen werden kann, ist der Eintragskanal 112, welcher das Segment 114 aus dem mikrowellentransparenten Material umfasst, zusammen mit dem Mikrowellenapplikator 116 von einem Mantel 134 umgeben, welcher vorzugsweise in Form eines Blocks 136, welcher bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst, ausgestaltet ist. Der Block 136 verfügt hierbei über drei Bohrungen 138, 138', 138'', welche jeweils mit einer Verschraubung 140, 140', 140'' versehen sind. Über die Verschraubungen 140, 140', 140'' lassen sich die Bohrungen 138, 138', 138'' an Überdruckleitungen anschließen, mit deren Hilfe ein im Eintragskanal 112 auftretender Überdruck und/oder entstehende Prozessgase kontrolliert abgeführt werden können. Der Block 136 kann darüber hinaus auch als Kühleinrichtung für den Eintragskanal 112 dienen. Durch eine gute Wärmeleitfähigkeit des Blocks 136, welcher bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst, sowie hierin integrierte Kühlkanäle (nicht dargestellt) lässt sich eine übermäßige Ausdehnung des Blocks 136 unter Bereitstellung einer entsprechenden Wasserkühlung und einem Kühlwasserfluss, in der vorliegenden Ausgestaltung von 6 l/Min., vermeiden.
In 1b) ist ein Halbschnitt durch den Eintragskanal 112 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 114 dargestellt. Der Eintragskanal 112 ist hier als ein zylindrisches Hohlrohr ausgebildet, wobei das Segment 114 des Hohlrohres aus dem mikrowellentransparenten Material Siliciumnitrid gebildet ist. Das Hohlrohr des Eintragskanals 112 umgibt das Volumen 118, in welchem das Eintragsgut in den Reaktor eingetragen wird. Der Eintragskanal 112 weist Stirnseiten 142 auf, wobei die Stirnseiten 142 jeweils mit einem Flansch 144 versehen sind, wobei jeder Flansch 144 den Eintragskanal 112 an der betreffenden Stirnseite 142 abdichtet. Weiterhin sind Dichtungen 146), bevorzugt Graphitdichtungen, vorgesehen, welche jeweils zwischen dem Flansch 144 und der zugehörigen Stirnseite 142 des Eintragskanals 112 eingebracht sind. Der Eintragskanal 112 ist weiterhin von einem Block 136 in Form eines Mantels 134 umgeben. In dem Block 136, welcher bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst, sind weitere Bohrungen 148, 148', 148'' eingebracht, welche jeweils mit weiteren Verschraubungen 150, 150', 150'' versehen sind, welche zu einer Befestigung der Flansche 144 dienen. Senkrecht zu dem Eintragskanal 112 verläuft der Mikrowellenapplikator 116, welcher in der 1b) nur schematisch dargestellt ist. Zur weiteren Beschreibung der 1b) wird auf die obige Darstellung der 1a) verwiesen.
In der 2 sind Verlustleistungsdichten in MW/m³ über den Eintragskanal 112 dargestellt, welcher in dem Volumen 118 mit dem Eintragsgut gefüllt ist. Für die in der 2 dargestellten Ergebnisse von Simulationen wurden Braunkohlebriketts als Eintragsgut in den Eintragskanal 112 eingebracht. Die Verlustleistungsdichte gibt hierbei jeweils den Grad an, in welchem die das Eintragsgut beaufschlagende Mikrowelle auch tatsächlich absorbiert wird. Höhere Verlustleistungsdichten, d. h. eine höhere Absorption der Mikrowelle an der betreffenden Stelle, sind hierbei durch dunklere Flächen gekennzeichnet.
Während in 2a) die Verlustleistungsdichte in der z-y-Ebene des Eintragskanals dargestellt ist, zeigen die 2b) die Verlustleistungsdichte in der y-x-Ebene und die 2c) die Verlustleistungsdichte in der z-x-Ebene des Eintragskanals. 2d) zeigt die Verlustleistungsdichte im gesamten Eintragskanal. Der in der 2 dargestellte Teil des Eintragskanals 112 zeigt jeweils das aus dem mikrowellentransparenten Material gebildete Segment 114 des Eintragskanals 112.
Insbesondere aus den 2a) und 2c) zeigt sich, dass aufgrund der Anordnung des Eintragskanals 112 und der dielektrischen Eigenschaften des in den Mikrowellenapplikators 116 eingebrachten Eintragsgutes nicht nur die TE10 Mode, sondern auch Moden höherer Ordnung in dem Segment 114 des Eintragskanals 112 angeregt werden. Wie weitere Untersuchungen zeigen, ist aufgrund der geringen dielektrischen Verluste in dem mikrowellentransparenten Material des Segments 114 in der Regel mit einer noch genügend hohen Feldstärke an den Enden des Eintragskanals 112 zu rechnen, was neben der Druckdichtung auch eine ausreichende Hochfrequenzdichtung erfordert, insbesondere um die Mikrowellenleckstrahlung unterhalb der zulässigen Grenzwerte zu belassen.
In den 3 und 4 sind die Temperaturverteilungen im Segment 114 des Eintragskanals 112 (3) bzw. in dem als Mantel 134 fungierenden Block 138, welcher das Segment 114 des Eintragskanals 112 umgibt, (4) schematisch dargestellt. Hierzu wurde eine Simulation durchgeführt, bei der von einer installierten Mikrowellenleistung von 10 kW ausgegangen wurde. In einem stationären Zustand nach einer Stunde Betriebszeit bei einem Kühlwasserfluss von 4 l/Min. (3) bzw. von 6 l/Min. (4) ergaben sich die in den genannten Figuren dargestellten Ergebnisse.
Aus 3 geht hervor, dass aufgrund der niedrigen dielektrischen Verluste in dem Segment 114 des Eintragskanals 112, welches aus Siliciumnitrid gebildet ist, lediglich die geringe Temperaturerhöhung und damit eine geringe Absorption der eingebrachten Mikrowellen erfolgt. Dies ist insbesondere daher günstig, da das sich in dem Volumen 118 des Eintragskanals 112 befindliche Eintragsgut, welches Braunkohlebriketts umfasst, auf eine Temperatur von deutlich über 280°C, bevorzugt über 300°C, erwärmt werden soll. Dieser Wert ergab sich aus der Tatsache, dass der Siedepunkt von Wasser bei einem Druck von 6,5 MPa, unter welchem das Eintragsgut, welches Braunkohlebriketts umfasst, in den Eintragskanal eingepresst wird, bei einer Temperatur von etwa 280°C liegt. Wie aus der 3 hervorgeht, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 daher insbesondere eine Erwärmung des sich in dem Volumen 118 des Eintragskanals 112 befindlichen Eintragsgutes und nicht des Segments 114 des Eintragskanals 112 selbst. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 bei der Erwärmung und/oder Zersetzung des Eintragsgutes erreicht werden.
Weiterhin konnte, wie aus der 4 hervorgeht, festgestellt werden, dass die Temperaturverteilung des Blocks 136 im Wesentlichen von einer Effektivität der Kühlung und damit von einer Höhe des Kühlwasserflusses abhängt. Hierbei zeigte sich, dass, bedingt durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Blocks 136, welcher Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst, die Wasserkühlung sehr effektiv eingesetzt werden kann. Mit Stahl als Werkstoff für den Block 136 ergaben sich deutlich höhere Höchsttemperaturen von bis zu 126°C, während, wie 4 zeigt, der Block 136 aus einer Aluminiumlegierung eine Höchsttemperatur von lediglich ca. 44°C annahm.
Bezugszeichenliste

110: (erfindungsgemäße) Vorrichtung
112: Eintragskanal
114: Segment
116: Mikrowellenapplikator
118: Volumen (des Eintragsgutes)
120: Mikrowellenleiter
122: Mikrowellenquelle
124: Mikrowellenübergang
126: 90° Mikrowellenleiter
128: Anpasselement
130: 3-Stab-Tuner
131: Zirkulator
132: Kurzschlussschieber
134: Mantel
136: (Aluminium-)Block
138, 138', 138'': Bohrungen
140, 140', 140'': Verschraubungen
142: Stirnseite
144: Flansch
146: (Graphit-)Dichtung
148, 148', 148'': weitere Bohrungen
150, 150', 150'': weitere Verschraubungen

Claims

Vorrichtung (110) zur Eintragung eines Eintragsgutes in einen Reaktor, umfassend einen Eintragskanal (112) zur Aufnahme des Eintragsgutes, wobei mindestens ein Segment (114) des Eintragskanals (112) von einem mikrowellentransparenten Material gebildet ist, weiterhin umfassend mindestens einen Mikrowellenapplikator (116), wobei der Mikrowellenapplikator (116) über mindestens einen Mikrowellenleiter (120) aus einer Mikrowellenquelle (122) gespeist wird, wobei das Segment (114) des Eintragskanals (112) derart mit dem Mikrowellenapplikator (116) gekoppelt ist, dass eine Fokussierung eines Mikrowellenfeldes in ein Volumen (118) des Eintragsgutes erfolgt, wobei mindestens ein Anpasselement (128) zur Einstellung des Mikrowellenfeldes in dem Volumen (118) des Eintragsgutes vorgesehen ist.
Vorrichtung (110) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das Anpasselement (128) mindestens einen 3-Stab-Tuner (130) umfasst.
Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Anpasselement (128) aus mindestens stückweise mit mindestens einem verlustarmen Dielektrikum gefüllten Wellenleiter (120) gebildet ist.
Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Anpasselement (128) mindestens einen Abschnitt des Wellenleiters (120) mit einem Querschnitt, welcher sich von dem Querschnitt außerhalb des Abschnitts unterscheidet, und/oder mindestens einen integrierten Steg umfasst.
Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Anpasselement (128) mindestens einen einstellbaren Kurzschlussschieber (132) umfasst, wobei der Kurzschlussschieber (132) an der dem Mikrowellenleiter (120) gegenüberliegenden Seite an den Mikrowellenapplikator (116) angebracht ist.
Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest das Segment (114) von einem Mantel (134) umgeben ist, wobei der Mantel (134) mit mindestens einer Kühleinrichtung und/oder mit mindestens einer Einrichtung zur Ableitung eines Überdrucks im Eintragskanal versehen ist.
Vorrichtung (110) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Mantel (134) eine Einrichtung zur Aufnahme einer Pressvorrichtung aufweist, wobei die Pressvorrichtung zur Eintragung des Eintragsgutes in den Eintragskanal (112) vorgesehen ist.
Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Eintragskanal (112) Stirnseiten (142) aufweist, wobei mindestens eine der Stirnseiten (142) mit einem Flansch (144) versehen ist, wobei der Flansch (144) den Eintragskanal (112) an der mindestens einen Stirnseite (142) abdichtet, wobei eine Dichtung (146), bevorzugt eine Graphitdichtung, vorgesehen ist, die zwischen dem Flansch (144) und der Stirnseite (142) des Eintragskanals (112) eingebracht ist.
Vorrichtung (110) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Flansch (144) fest, aber lösbar mit dem Mantel (134) verbunden ist, wobei zwischen dem Flansch (144) und dem Mantel (134) ferner eine Hochfrequenzdichtung eingebracht ist.
Verwendung einer Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Behandlung, insbesondere zur Erwärmung und/oder Zersetzung, eines Eintragsgutes während einer Eintragung des Eintragsgutes in einen Reaktor, wobei das Eintragsgut einen Feststoff umfasst.
Verwendung nach dem vorangehenden Anspruch, zur Pyrolyse des Eintragsgutes und/oder zur Umsetzung des Eintragsgutes in eine gasförmige Phase, wobei das Eintragsgut Steinkohle, Braunkohle, Holz und/oder Biomasse umfasst.