DE102015209742B4

DE102015209742B4 - Tube furnace and process for chemical reaction

Info

Publication number: DE102015209742B4
Application number: DE102015209742.0A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Aigner; Katharina Reh; Matthias Franke; Andreas Hornung; Peter Hense
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: WO2016189138A1; EP3303960B1; DE102015209742A1; PL3303960T3; ES2769725T3; EP3303960A1

Abstract

Rohrofen (1) mit einem Gehäuse (10), welches einen Wärmetauscher enthält, welcher eine Wandung aufweist, welche ein erstes Volumen von einem zweiten Volumen trennt, wobei ein Volumen (21, 22) zur Aufnahme zumindest eines Eduktes eingerichtet ist und das andere Volumen (22, 21) zur Aufnahme eines Wärmeträgerfluides eingerichtet ist, wobei das Wärmeträgerfluid ein Kugelfluid enthält oder daraus besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrofen weiterhin einen Rekuperator (3) enthält, in welchem das Kugelfluid mit einem gasförmigen Wärmeträger in Kontakt bringbar ist.A tube furnace (1) comprising a housing (10) containing a heat exchanger having a wall separating a first volume from a second volume, one volume (21, 22) adapted to receive at least one educt and the other volume (22, 21) is adapted to receive a heat transfer fluid, wherein the heat transfer fluid contains or consists of a spherical fluid, characterized in that the tube furnace further includes a recuperator (3), in which the spherical fluid can be brought into contact with a gaseous heat transfer medium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrofen mit einem Gehäuse, welches einen Wärmetauscher enthält, welcher eine Wandung aufweist, welcher ein erstes Volumen von einem zweiten Volumen trennt, wobei das zweite Volumen zur Aufnahme zumindest eines Eduktes eingerichtet ist und das erste Volumen zur Aufnahme eines Wärmeträgerfluides eingerichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur chemischen Umsetzung von Edukten in einem zweiten Volumen, bei welchem dem Prozessraum mittels zumindest einem, einen Wärmetauscher durchströmenden Wärmeträgerfluid Wärme zu- oder abgeführt wird. Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können beispielsweise zur Pyrolyse oder zur Wärmebehandlung von Feststoffen verwendet werden. The invention relates to a tube furnace with a housing which contains a heat exchanger which has a wall which separates a first volume from a second volume, wherein the second volume is adapted to receive at least one educt and the first volume is adapted to receive a heat transfer fluid , Furthermore, the invention relates to a method for the chemical reaction of educts in a second volume, in which the process space by means of at least one heat transfer medium flowing through a heat transfer fluid heat or removed. Devices and methods of the type mentioned can be used for example for pyrolysis or for the heat treatment of solids.

Aus der US 4 639 217 A ist ein Rohrofen bekannt, welcher eine Archimedes-Spirale als Wärmetauscher enthält. Wärme wird den Edukten zugeführt, indem heiße Asche im Gegenstrom durch die Archimedes-Spirale transportiert wird. Hierdurch kann die nach der Verbrennung in der Asche verbleibende Wärme zur Beheizung des Rohrofens verwendet werden. From the US 4 639 217 A a tube furnace is known which contains an Archimedes spiral as a heat exchanger. Heat is supplied to the reactants by hot ash is transported in countercurrent through the Archimedes spiral. As a result, the heat remaining in the ash after combustion can be used to heat the tube furnace.

Dieses bekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass die Temperatur im Reaktionsraum nur unzulänglich kontrolliert werden kann. Darüber hinaus sind die Aschepartikel abrasiv, sodass das Innere der Archimedes-Spirale rasch verschleißt. Schließlich neigen die unregelmäßig geformten Aschepartikel dazu, Agglomerate zu bilden und ungleichmäßig durch die Archimedes-Spirale transportiert zu werden oder diese sogar zu verstopfen. However, this known method has the disadvantage that the temperature in the reaction space can only be controlled inadequately. In addition, the ash particles are abrasive, causing the inside of the Archimedes spiral to wear out quickly. Finally, the irregularly shaped ash particles tend to form agglomerates and be transported unevenly through the Archimedes spiral or even clog them up.

Aus der EP 1 354 172 B1 ist bekannt, einen Rohrofen mit einem Kugelfluid zu beheizen, welches zusammen mit den umzusetzenden Edukten in den Reaktionsraum eingebracht wird. From the EP 1 354 172 B1 It is known to heat a tube furnace with a spherical fluid, which is introduced together with the reactants to be reacted in the reaction space.

Die DE 534 988 A offenbart einen umlaufenden Wärmetauscher mit einer Hohlschnecke. Dieser soll gegenüber bekannten Wärmetauschern einen verbesserten Wärmeübergang ermöglichen. The DE 534 988 A discloses a rotary heat exchanger with a hollow screw. This should allow over known heat exchangers improved heat transfer.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Rohrofen und ein Verfahren zu seiner Anwendung bereitzustellen, bei welchem die Temperatur besser kontrollierbar ist und ein zuverlässiger Betrieb möglich ist. Starting from the prior art, the invention is therefore an object of the invention to provide a tube furnace and a method for its application, in which the temperature is better controlled and reliable operation is possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rohrofen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. The object is achieved by a tube furnace according to claim 1 and a method according to claim 8. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Rohrofen mit einem Gehäuse, welches einen Wärmetauscher enthält. Der Wärmetauscher weist eine Wandung auf, welche ein erstes Volumen von einem zweiten Volumen trennt. Dies ist so zu verstehen, dass ein erstes, in sich abgeschlossenes Volumen durch die Begrenzungswand des Wärmetauschers gebildet wird und ein zweites, in sich geschlossenes Volumen von der Wandung bzw. dem Gehäuse des Rohrofens einerseits und der Außenfläche des Wärmetauschers andererseits begrenzt wird. Dies erlaubt einen Wärmetransport zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen, ohne dass sich die Stoffe bzw. die Stoffströme vermischen oder miteinander in Kontakt treten. Somit kann einem im Rohrofen befindlichen Edukt Wärme zugeführt werden, wenn das Wärmeträgerfluid auf einer höheren Temperatur ist als das Edukt. Falls in anderen Ausführungsformen der Erfindung das Edukt im Rohrofen exotherm reagiert und damit eine höhere Temperatur aufweist als das Wärmeträgerfluid, kann Wärme vom Edukt bzw. aus dem Prozessraum abgeführt werden. In one embodiment, the invention relates to a tube furnace with a housing containing a heat exchanger. The heat exchanger has a wall which separates a first volume from a second volume. This is to be understood that a first, self-contained volume is formed by the boundary wall of the heat exchanger and a second, self-contained volume of the wall or the housing of the tube furnace on the one hand and the outer surface of the heat exchanger on the other hand is limited. This allows a heat transfer between the first volume and the second volume, without the substances or the streams mix or contact each other. Thus, heat can be supplied to a reactant located in the tube furnace when the heat transfer fluid is at a higher temperature than the educt. If, in other embodiments of the invention, the reactant reacts exothermically in the tube furnace and thus has a higher temperature than the heat transfer fluid, heat can be removed from the educt or from the process space.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass das Wärmeträgerfluid zumindest ein Kugelfluid enthält. Ein Kugelfluid besteht aus einer Mehrzahl von Kugeln vorgebbarer Größe und Beschaffenheit. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können alle Kugeln des Kugelfluides im Rahmen üblicher Toleranzen eine identische Form und/oder Größe aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Kugeln eine unterschiedliche Größe oder eine Größenverteilung aufweisen und/oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Da die Kugeln im Rahmen üblicher Toleranzen rund sind, weisen diese keine scharfen Kanten auf, sodass der abrasive Verschleiß durch das Wärmeträgerfluid im Wärmetauscher reduziert ist. Weiterhin neigen die Kugeln aufgrund ihrer glatten Oberfläche nicht zum Verhaken oder zur Bildung von Agglomeraten. Das Kugelfluid kann den Wärmetauscher wie eine Flüssigkeit durchströmen. Im Vergleich zu Flüssigkeiten kann ein Kugelfluid aus Festkörpern jedoch Wärme auf einem höheren Temperaturniveau bereitstellen, ohne dass es im Wärmetauscher zu einem Phasenübergang kommt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Kugelfluid eine höhere Wärmekapazität aufweisen als ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgerfluid, sodass der Massenstrom reduziert sein kann. Hierdurch kann der Wärmetauscher kleiner ausgelegt werden, sodass der Rohrofen insgesamt weniger Bauraum benötigt. According to the invention, it is now proposed that the heat carrier fluid contains at least one spherical fluid. A spherical fluid consists of a plurality of balls of predeterminable size and nature. In some embodiments of the invention, all balls of the ball fluid may have an identical shape and / or size within the usual tolerances. In other embodiments of the invention, the balls may have a different size or a size distribution and / or consist of different materials. Since the balls are round in the usual tolerances, they have no sharp edges, so that the abrasive wear is reduced by the heat transfer fluid in the heat exchanger. Furthermore, due to their smooth surface, the balls do not tend to catch or form agglomerates. The spherical fluid can flow through the heat exchanger like a liquid. However, compared to liquids, solid-state spherical fluid can provide heat at a higher temperature level without phase transition in the heat exchanger. In some embodiments of the invention, the spherical fluid may have a higher heat capacity than a liquid or gaseous heat transfer fluid, so that the mass flow may be reduced. As a result, the heat exchanger can be made smaller, so that the tube furnace requires less overall space.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Kugelfluid Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 1 mm bis etwa 50 mm aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Kugelfluid Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 5 mm bis etwa 50 mm aufweisen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Kugelfluid Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 15 mm bis etwa 30 mm aufweisen. Kugeln im genannten Größenbereich können einerseits genug Wärme speichern, um mit technisch handhabbaren Massenströmen als Wärmeträgerfluid eingesetzt werden zu können. Darüber hinaus können Kugeln in diesem Größenbereich mehrschichtig aufgebaut sein, beispielsweise ein Kern aus einem ersten Material und eine Umhüllung aus einem zweiten Material enthalten. Das erste und das zweite Material können jeweils Metalle oder Legierungen sein. Dies erlaubt beispielsweise, einen Kern mit hoher Wärmekapazität und/oder hoher Schmelztemperatur mit einer Umhüllung zu versehen, welche chemisch inert ist und/oder katalytische Eigenschaften aufweist. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schmelztemperatur der Umhüllung höher sein als die Schmelztemperatur des Kernes. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kern ein Phasenwechselmaterial bzw. ein Latentwärmespeicher sein, welcher bei seiner Schmelztemperatur eine vergleichsweise große Wärmemenge bei konstanter Temperatur bereitstellen kann. In some embodiments of the invention, the spherical fluid may include spheres having a diameter of about 1 mm to about 50 mm. In In other embodiments of the invention, the spherical fluid may have spheres having a diameter of about 5 mm to about 50 mm. In still other embodiments of the invention, the spherical fluid may have spheres having a diameter of about 15 mm to about 30 mm. On the one hand, spheres in the stated size range can store enough heat to be used as heat transfer fluid with technically manageable mass flows. In addition, spheres in this size range may be multilayered, for example containing a core of a first material and a cladding of a second material. The first and second materials may each be metals or alloys. This allows, for example, to provide a core with high heat capacity and / or high melting temperature with a coating which is chemically inert and / or has catalytic properties. In some embodiments of the invention, the melting temperature of the cladding may be higher than the melting temperature of the core. In still other embodiments of the invention, the core may be a phase change material or a latent heat storage, which can provide a comparatively large amount of heat at a constant temperature at its melting temperature.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Kugeln des Kugelfluides zumindest ein chemisches Element mit den Ordnungszahlen von 3 bis 6 oder mit den Ordnungszahlen von 11 bis 14 oder mit den Ordnungszahlen von 19 bis 34 oder mit den Ordnungszahlen von 37 bis 52 oder mit den Ordnungszahlen von 55 bis 84 oder mit den Ordnungszahlen von 87 bis 116 enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Kugeln des Kugelfluides zumindest ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 13 oder mit den Ordnungszahlen von 21 bis 30 oder von 39 bis 48 oder von 57 bis 80 oder von 89 bis 112 enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Kugeln des Kugelfluides zumindest Kupfer und/oder Eisen und/oder Aluminium und/oder eine Keramik enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Kugeln ein Übergangsmetall enthalten oder daraus bestehen. Solche Kugeln können sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder hohe Wärmekapazität auszeichnen, sodass eine entsprechend große Wärmemenge den im Prozessraum des Rohrofens befindlichen Edukten zu- oder von diesen abgeführt werden kann. Da das Kugelfluid jedoch durch die Wandung des Wärmetauschers von den Edukten getrennt ist, werden unerwünschte Nebenreaktionen vermieden, welche beim Kontakt der Kugeln mit den Edukten auftreten können. In some embodiments of the invention, the balls of the spherical fluid may comprise at least one chemical element having atomic numbers from 3 to 6 or atomic numbers from 11 to 14 or atomic numbers from 19 to 34 or ordinal numbers from 37 to 52 or atomic numbers from 55 to 84 or with atomic numbers from 87 to 116 included. In some embodiments of the invention, the balls of the spherical fluid may contain or consist of at least one chemical element of atomic number 13 or atomic numbers from 21 to 30 or from 39 to 48 or from 57 to 80 or from 89 to 112. In some embodiments of the invention, the balls of the spherical fluid may contain or consist of at least copper and / or iron and / or aluminum and / or a ceramic. In some embodiments of the invention, the spheres may contain or consist of a transition metal. Such balls can be characterized by high thermal conductivity and / or high heat capacity, so that a correspondingly large amount of heat can be added to the educts located in the process chamber of the tube furnace or removed from them. However, since the spherical fluid is separated from the educts by the wall of the heat exchanger, unwanted side reactions are avoided, which can occur upon contact of the balls with the educts.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gehäuse des Rohrofens einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweisen und der Wärmetauscher eine mehrgängige Förderschnecke enthalten. Die Förderschnecke enthält in diesem Fall eine Wandung, welche einen inneren Schneckengang als erstes Volumen von einem äußeren Schneckengang als zweites Volumen trennt, wobei ein Schneckengang zur Aufnahme des zumindest einen Eduktes eingerichtet ist und der andere Schneckengang zur Aufnahme des Wärmeträgerfluides eingerichtet ist. Die Förderschnecke erlaubt den gleichzeitigen Transport des Eduktes bzw. des daraus entstehenden Produktes durch den Rohrofen als auch den Transport des Wärmeträgerfluides. Da das Produkt bzw. Edukt beim Transportvorgang permanent mit der Wandung der mehrgängigen Förderschnecke in Kontakt tritt, ergibt sich ein effizienter Wärmeübertrag vom Kugelfluid als Wärmeträgerfluid im ersten Volumen auf die umzusetzenden Edukte im zweiten Volumen. Gleichzeitig kann die Förderschnecke in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch eine Durchmischung der Edukte bewirken, sodass die Reaktion gleichmäßiger abläuft. In some embodiments of the invention, the housing of the tube furnace may have a substantially cylindrical cross section and the heat exchanger may include a multi-flight screw conveyor. The auger in this case contains a wall which separates an inner flight as the first volume from an outer flight as a second volume, wherein a screw for receiving the at least one educt is set up and the other screw for receiving the heat transfer fluid is set up. The screw conveyor allows the simultaneous transport of the educt or the resulting product through the tube furnace as well as the transport of the heat transfer fluid. Since the product or educt during the transport process permanently in contact with the wall of the multi-speed screw conveyor, results in an efficient heat transfer from the spherical fluid as a heat transfer fluid in the first volume to be reacted educts in the second volume. At the same time, in some embodiments of the invention, the screw conveyor can also effect thorough mixing of the educts so that the reaction proceeds more uniformly.

Die Edukte bzw. das Wärmeträgerfluid können in einigen Ausführungsformen der Erfindung im Gleichstrom durch den Rohrofen transportiert werden, d.h. der Materialstrom und das Wärmeträgerfluid treten an einem Ende ein und am anderen Ende aus. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Transport im Gegenstrom erfolgen, d.h. die Einlassseite eines Materialstroms entspricht der Auslassseite des Wärmeträgerfluides. Hierdurch können in einigen Ausführungsformen der Erfindung höhere Temperaturen oder eine gleichmäßige Temperierung oder eine raschere Aufheizung erreicht werden. The starting materials or the heat transfer fluid may in some embodiments of the invention be transported in cocurrent through the tube furnace, i. the flow of material and the heat transfer fluid enter at one end and out at the other end. In other embodiments of the invention, the transport may be countercurrent, i. the inlet side of a material flow corresponds to the outlet side of the heat transfer fluid. As a result, in some embodiments of the invention, higher temperatures or even tempering or faster heating can be achieved.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Förderschnecke eine Achse aufweisen, welche die Schneckengänge trägt und um welche die Förderschnecke bei Betrieb des Rohrofens drehbar ist. Hierdurch wird vermieden, dass die Edukte bzw. Produkte durch den freien Mittelteil der Förderschnecke hindurch fallen und dadurch ungleichmäßig durch den Rohrofen transportiert werden. Gleichzeitig können an die Achse Antriebsmittel besonders einfach angeflanscht werden, um die Förderschnecke in Rotation zu setzen. In some embodiments of the invention, the auger may have an axis which carries the flights and about which the auger is rotatable during operation of the kiln. This avoids that the educts or products fall through the free middle part of the screw conveyor through and thereby be transported unevenly through the tube furnace. At the same time drive means can be flanged particularly easily to the axis to set the screw conveyor in rotation.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Achse hohl sein, um eine Rückführung des Kugelfluides zu ermöglichen. Somit können der Vorlauf und der Rücklauf des Wärmeträgerfluides an einer Seite des Rohrofens erfolgen, sodass der Rohrofen einfacher betreibbar ist. In some embodiments of the invention, the axis may be hollow to allow for recirculation of the spherical fluid. Thus, the flow and the return of the heat transfer fluid can be done on one side of the tube furnace, so that the tube furnace is easier to operate.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die mehrgängige Förderschnecke eine sequentielle Schnecke mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Längsabschnitte sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere Längsabschnitte mittels einer einzigen Welle miteinander verbunden sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können unterschiedliche Längsabschnitte verschiedene Antriebsmittel aufweisen, sodass die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment unterschiedlicher Längsabschnitte unabhängig voneinander steuerbar sind. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können unterschiedliche Längsabschnitte der Förderschnecke eine unterschiedliche Steigung und/oder einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, sodass der Massenstrom und/oder die zum Wärmeübertrag zur Verfügung stehende Fläche in unterschiedlichen Längsabschnitten unterschiedlich sind. Hierdurch kann die sich einstellende Temperatur und/oder die übertragene Wärmemenge an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Dies erlaubt auch, ein Zwischenprodukt und ein Endprodukt in unterschiedlichen Längsabschnitten des Rohrofens bzw. der Förderschnecke herzustellen, wenn das in einem ersten Längsabschnitt erzeugte Produkt als Edukt in einen zweiten Längsabschnitt überführt wird. In some embodiments of the invention, the multi-flight auger may be a sequential auger having a plurality of different longitudinal sections. In some embodiments of the invention, a plurality of longitudinal sections may be interconnected by a single shaft. In some embodiments of the invention, different longitudinal sections may be different Have drive means, so that the speed and / or the drive torque of different longitudinal sections are independently controllable. In some embodiments of the invention, different longitudinal sections of the screw conveyor may have a different pitch and / or a different cross section, so that the mass flow and / or the area available for heat transfer are different in different longitudinal sections. As a result, the self-adjusting temperature and / or the amount of heat transferred to the respective application can be adjusted. This also makes it possible to produce an intermediate product and an end product in different longitudinal sections of the tube furnace or the screw conveyor, if the product produced in a first longitudinal section is transferred as starting material into a second longitudinal section.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält der Rohrofen weiterhin einen Rekuperator, in welchem das Kugelfluid mit einem gasförmigen Wärmeträger in Kontakt bringbar ist. Der gasförmige Wärmeträger erlaubt das Aufheizen des Kugelfluides, bevor dieses in den Vorlauf des Wärmetauschers bzw. der Förderschnecke gelangt. Nachdem das Kugelfluid die Wärme an die im Rohrofen befindlichen Edukte abgegeben hat, verlässt das Kugelfluid den Rohrofen über einen Rücklauf und wird sodann dem Rekuperator wieder zugeführt, um wieder Wärme aus einem heißen Gasstrom aufzunehmen, beispielsweise einem bei einer Verbrennung entstehenden Rauchgasstrom. Sofern die Kugeln mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung versehen sind, können diese gleichzeitig zur Rauchgasentgiftung eingesetzt werden. In some embodiments of the invention, the tube furnace further includes a recuperator, in which the spherical fluid is brought into contact with a gaseous heat carrier. The gaseous heat carrier allows the heating of the ball fluid before it enters the supply line of the heat exchanger or screw conveyor. After the ball fluid has delivered the heat to the educts located in the tube furnace, the ball fluid leaves the tube furnace via a return and is then returned to the recuperator to recover heat from a hot gas stream, such as a flue gas stream formed during combustion. If the balls are provided with a catalytically active coating, they can be used simultaneously for flue gas detoxification.

Sofern im Rohrofen eine exotherme Reaktion abläuft, kann der Rekuperator dazu eingesetzt werden, die Wärme vom Kugelfluid auf einen gasförmigen Wärmeträger zu übertragen und hierdurch in die Umgebung abzuführen. If an exothermic reaction takes place in the tube furnace, the recuperator can be used to transfer the heat from the spherical fluid to a gaseous heat carrier and thereby dissipate it into the environment.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann auch der Rekuperator eine Förderschnecke enthalten. Dies erlaubt das gleichzeitige Kühlen bzw. Heizen des Kugelfluides und dessen Förderung durch den Rekuperator bzw. auch die Förderung vom Rücklauf des Wärmetauschers zum Vorlauf des Wärmetauschers des Rohrofens. In some embodiments of the invention, the recuperator may also include a screw conveyor. This allows the simultaneous cooling or heating of the spherical fluid and its promotion by the recuperator or the promotion of the return of the heat exchanger to the flow of the heat exchanger of the tube furnace.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rohrofen weiterhin eine Heizeinrichtung enthalten, mit welcher ein Wärmestrom durch die Wandung des zylindrischen Gehäuses erzeugbar ist. Auf diese Weise kann zusätzlich zum Wärmetauscher im Inneren des Rohrofens ein Wärmestrom durch die Außenwand bereitgestellt werden oder ein Auskühlen, d.h. eine Wärmeabgabe über die Wandung des zylindrischen Gehäuses, verhindert oder reduziert werden. Dies erlaubt einerseits eine genauere Temperaturkontrolle im Inneren des Rohrofens oder auch die Zufuhr einer höheren Wärmemenge, um einen großen Massestrom von Edukten schnell auf eine vorgebbare Solltemperatur zu bringen oder um die Edukte auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. In some embodiments of the invention, the tube furnace may further include a heater, with which a heat flow through the wall of the cylindrical housing can be generated. In this way, in addition to the heat exchanger in the interior of the tube furnace, a heat flow through the outer wall can be provided or a cooling, i. a heat transfer through the wall of the cylindrical housing, prevented or reduced. This allows on the one hand a more accurate temperature control inside the tube furnace or the supply of a higher amount of heat to bring a large mass flow of educts quickly to a predetermined target temperature or to bring the reactants to a higher temperature level.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dem Wärmetauscher des Rohrofens zusätzlich zum Kugelfluid ein weiterer gasförmiger Wärmeträger zugeführt werden. Dies erlaubt beispielsweise ein Nachheizen des Kugelfluides, wenn dieses beim Erstkontakt mit dem noch kalten Edukt abkühlt. Da die Zufuhr eines gasförmigen Wärmeträgers rasch aufgenommen oder unterbrochen werden kann, kann dieser auch dazu dienen, die Regelung der im Rohrofen herrschenden Temperatur vorzunehmen oder die bei der Regelung auftretenden Temperaturschwankungen zu verringern. In diesem Fall wird ein Grundwärmestrom durch das Kugelfluid zugeführt und zusätzliche thermische Energie zum Ausregeln der Temperatur über den gasförmigen Wärmeträger bereitgestellt. Diese Möglichkeit zeichnet den erfindungsgemäßen Rohrofen aus, da flüssige Wärmeträger oder die aus dem Stand der Technik bekannten Aschepartikel nicht mit einem zusätzlichen Gasstrom kombiniert werden können. In some embodiments of the invention, the heat exchanger of the tube furnace in addition to the ball fluid, a further gaseous heat transfer medium can be supplied. This allows, for example, a post-heating of the spherical fluid when it cools on initial contact with the still cold educt. Since the supply of a gaseous heat carrier can be quickly absorbed or interrupted, this can also serve to make the control of the temperature prevailing in the tube furnace or to reduce the temperature fluctuations occurring during the control. In this case, a base heat flow is supplied by the spherical fluid and additional thermal energy is provided to control the temperature across the gaseous heat transfer medium. This possibility characterizes the tube furnace according to the invention, since liquid heat carriers or the ash particles known from the prior art can not be combined with an additional gas stream.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to figures and embodiments. Showing:

1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrofens. 1 a partially sectioned view of an embodiment of the tube furnace according to the invention.

2 zeigt ein Detail der als Wärmetauscher verwendeten Förderschnecke. 2 shows a detail of the auger used as a heat exchanger.

3 zeigt den Übergangsbereich zwischen Rekuperator und Rohrofen. 3 shows the transition area between recuperator and tube furnace.

Anhand der 1, 2 und 3 wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrofens näher erläutert. Der Rohrofen 1 umfasst ein Gehäuse 10 mit einer Wandung 101. Das Gehäuse 10 weist zumindest einen in etwa kreisförmigen Innenquerschnitt auf, sodass der Innenraum die Form eines Kreiszylinders aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wandung 101 des Gehäuses 10 gleichmäßig dick, sodass auch die Außenform die Form eines Kreiszylinders annimmt. Insgesamt hat das Gehäuse 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines runden Rohres. Based on 1 . 2 and 3 an embodiment of the tube furnace according to the invention is explained in detail. The tube furnace 1 includes a housing 10 with a wall 101 , The housing 10 has at least one approximately circular inner cross-section, so that the interior has the shape of a circular cylinder. In the illustrated embodiment, the wall 101 of the housing 10 uniformly thick, so that the outer shape takes on the shape of a circular cylinder. Overall, the case has 10 in the illustrated embodiment, the shape of a round tube.

Das Gehäuse 10 weist ein erstes Ende 11 und ein zweites Ende 12 auf. Am ersten Ende 11 befindet sich der Vorlauf des Wärmeträgerfluides und am zweiten Ende 12 befindet sich der Rücklauf des Wärmeträgerfluides. Angrenzend an das erste Ende 11 ist die Einfüllöffnung 15 für zu prozessierende Edukte angeordnet. Diese können insbesondere als Feststoff, alternativ jedoch auch gasförmig oder flüssig dem Inneren des Gehäuses 10 zugeführt werden. Angrenzend an das zweite Ende 12 befindet sich ein Auslass 16 für gasförmige Reaktionsprodukte und ein Auslass 17 für feste oder flüssige Reaktionsprodukte. Sowohl das Wärmeträgerfluid als auch die umzusetzenden Edukte werden durch eine Förderschnecke 2 vom ersten Ende 11 zum zweiten Ende 12 des Rohrofens 1 gefördert. Da es sich bei der Förderschnecke 2 um eine mehrgängige Förderschnecke handelt, findet dabei lediglich ein Wärmeübergang statt, jedoch kein Stoffübergang zwischen dem Wärmeträgerfluid und den umzusetzenden Edukten. The housing 10 has a first end 11 and a second end 12 on. At the first end 11 is the flow of the heat transfer fluid and at the second end 12 is the return of the Heat transfer fluid. Adjacent to the first end 11 is the filling hole 15 arranged for reactants to be processed. These can in particular as a solid, but alternatively also gaseous or liquid to the interior of the housing 10 be supplied. Adjacent to the second end 12 there is an outlet 16 for gaseous reaction products and an outlet 17 for solid or liquid reaction products. Both the heat transfer fluid and the reactants to be reacted by a screw conveyor 2 from the first end 11 to the second end 12 of the tube furnace 1 promoted. As it is at the screw conveyor 2 is a multi-speed auger, takes place only a heat transfer, but no mass transfer between the heat transfer fluid and the reactants to be reacted.

Wie 2 zeigt, handelt es sich bei der Förderschnecke 2 um eine mehrgängige Förderschnecke, bei welcher ein erstes Volumen 21 und ein zweites Volumen 22 durch eine Wandung 23 voneinander getrennt sind. Das zweite Volumen 22 ist über die Einfüllöffnung 15 direkt zugänglich. Um dem Wärmeträgerfluid den Zugang zum ersten Volumen 21 zu erlauben, befindet sich am Ende der Förderschnecke 2 ein Einlaufbereich 25, in welchem das erste Volumen 21 nach außen geöffnet ist. Um ein Eindringen des jeweils anderen Mediums in die Öffnung 25 zu vermeiden, ist diese mit einem Prallblech 26 vom zweiten Volumen 22 getrennt. As 2 shows it is the screw conveyor 2 to a multi-speed screw conveyor, in which a first volume 21 and a second volume 22 through a wall 23 are separated from each other. The second volume 22 is over the filling opening 15 directly accessible. To the heat transfer fluid access to the first volume 21 to allow is located at the end of the screw conveyor 2 an inlet area 25 in which the first volume 21 is open to the outside. To prevent the other medium from penetrating into the opening 25 To avoid this is with a baffle plate 26 from the second volume 22 separated.

Bei Betrieb der Vorrichtung rotiert die Förderschnecke 2, wobei die Edukte im zweiten Volumen 22 transportiert werden und ein Wärmeträgerfluid im ersten Volumen 21 transportiert wird. Dies erlaubt einen Wärmeübergang über die Wandung 23, sodass die Edukte im zweiten Volumen 22 entweder beheizt oder gekühlt werden, je nachdem, ob das über die Öffnung 25 zugeführte Wärmeträgerfluid eine höhere oder niedrigere Temperatur aufweist. Da die zur Verfügung stehende Fläche der Wandung 23 der Förderschnecke 2 größer ist als die Wand 101 des Gehäuses 10, kann ein erheblich größerer Wärmestrom pro Zeiteinheit übertragen werden als dies bei reiner Beheizung bzw. Kühlung des Gehäuses 10 möglich wäre. During operation of the device, the screw conveyor rotates 2 , wherein the educts in the second volume 22 be transported and a heat transfer fluid in the first volume 21 is transported. This allows a heat transfer through the wall 23 so that the reactants in the second volume 22 either heated or cooled, depending on whether that's over the opening 25 supplied heat transfer fluid has a higher or lower temperature. As the available area of the wall 23 the screw conveyor 2 bigger than the wall 101 of the housing 10 , a significantly larger heat flow per unit time can be transmitted as in pure heating or cooling of the housing 10 it is possible.

In den Figuren ist weiterhin eine Achse 24 ersichtlich, welche hohl ist und an ihrer Stirnseite eine Öffnung 241 aufweist. Das Innere des hohlen Achse 24 kann optional für den Transport des Wärmeträgerfluides verwendet werden, beispielsweise um das Fluid vom zweiten Ende 12 zum ersten Ende 11 zurückzuführen. In the figures is still an axis 24 visible, which is hollow and at its front side an opening 241 having. The interior of the hollow axle 24 can be used optionally for the transport of the heat transfer fluid, for example, the fluid from the second end 12 to the first end 11 due.

Anhand von 1 und 3 wird die Wirkungsweise eines Rekuperators 3 erläutert, welcher ebenfalls ein in etwa rohrförmiges Gehäuse 30 mit einer darin angeordneten Förderschnecke 35 aufweist. Das zweite Ende 32 des Rekuperators 3 ist tiefer angeordnet als das zweite Ende 12 des Gehäuses 10. Dementsprechend ist das erste Ende 31 des Rekuperators 3 höher angeordnet als das erste Ende 11 des Gehäuses 10. Somit dient der Rekuperator nicht nur der Zu- oder Abfuhr thermischer Energie in das Wärmeträgerfluid, sondern auch dem Transport des Wärmeträgerfluides vom Rücklauf zum Vorlauf des Rohrofens 1. Based on 1 and 3 becomes the mode of action of a recuperator 3 which is also an approximately tubular housing 30 with a conveyor screw arranged therein 35 having. The second end 32 of the recuperator 3 is located lower than the second end 12 of the housing 10 , Accordingly, the first end 31 of the recuperator 3 higher than the first end 11 of the housing 10 , Thus, the recuperator is not only the supply or discharge of thermal energy in the heat transfer fluid, but also the transport of the heat transfer fluid from the return to the flow of the tube furnace 1 ,

Beispielhaft ist in 3 der Übergangsbereich am ersten Ende 11 des Gehäuses 10 dargestellt. Dieser weist ein Reservoir bzw. eine Vorlage für das Wärmeträgerfluid auf. Die den Rekuperator 3 über dessen erstes Ende 1 verlassenden Kugeln des Kugelfluides fallen vom ersten Ende 31 des Rekuperators 3 hinab und werden vom Reservoir am ersten Ende 11 des Gehäuses 10 aufgefangen. Exemplary is in 3 the transition area at the first end 11 of the housing 10 shown. This has a reservoir or a template for the heat transfer fluid. The recuperator 3 about its first end 1 leaving balls of the ball fluid fall from the first end 31 of the recuperator 3 go down and be from the reservoir at the first end 11 of the housing 10 collected.

Bei Rotation der Welle 24 der Förderschnecke 2 taucht die Öffnung 25 periodisch in die Vorlage ein und nimmt dabei eine Mehrzahl von Kugeln des Kugelfluides auf. Diese werden nachfolgend durch das erste Volumen 21 der Förderschnecke 2 zum zweiten Ende 12 des Rohrofens 1 befördert. Upon rotation of the shaft 24 the screw conveyor 2 dives the opening 25 Periodically in the template and takes on a plurality of balls of the spherical fluid. These are subsequently indicated by the first volume 21 the screw conveyor 2 to the second end 12 of the tube furnace 1 promoted.

Am zweiten Ende 12 verlassen die Kugeln des Kugelfluides die Förderschnecke und werden in analoger Weise dem Rekuperator 3 über dessen zweites Ende 32 zugeführt. Dies erlaubt einen zyklischen Umlauf des als Wärmeträgerfluid verwendeten Kugelfluides. Im Rekuperator kann das Kugelfluid beheizt oder gekühlt werden, so dass es mit einer vorgebbaren Temperatur in den Vorlauf am ersten Ende 11 des Rohrofens 1 gelangt. At the second end 12 leave the balls of the spherical fluid, the screw conveyor and are in a similar way to the recuperator 3 about its second end 32 fed. This allows a cyclic circulation of the ball fluid used as heat transfer fluid. In the recuperator, the spherical fluid can be heated or cooled, so that it has a predeterminable temperature in the flow at the first end 11 of the tube furnace 1 arrives.

Aufgrund der guten Fließfähigkeit des Kugelfluides im Vergleich zu anderen Partikeln kann die benötigte Wärmemenge gezielt in die umzusetzenden Edukte eingebracht werden. So kann der Füllungsgrad des ersten Volumens 21 auf den Füllungsgrad des zweiten Volumens 22 abgestimmt werden. Kugeln aus zumindest einem Metall, einer Keramik oder einem Salz können auch bei höheren Temperaturen von beispielsweise 150 bis 900°C oder zwischen etwa 250 und 700°C fest vorliegen. Hierdurch kann Wärme auf einem höheren Temperaturniveau bereitgestellt werden als beispielsweise mit Wasser oder Öl als Wärmeträgerfluid. Due to the good flowability of the spherical fluid in comparison to other particles, the required amount of heat can be introduced specifically into the reactant educts. So can the degree of filling of the first volume 21 on the degree of filling of the second volume 22 be matched. Balls of at least one metal, a ceramic or a salt may also be solid at higher temperatures, for example 150 to 900 ° C or between about 250 and 700 ° C. As a result, heat can be provided at a higher temperature level than, for example, with water or oil as a heat transfer fluid.

Ausführungsbeispiele embodiments

In einem Ausführungsbeispiel soll eine Pyrolyse halogenhaltiger Kunststoffe durchgeführt werden. Solche Verfahren können beispielsweise zur Pyrolyse von Phenol-Formaldehydharzen eingesetzt werden, welche oftmals zur Herstellung von Leiterplatten genutzt werden. Daneben enthalten die Leiterplatten signifikante Mengen recycelbaren Aluminiums und Kupfers. Zur Vermeidung unerwünschter Konversionsprodukte, insbesondere von Aromaten, sollten die Pyrolysetemperatur für solche Leiterplatten bzw. ein daraus hergestelltes Granulat über 580°C liegen. Um jedoch Aluminium möglichst einfach zurückgewinnen zu können, sollte die Temperatur unterhalb von 660°C liegen. Da jedoch bereits bei einer Temperatur oberhalb von 600°C eine unerwünschte Evaporation halogenierten Kupfers auftritt, muss die Pyrolyse nach Möglichkeit in einem engen Temperaturbereich von etwa 580°C bis 600°C durchgeführt werden. Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit, bei hohem Durchsatz auch eine entsprechend hohe Wärmemenge zuzuführen, um den kritischen Temperaturbereich unterhalb von 580°C rasch zu durchfahren. In one embodiment, a pyrolysis of halogen-containing plastics is to be performed. Such processes can be used for example for the pyrolysis of phenol-formaldehyde resins, which are often used for the production of printed circuit boards. In addition, the printed circuit boards contain significant amounts of recyclable aluminum and copper. To avoid unwanted conversion products, in particular of Aromatics, the pyrolysis temperature for such printed circuit boards or a granulate produced therefrom should be above 580 ° C. However, in order to recover aluminum as easily as possible, the temperature should be below 660 ° C. However, since even at a temperature above 600 ° C, an undesirable evaporation of halogenated copper occurs, the pyrolysis must be carried out in a narrow temperature range of about 580 ° C to 600 ° C, if possible. At the same time there is a need to supply at high throughput and a correspondingly high amount of heat in order to pass through the critical temperature range below 580 ° C quickly.

Der erfindungsgemäße Rohrofen löst dieses Problem, da das Kugelfluid, beispielsweise bei Verwendung von Kugeln aus Kupfer oder Eisen, Wärme auf dem gewünschten hohen Temperaturniveau bereitstellen kann. Durch die als Wärmetauscher fungierende Förderschnecke 2 mit ihrer vergleichsweise großen, zum Wärmeübertrag zur Verfügung stehenden Fläche, kann eine große thermische Leistung an die Edukte abgegeben werden. Gleichzeitig wird die Bildung hochtoxischer, persistenter polybromierter Dioxin- und Furan-Verbindungen durch die katalytische Wirkung der Kupferoberfläche verhindert, da das Kupfer des Kugelfluides durch die Wandung 23 von den Edukten getrennt ist. The tube furnace according to the invention solves this problem, since the spherical fluid, for example, when using balls of copper or iron, can provide heat at the desired high temperature level. By acting as a heat exchanger screw conveyor 2 With their comparatively large area available for heat transfer, a large thermal power can be delivered to the starting materials. At the same time the formation of highly toxic, persistent polybrominated dioxin and furan compounds is prevented by the catalytic action of the copper surface, since the copper of the spherical fluid through the wall 23 is separated from the educts.

Nachfolgend sollen beispielhafte Betriebsparameter für einen Rohrofen 1 mit einem Innendurchmesser von 340 mm, einer beheizten Länge von 4000 mm und einer Steigung der Förderschnecke von 110 bis 150 mm angegeben werden. Below are exemplary operating parameters for a tube furnace 1 with an inside diameter of 340 mm, a heated length of 4000 mm and a pitch of the screw conveyor of 110 to 150 mm.

Im ersten Ausführungsbeispiel soll eine Pyrolysetemperatur von 450°C bei einer Gesamtwärmeleistung von 3,0 kW bereitgestellt werden. In the first embodiment, a pyrolysis temperature of 450 ° C is to be provided at a total heat output of 3.0 kW.

Die hierzu verwendete Förderschnecke 2 weist eine Steigung von 150 mm auf. Als Wärmeträgerfluid werden Stahlkugeln mit einer Eintrittstemperatur am Vorlauf von 500°C verwendet. Bei einem Füllungsgrad des ersten Volumens 21 von 26 %, einer mittleren Drehzahl der Förderschnecke 2 von 27 h^–1 und einer Antriebsleistung von 0,6 W ergibt sich ein Massenstrom des Kugelfluides von 450 kg/h und eine Austrittstemperatur des Kugelfluides von 464°C. Die Wärmleistung beträgt somit 2,6 kW. The auger used for this purpose 2 has a pitch of 150 mm. As heat transfer fluid steel balls are used with an inlet temperature at the flow of 500 ° C. At a degree of filling of the first volume 21 of 26%, a medium speed of the screw conveyor 2 of 27 h ^-1 and a drive power of 0.6 W results in a mass flow of the spherical fluid of 450 kg / h and an outlet temperature of the spherical fluid of 464 ° C. The heat output is thus 2.6 kW.

Die verbleibende Wärmeleistung von 400 W wird über einen zusätzlichen Wärmetauscher am Gehäuse 10 des Rohrofens 1 bereitgestellt. Dieser überträgt Wärme unmittelbar durch die Wandung 101 des Gehäuses 10 in das Innere des Rohrofens 1. Diesem zusätzlichen Wärmetauscher wird ein Massenstrom von 100 kg/h feuchtem Rauchgas mit einer Eintrittstemperatur von 500°C zugeführt. Die Austrittstemperatur beträgt dann 487°C, sodass die Gesamtwärmeleistung des Prozesses 3,0 kW beträgt. The remaining heat output of 400 W is via an additional heat exchanger on the housing 10 of the tube furnace 1 provided. This transfers heat directly through the wall 101 of the housing 10 into the interior of the tube furnace 1 , This additional heat exchanger is fed with a mass flow of 100 kg / h of moist flue gas at an inlet temperature of 500 ° C. The outlet temperature is then 487 ° C, so that the total heat output of the process is 3.0 kW.

In einem zweiten Beispiel soll eine Pyrolysetemperatur von 600°C bei einer Gesamtwärmeleistung von 3,5 kW bereitgestellt werden. In a second example, a pyrolysis temperature of 600 ° C is to be provided at a total heat output of 3.5 kW.

Die hierzu verwendete Förderschnecke 2 weist eine Steigung von 150 mm auf. Als Wärmeträgerfluid werden Stahlkugeln mit einer Eintrittstemperatur am Vorlauf von 650°C verwendet. Bei einem Füllungsgrad des ersten Volumens 21 von 26 %, einer mittleren Drehzahl der Förderschnecke 2 von 27 h^–1 und einer Antriebsleistung von 0,6 W ergibt sich ein Massenstrom des Kugelfluides von 450 kg/h und eine Austrittstemperatur des Kugelfluides von 609°C. Die Wärmleistung beträgt somit 2,9 kW. The auger used for this purpose 2 has a pitch of 150 mm. As heat transfer fluid steel balls are used with an inlet temperature at the flow of 650 ° C. At a degree of filling of the first volume 21 of 26%, a medium speed of the screw conveyor 2 of 27 hr ^-1, and a driving power of 0.6 W produces a mass flow of the fluid from ball 450 kg / h and an exit temperature of the fluid ball of 609 ° C. The heat output is thus 2.9 kW.

Die verbleibende Wärmeleistung von 600 W wird über einen zusätzlichen Wärmetauscher am Gehäuse 10 des Rohrofens 1 bereitgestellt. Dieser überträgt Wärme unmittelbar durch die Wandung 101 des Gehäuses 10 in das Innere des Rohrofens 1. Diesem zusätzlichen Wärmetauscher wird ein Massenstrom von 100 kg/h feuchtem Rauchgas mit einer Eintrittstemperatur von 650°C zugeführt. Die Austrittstemperatur beträgt dann 635°C, sodass die Gesamtwärmeleistung des Prozesses 3,5 kW beträgt. The remaining heat output of 600 W is via an additional heat exchanger on the housing 10 of the tube furnace 1 provided. This transfers heat directly through the wall 101 of the housing 10 into the interior of the tube furnace 1 , This additional heat exchanger is fed with a mass flow of 100 kg / h of moist flue gas at an inlet temperature of 650 ° C. The outlet temperature is then 635 ° C, so that the total heat output of the process is 3.5 kW.

In einem dritten Ausführungsbeispiel soll eine Pyrolysetemperatur von 450°C bei einer Wärmeleistung von 3,3 kW bereitgestellt werden. In a third embodiment, a pyrolysis temperature of 450 ° C with a heat output of 3.3 kW to be provided.

Die hierzu verwendete Förderschnecke 2 weist eine Steigung von 130 mm auf. Als Wärmeträgerfluid werden Stahlkugeln mit einer Eintrittstemperatur am Vorlauf von 500°C verwendet. Bei einem Füllungsgrad des ersten Volumens 21 von 26 %, einer mittleren Drehzahl der Förderschnecke 2 von 31 h^–1 und einer Antriebsleistung von 0,6 W ergibt sich ein Massenstrom des Kugelfluides von 450 kg/h und eine Austrittstemperatur des Kugelfluides von 460°C. Die Wärmleistung beträgt somit 2,9 kW. The auger used for this purpose 2 has a pitch of 130 mm. As heat transfer fluid steel balls are used with an inlet temperature at the flow of 500 ° C. At a degree of filling of the first volume 21 of 26%, a medium speed of the screw conveyor 2 of 31 h ^-1 and a drive power of 0.6 W results in a mass flow of the spherical fluid of 450 kg / h and an outlet temperature of the spherical fluid of 460 ° C. The heat output is thus 2.9 kW.

Die verbleibende Wärmeleistung von 400 W wird über einen zusätzlichen Wärmetauscher am Gehäuse 10 des Rohrofens 1 bereitgestellt. Dieser überträgt Wärme unmittelbar durch die Wandung 101 des Gehäuses 10 in das Innere des Rohrofens 1. Diesem zusätzlichen Wärmetauscher wird ein Massenstrom von 100 kg/h feuchtem Rauchgas mit einer Eintrittstemperatur von 500°C zugeführt. Die Austrittstemperatur beträgt dann 487°C, sodass die Gesamtwärmeleistung des Prozesses 3,3 kW beträgt. The remaining heat output of 400 W is via an additional heat exchanger on the housing 10 of the tube furnace 1 provided. This transfers heat directly through the wall 101 of the housing 10 into the interior of the tube furnace 1 , This additional heat exchanger is fed with a mass flow of 100 kg / h of moist flue gas at an inlet temperature of 500 ° C. The outlet temperature is then 487 ° C, so that the total heat output of the process is 3.3 kW.

In einem vierten Ausführungsbeispiel soll eine Pyrolysetemperatur von 450°C bei einer Wärmeleistung von 4,0 kW bereitgestellt werden. In a fourth embodiment, a pyrolysis temperature of 450 ° C with a heat output of 4.0 kW to be provided.

Die hierzu verwendete Förderschnecke 2 weist eine Steigung von 150 mm auf. Als Wärmeträgerfluid werden Stahlkugeln mit einer Eintrittstemperatur am Vorlauf von 500°C verwendet. Bei einem Füllungsgrad des ersten Volumens 21 von 26 %, einer mittleren Drehzahl der Förderschnecke 2 von 27 h^–1 und einer Antriebsleistung von 0,6 W ergibt sich ein Massenstrom des Kugelfluides von 450 kg/h und eine Austrittstemperatur des Kugelfluides von 483°C. Die Wärmleistung beträgt somit 3,4 kW. The auger used for this purpose 2 has a pitch of 150 mm. As heat transfer fluid steel balls are used with an inlet temperature at the flow of 500 ° C. At a degree of filling of the first volume 21 of 26%, a medium speed of the screw conveyor 2 of 27 h ^-1 and a drive power of 0.6 W results in a mass flow of the spherical fluid of 450 kg / h and an outlet temperature of the spherical fluid of 483 ° C. The heat output is thus 3.4 kW.

Die verbleibende Wärmeleistung von 600 W wird über einen zusätzlichen Wärmetauscher am Gehäuse 10 des Rohrofens 1 bereitgestellt. Dieser überträgt Wärme unmittelbar durch die Wandung 101 des Gehäuses 10 in das Innere des Rohrofens 1. Diesem zusätzlichen Wärmetauscher wird ein Massenstrom von 100 kg/h feuchtem Rauchgas mit einer Eintrittstemperatur von 550°C zugeführt. Die Austrittstemperatur beträgt dann 535°C, sodass die Gesamtwärmeleistung des Prozesses 3,5 kW beträgt. The remaining heat output of 600 W is via an additional heat exchanger on the housing 10 of the tube furnace 1 provided. This transfers heat directly through the wall 101 of the housing 10 into the interior of the tube furnace 1 , This additional heat exchanger is fed with a mass flow of 100 kg / h of moist flue gas at an inlet temperature of 550 ° C. The outlet temperature is then 535 ° C, so that the total heat output of the process is 3.5 kW.

In einem fünften Ausführungsbeispiel soll eine Pyrolysetemperatur von 450°C bei einer Wärmeleistung von 5,0 kW bereitgestellt werden. In a fifth embodiment, a pyrolysis temperature of 450 ° C with a heat output of 5.0 kW to be provided.

Die hierzu verwendete Förderschnecke 2 weist eine Steigung von 110 mm auf. Als Wärmeträgerfluid werden Stahlkugeln mit einer Eintrittstemperatur am Vorlauf von 530°C verwendet. Bei einem Füllungsgrad des ersten Volumens 21 von 26 %, einer mittleren Drehzahl der Förderschnecke 2 von 37 h^–1 und einer Antriebsleistung von 0,6 W ergibt sich ein Massenstrom des Kugelfluides von 450 kg/h und eine Austrittstemperatur des Kugelfluides von 468°C. Die Wärmleistung beträgt somit 4,5 kW. The auger used for this purpose 2 has a pitch of 110 mm. As heat transfer fluid steel balls are used with an inlet temperature at the flow of 530 ° C. At a degree of filling of the first volume 21 of 26%, a medium speed of the screw conveyor 2 of 37 h ^-1 and a drive power of 0.6 W results in a mass flow of the spherical fluid of 450 kg / h and an outlet temperature of the spherical fluid of 468 ° C. The heat output is thus 4.5 kW.

Die verbleibende Wärmeleistung von 500 W wird über einen zusätzlichen Wärmetauscher am Gehäuse 10 des Rohrofens 1 bereitgestellt. Dieser überträgt Wärme unmittelbar durch die Wandung 101 des Gehäuses 10 in das Innere des Rohrofens 1. Diesem zusätzlichen Wärmetauscher wird ein Massenstrom von 100 kg/h feuchtem Rauchgas mit einer Eintrittstemperatur von 550°C zugeführt. Die Austrittstemperatur beträgt dann 532°C, sodass die Gesamtwärmeleistung des Prozesses 5,0 kW beträgt. The remaining heat output of 500 W is via an additional heat exchanger on the housing 10 of the tube furnace 1 provided. This transfers heat directly through the wall 101 of the housing 10 into the interior of the tube furnace 1 , This additional heat exchanger is fed with a mass flow of 100 kg / h of moist flue gas at an inlet temperature of 550 ° C. The outlet temperature is then 532 ° C, so that the total heat output of the process is 5.0 kW.

In allen Ausführungsbeispielen kann die dem Kugelfluid zugeführte Wärme aus einem Verbrennungsprozess bezogen werden. In diesem Fall kann das heiße Rauchgas zusammen mit dem Kugelfluid unmittelbar in den Rekuperator 3 eingeleitet werden. Da zwischen den Kugeln des Kugelfluides hinreichende Freiräume verbleiben, können die Rauchgase das Kugelfluid durchströmen und auf diese Weise Wärme an die einzelnen Kugeln abgeben. Sofern die einzelnen Kugeln des Kugelfluides eine katalytische Beschichtung an ihrer Außenseite aufweisen, können diese gleichzeitig zur Rauchgasreinigung eingesetzt werden. Aufgrund der räumlichen Trennung des Kugelfluides von den im Rohrofen 1 zu prozessierenden Edukten durch die Wandung 23 ergibt sich aus dieser katalytischen Beschichtung kein negativer Einfluss auf den im Rohrofen 1 ablaufenden Prozess. In all embodiments, the heat supplied to the spherical fluid can be obtained from a combustion process. In this case, the hot flue gas, together with the ball fluid directly into the recuperator 3 be initiated. Since sufficient free spaces remain between the balls of the spherical fluid, the flue gases can flow through the ball fluid and in this way give off heat to the individual balls. If the individual balls of the spherical fluid have a catalytic coating on their outer side, they can be used simultaneously for flue gas cleaning. Due to the spatial separation of the ball fluid from those in the tube furnace 1 to be processed educts through the wall 23 This catalytic coating does not have a negative effect on the tubular furnace 1 ongoing process.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen. Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung können jederzeit kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten. Of course, the invention is not limited to the embodiment shown in the figures. The above description is therefore not to be considered as limiting, but as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. As long as the claims and the above description define "first" and "second" embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without prioritizing them. Features of different embodiments of the invention may be combined at any time so as to obtain further embodiments of the invention.

Claims

Tube furnace ( 1 ) with a housing ( 10 ), which includes a heat exchanger having a wall which separates a first volume from a second volume, wherein a volume ( 21 . 22 ) is arranged to receive at least one educt and the other volume ( 22 . 21 ) is adapted to receive a heat transfer fluid, wherein the heat transfer fluid contains or consists of a spherical fluid, characterized in that the tube furnace further comprises a recuperator ( 3 ), in which the spherical fluid can be brought into contact with a gaseous heat carrier.

Tube furnace according to claim 1, characterized in that the spherical fluid contains balls with a diameter of about 1 mm to about 50 mm or from about 15 mm to about 30 mm.

Tube furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the spherical fluid contains balls of a metal or an alloy or consists thereof, and / or that the balls of the spherical fluid at least one chemical element with the atomic numbers of 3 to 6 or with the atomic numbers of 11 to 14 or with the ordinal numbers of 19 to 34 or with the ordinal numbers of 37 to 52 or with atomic numbers of 55 to 84 or with atomic numbers of 87 to 116, and / or that the balls of the spherical fluid at least copper and / or iron and / or aluminum and / or a phase change material and / or a ceramic, and / or that the balls of the spherical fluid are at least partially provided with a catalytically active coating.

Tube furnace according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing ( 10 ) has a substantially cylindrical cross-section and the heat exchanger a multi-speed screw conveyor ( 2 ) containing a wall ( 23 ), which has an internal flight ( 21 ) as the first volume of an outer flight ( 22 ) separates as a second volume, wherein a flight ( 21 . 22 ) is adapted to receive the at least one starting material and the other helix ( 22 . 21 ) is adapted to receive the heat transfer fluid.

Tube furnace according to claim 4, characterized in that the multi-start screw conveyor ( 2 ) is a sequential screw having a plurality of different longitudinal sections.

Tube furnace according to one of claims 1 to 5, characterized in that the recuperator ( 3 ) a screw conveyor ( 35 ) contains.

Tube furnace according to one of claims 1 to 6, further comprising a heating device, with which a heat flow through the wall ( 101 ) of the cylindrical housing ( 10 ) is producible.

Process for the chemical conversion of educts in a second volume ( 22 ), in which the second volume ( 22 ) by means of at least one heat transfer medium flowing through a heat transfer fluid to be supplied or removed, and the heat transfer fluid contains or consists of a spherical fluid, characterized in that the heat transfer fluid in addition to the spherical fluid contains at least one further gaseous heat transfer medium.

A method according to claim 8, characterized in that balls are used with a diameter of about 5 mm to about 50 mm or from about 15 mm to about 30 mm as a spherical fluid.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the spherical fluid contains or consists of balls of a metal or an alloy, and / or that the balls of the spherical fluid at least one chemical element with the atomic number 13 or with the atomic numbers from 21 to 30 or from 39 to 48 or from 57 to 80 or from 89 to 112, and / or that the balls of the spherical fluid contain at least copper and / or iron and / or aluminum and / or a phase change material and / or a ceramic, and / or or that the balls of the spherical fluid are at least partially provided with a catalytically active coating.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the heat exchanger a multi-speed screw conveyor ( 2 ) containing a wall ( 23 ), which has an internal flight ( 22 ) from an outer flight ( 21 ), whereby a flight ( 21 . 22 ) contains at least one reactant and the other helix ( 22 . 21 ) is flowed through by the at least one heat transfer fluid.

Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the further gaseous heat carrier contains a flue gas.

Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the spherical fluid in a recuperator ( 3 ) is heated or cooled.