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Die Beschreibung bezieht sich auf ein Silo und ein Verfahren zur Ausführung von Prozessen mit Gasen in Schüttgut.
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In vielen industriellen und landwirtschaftlichen Bereichen wird Schüttgut durch Silos befördert oder in diesen gelagert. Das im Silo gelagerte Schüttgut kann dort platzsparend, trocken und geschützt gelagert werden. Zu einem späteren Zeitpunkt kann das Schüttgut aus dem Silo in vordefinierten Mengen entnommen werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Schüttgut im Silo zu behandeln. Beispielsweise kann das Schüttgut im Silo getrocknet werden. Gleiches gilt auch bei der Entnahme des Schüttgutes aus dem Silo. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass hierfür zusätzliche Anlagen und Vorrichtungen außerhalb des Silos montiert werden müssen und das Silo nur als (Zwischen-) Lagerung des Schüttgutes dient. Bei bekannten Silos ist eine Behandlung des Schüttgutes im Silo nicht vorgesehen. Besonders bei Anwendungsfällen, bei denen das Schüttgut kontinuierlich in das Silo eingefüllt und aus diesem entnommen wird, kann eine Behandlung des Schüttgutes im Silo vorteilhaft sein. Dabei wird das Schüttgut beim „Durchfließen“ des Silos behandelt. Beispielsweise kann feuchtes Schüttgut direkt im Silo getrocknet werden. Eine externe Vorrichtung zum Trocknen des Schüttgutes kann dadurch entfallen. Bei bekannten Silos kann das Silo während der Behandlung des Schüttgutes nicht zur (Zwischen-) Lagerung genutzt werden.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht folglich darin, ein Silo und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Behandlung des Schüttgutes im Inneren des Silos ermöglichen. Darüber hinaus kann es außerdem wichtig sein, eine Behandlung des Schüttgutes auch während des Befüllens und/oder der gleichzeitigen Entnahme von Schüttgut aus dem Silo zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch ein Silo nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.
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Es wird ein Silo zum Begasen von Schüttgut beschrieben. Das Silo umfasst einen Behälter zur Aufnahme von Schüttgut mit einem Einlass und einem Auslass und einen Ventilschieber, der im Behälter zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine vordefinierte Menge an Schüttgut pro Zeiteinheit in Fließrichtung vom Einlass zum Auslass fließen zu lassen. Das Silo umfasst außerdem eine Gaseintrittsöffnung, die am Behälter zwischen dem Ventilschieber und dem Auslass angeordnet ist, und Gas im Wesentlichen gegen die Fließrichtung des Schüttguts durch den Behälter strömt.
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Außerdem wird ein Verfahren zum Begasen von Schüttgut beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Silos nach den Ansprüchen 1 bis 6, Befüllen des Behälters mit Schüttgut über den Einlass, Betätigen des Ventilschiebers, damit eine vordefinierte Menge Schüttgut pro Zeiteinheit zum Auslass fließen kann und Begasen des Schüttgutes, wobei Gas über die Gaseintrittsöffnung in den Behälter gegen die Fließrichtung des Schüttguts durch den Behälter und das Schüttgut strömt sowie Entnehmen des Schüttgutes aus dem Behälter.
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Die Vorrichtung und das Verfahren werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung grundlegender Aspekte, wobei nur solche Merkmale dargestellt sind, die hierfür notwendig sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei aber gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit jeweils gleicher oder ähnlicher Ausgestaltung oder Funktionsweise bezeichnen.
- 1 zeigt ein beispielhaftes Silo in einer Schnittansicht mit zwei Ventilschiebern.
- 2 zeigt zwei beispielhafte Ventilschieber in einer perspektivischen Ansicht.
- 3 zeigt eine Schnittansicht des Silos nach 1 mit vier Ventilschiebern.
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Anhand der Figuren werden ein Silo, insbesondere ein Hochsilo oder ein Siloturm, und ein dazugehöriges Verfahren beschrieben, bei dem Schüttgut mit einem Gasgegenstrom beaufschlagt werden kann. Das Silo und das dazugehörige Verfahren können beispielsweise zur Gasreinigung von Aktivkohlefiltern, zur Trocknung von Hackschnitzeln, zur Kühlung von Schüttgut im Zuge der Wärmerückgewinnung und zur Kompostierung im Zusammenhang mit der Humuserzeugung eingesetzt werden. Außerdem kann das Silo zur Lagerung und Durchführung von verschiedensten Schüttgütern, beispielsweise Kohle, verwendet werden. Dabei können im Silo verschiedene industrielle Prozesse ablaufen. Im Silo kann beispielsweise Schüttgut gekühlt, erwärmt, getrocknet, kompostiert und torrefiziert werden. Es ist außerdem möglich, dass mehrere Prozesse parallel zueinander ablaufen. Darüber hinaus können beliebige Arten von Schüttgut, und auch Gemische aus diesen, im Silo mit dem hier beschriebenen Verfahren verarbeitet werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass kontinuierlich Schüttgut aus dem Silo entnommen und gegebenenfalls gleichzeitig auch wieder Schüttgut in das Silo nachgefüllt wird. Eine kontinuierliche Entnahme von Schüttgut aus dem Silo ist für die bestimmungsgemäße Funktion des Silos und des dazugehörigen Verfahrens nicht notwendig.
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In 1 ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Silos dargestellt. Das Silo umfasst einen Behälter 10, der eine beliebige Geometrie aufweisen kann. Der Behälter 10 kann beispielsweise rund, rechteckig, vieleckig oder oval sein. Der Behälter 10 kann aus einem beliebigen Material, beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Keramik oder einem Verbundwerkstoff, hergestellt sein. Der Behälter 10 dient dazu, Schüttgut 20 aufzunehmen, zu lagern und letztendlich auch wieder abzugeben. In diesem Beispiel umfasst der Behälter 10 zumindest einen Einlass 11, der in diesem Beispiel an einer Oberseite des Behälters 10 angeordnet ist und zumindest einen Auslass 12, der an einer Unterseite des Behälters 10 angeordnet ist, wobei sich die Unterseite an der dem Einlass 11 entgegengesetzten Seite des Behälters 10 befindet. Im dargestellten Beispiel wirkt die Schwerkraft auf das Schüttgut 20 annähernd in Richtung des Auslasses 12. Das führt dazu, dass das Schüttgut 20 entlang einer Fließrichtung v unter Einwirkung der Schwerkraft vom Einlass 11 zum Auslass 12 fließt. Die Fließrichtung v ist im vorliegenden Beispiel annähernd vertikal, also gleich der Wirkrichtung der Schwerkraft. Über den Auslass 12 kann das Schüttgut 20 kontinuierlich und gleichmäßig aus dem Behälter 10 entnommen werden und von dort zur weiteren Verarbeitung befördert werden. Gemäß einem weiteren Beispiel des Silos kann das Schüttgut 20 auch in einer anderen Richtung als der Vertikalen fließen. In diesem Fall wird das Schüttgut 20 über ein Gebläse, eine Pumpe oder mit einer mechanischen Fördereinrichtung, beispielsweise einer Förderschnecke im Silo gefördert.
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Im Behälter 10 kann sich zumindest ein Ventilschieber 15 befinden, der zwischen dem Einlass 11 und dem Auslass 12 angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine vordefinierte Menge an Schüttgut 20 pro Zeiteinheit in Fließrichtung v zum Auslass 12 fließen zu lassen. In 1 weist der Behälter 10 zwei Ventilschieber 15 auf. Soll im Betrieb über den Auslass 12 Schüttgut 20 entnommen werden, so können die Ventilschieber 15 dazu dienen, das Schüttgut 20 kontinuierlich und gleichmäßig aus dem Behälter 10 zu entnehmen. Die Ventilschieber 15 können beispielsweise zumindest teilweise aus Metall, Kunststoff, Keramik oder einem Verbundwerkstoff bestehen. Auch die Verwendung von Nichteisenmetallen ist möglich. Aufgrund des erhöhten Verschleißes an den Ventilschiebern 15 können die Ventilschieber 15 zusätzlich mit Auftragsschweißungen versehen werden. Links und rechts von den Ventilschiebern 15 können sich mechanische Barrieren 17 befinden, die ein Durchfließen des Schüttguts abseits der Ventilschieber 15 verhindern.
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Im dargestellten Beispiel in 1 weist der Behälter 10 außerdem zumindest eine Gaseintrittsöffnung 13 auf, die in vertikaler Richtung zwischen den Ventilschiebern 15 und dem Auslass 12 angeordnet sein kann und ein Einströmen eines (theoretisch beliebigen) Gases 30 in den Behälter 10 ermöglichen soll. Von der Gaseintrittsöffnung 13 strömt das Gas 30 zwischen den mechanischen Barrieren 17 und den Ventilschiebern 15 hindurch. Durch eine Rotationbewegung um einen einstellbaren Winkel in eine Richtung und dann zurück in die andere Richtung der Ventilschieber 15 um eine Achse quer zur Fließrichtung v des Schüttgutes 20 (im vorliegenden Beispiel eine horizontale Achse) wird das Schüttgut 20 lokal aufgelockert und dosiert und fließt entgegengesetzt zu der Richtung der Gasströmung zwischen den mechanischen Barrieren 17 und den Ventilschiebern 15 hindurch (Gegenstrom). Während das Gas von unten nach oben gegen die Fließrichtung v des Schüttgutes 20 durch den Behälter 10 strömt, kann es zu Wechselwirkungen zwischen dem Gas 30 und dem Schüttgut 20 kommen. Sowohl das Gas 30 als auch das Schüttgut 20 können dadurch chemisch und/oder physikalisch verändert werden. Das Gas 30 entweicht anschließend über den Einlass 11 und/oder über eine oder mehrere separate Gasaustrittsöffnungen 14 aus dem Behälter 10. Das Gas 30 kann anschließend aufgefangen und regeneriert werden oder gegebenenfalls entsorgt werden.
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Im Falle einer Trocknung von Hackschnitzeln dient das Gas 30 dazu, den noch feuchten Hackschnitzeln Feuchtigkeit zu entziehen. Zu diesem Zweck kann warme, trockene Luft über die Gaseintrittsöffnung 13 in den Behälter 10 geleitet werden. Dabei nimmt das das Schüttgut 20 durchströmende Gas 30 vom Schüttgut 20 Feuchtigkeit auf. Die vom Gas 30 aufgenommene Feuchtigkeit wird mit dem Gas 30 durch und anschließend aus dem Behälter 10 befördert. Dieser Prozess kann auch mehrfach hintereinander durchgeführt werden. Dadurch kann ein höherer Trocknungsgrad erreicht werden.
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2 zeigt zwei verschiedene Beispiele von Ventilschiebern 15 in perspektivischer Ansicht. Die Ventilschieber 15 können in den beschriebenen Beispielen Rohr- oder Vollprofile mit jeweils einer Längsachse 16 sein. Die Ventilschieber 15 können beispielsweise einen rechteckigen oder einen ovalen Querschnitt aufweisen, aber keinen kreisrunden Querschnitt. Im dargestellten Beispiel sind die Ventilschieber 15 derart im Behälter 10 angeordnet, dass die Längsachsen 16 annähernd orthogonal zur Fließrichtung v des Schüttgutes 20 liegt.
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Bei der Entnahme von Schüttgut 20 aus dem Behälter 10 kann es je nach Konsistenz und Zusammensetzung des Schüttgutes 20 zu einem Verklumpen (Klumpenbildung) des Schüttgutes 20 im Behälter 10 kommen. Dabei bilden sich im Schüttgut 20 größere Verbände, die nicht mehr durch die Ventilschieber 15 hindurch fließen können und daraufhin eine gleichmäßige und kontinuierliche Entnahme von Schüttgut 20 über den Auslass 12 des Behälters 10 nahezu unmöglich machen. Im dargestellten Beispiel können die Ventilschieber 15 deshalb im Betrieb um deren Längsachsen 16 oszillieren. Die Oszillationsbewegung kann durch eine geeignete Steuerung gesteuert werden. Es kann beispielsweise auf den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit Einfluss genommen werden. Die Ventilschieber 15 können mithilfe der Steuerung darüber hinaus auch eine nichtoszillierende Bewegung ausführen. Dies hat den Effekt, dass ein Verklumpen des Schüttgutes 20 im Behälter 10 vermieden wird und/oder durch die Oszillationsbewegung bereits bestehende Verklumpungen wieder gelöst werden können. Für besonders starke Verklumpungen kann die Oszillationsbewegung auch zusätzlich verstärkt werden. Die Oszillationsbewegung stellt eine gleichmäßige und kontinuierliche Entnahmemöglichkeit über den Auslass 12 am Behälter 10 sicher und kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass um die Längsachse 16, ein Gesamtwinkel von 120° eingeschlossen wird. Dies würde einer Drehung aus einer Ruhelage von +/- 60° entsprechen. Alternativ dazu können auch größere und kleinere Gesamtwinkel eingesetzt werden.
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Darüber hinaus ist es außerdem möglich, dass die Ventilschieber 15 derart zueinander verdreht und auch gehalten werden, dass sich zwischen den Ventilschiebern 15 jeweils ein kleiner Spalt bildet. Dieser Spalt kann stufenlos eingestellt werden und so klein sein, dass kein Schüttgut 20 mehr an den Ventilschiebern 15 vorbeifließen kann. Die Ventilschieber 15 können folglich auch den Durchfluss von Schüttgut 20 zum Auslass 12 absperren.
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In 3 ist ein weiteres Beispiel des Silos dargestellt. In diesem Beispiel weist das Silo vier Ventilschieber 15 auf. Je nach Anwendung kann die Zahl der Ventilschieber 15 variieren. Im dargestellten Beispiel sind die Ventilschieber 15 derart angeordnet, das die Längsachsen 16 der Ventilschieber 15 nebeneinander und parallel zueinander in einer annähernd horizontalen Ebene liegen. Eine Anordnung von mehreren Ventilschiebern 15 kann notwendige Antriebskräfte für die einzelnen Ventilschieber 15 verringern. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Längsachsen 16 der Ventilschieber 15 nicht ausschließlich in einer Ebene liegen.
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Der Behälter 10 kann in den genannten Beispielen ein Fassungsvermögen von 1-2000 m3 aufweisen. Darüber hinaus kann das Silo Schüttgut 20 von einem Volumen zwischen 1 und 1000 m3 pro Stunde aufnehmen und/oder durch den Behälter 10 fördern.
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Ein mit dem beschriebenen Silo verwendetes Verfahren umfasst das Bereitstellen eines oben beschriebenen Silos, sowie das anschließende Befüllen des Behälters 10 mit Schüttgut 20 über den Einlass 11 und das Betätigen des zumindest einen Ventilschiebers 15, damit eine vordefinierte Menge Schüttgut 20 pro Zeiteinheit zum Auslass 12 fließen kann. Währenddessen erfolgt das Begasen des Schüttgutes 20, wobei Gas 30 über die Gaseintrittsöffnung 13 in den Behälter 10, gegen die Fließrichtung v des Schüttgutes 20 und hin zum Einlass 11 durch den Behälter 10 und folglich auch durch das Schüttgut 20 strömt. Außerdem umfasst das Verfahren das Entnehmen des Schüttgutes 20 aus dem Behälter 10. Die Entnahme des Schüttgutes 20 aus dem Behälter 10 kann gleichmäßig und kontinuierlich erfolgen. In einem Beispiel des Verfahrens kann der Ventilschieber 15 eine oszillierende Bewegung um die Längsachse 16 ausführen. Für die Zuführung des Gases 30 zum Behälter 10 kann dieses beispielsweise unter Druck oder unter Vakuum mit Hilfe eines Gebläses oder einer Pumpe durch den Behälter 10 gefördert werden.
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Das in den Beispielen beschriebene Gas 30 kann jedes beliebige Gas 30 und Gasgemisch sein. Beispielsweise kann das Gas 30 Umgebungsluft, Sauerstoff, ein Inertgas oder Wasserdampf sein.
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Im Folgenden werden verschiedene Anwendungsmöglichkeiten des beschriebenen Silos und des dazugehörigen Verfahrens beispielhaft erklärt.
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In einem Beispiel kann beispielsweise eine Trocknung von Schüttgut 20 durchgeführt werden. Das Schüttgut 20 kann in diesem Fall Hackgut, insbesondere Waldhackgut sein. Das Waldhackgut kann Hackgut von erntefrischen Fichten inklusive grüner Nadeln und Rinde sein und eine Feuchtigkeit von ca. 65% aufweisen.
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Das Hackgut kann unter Einsatz des Silos in ein Biomasse-Heizwerk geleitet werden. Dazu kann das Silo ein Betonsilo sein, wobei der Behälter 10 einen Durchmesser von ca. 6,5 m und ein Inhaltsvolumen von ca. 650 m3 aufweisen kann. Bei diesem Beispiel erfolgt der Austrag des Hackgutes aus dem Behälter 10 durch einen hydraulisch angetriebenen Oszillomaten. Dabei kann gleichzeitig trockene kalte Luft mittels eines Radialventilators durch den Behälter 10 gesaugt werden.
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Zur Verarbeitung des beschriebenen Hackgutes wird der Behälter 10 des Silos beispielsweise mit Miscanthus bis zu einer Höhe von ca. 12 m gefüllt. Zusätzlich können 90 m3 Waldhack mit einem Feuchtegehalt von 65% Wasser eingefüllt werden. Anschließend kann ein- oder mehrmals Luft unter Einsatz des Radialventilators durch den Behälter 10 gesaugt werden. Die Luft kann trockene und kalte Luft mit geringer Feuchtigkeit sein. Die trockene Luft entzieht dem Miscanthus und dem Waldhackgut Feuchtigkeit. In einem Beispiel zur Verarbeitung des Hackgutes beträgt die Betriebszeit des Radialventilators ca. 70 Stunden und es wird eine Luftmenge von ca. 5000 m3/h durch den Behälter 10 gesaugt. Der Radialventilator kann dabei kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitfenstern betrieben werden. Nach der Verarbeitung des Hackgutes kann der Feuchtegehalt auf ca. 30 % gesunken sein.
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In einem weiteren Anwendungsbeispiel kann auch Schüttgut 20, insbesondere mineralisches Schüttgut 20 gekühlt werden. Insbesondere können Mineralien mit einer Temperatur von ca. 800 °C im Behälter 10 auf ca. 200 °C gekühlt werden. Zu diesem Zweck kann ein Behälter 10 mit einem Volumen von ca. 100 m3 eingesetzt werden. Anschließend wird mithilfe des Radialventilators Luft mit einer Temperatur von ca. 100 °C durch den Behälter 10 gedrückt. Die kühlere Luft strömt an den Mineralien vorbei und entzieht diesen Wärme. In der Folge kommt es zu einer Abkühlung der Mineralien.
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In einem anderen Anwendungsbeispiel kann auch Schüttgut 20, insbesondere in Form von Briketts gekühlt werden. Das beschriebene Silo und das zugehörige Verfahren gewährleisten eine materialschonende Verarbeitung des Schüttgutes 20. Im beschriebenen Beispiel werden die bruchempfindlichen Briketts mit einer Körnung von ca. 20 mm schonend behandelt und ihre ursprüngliche Körnung kann auch während der Verarbeitung erhalten werden. Die Briketts werden im Behälter 10 von 80 °C auf ca. 30 °C herunter gekühlt. Zu diesem Zweck wird ein Behälter mit einem Volumen von ca. 50 m3 eingesetzt und es werden ca. 10 m3/h Briketts durch den Behälter 10 geleitet. Während der Kühlung der Briketts wird der Behälter 10 kontinuierlich entleert und gleichzeitig kontinuierlich befüllt. Dadurch kann der Füllstand durch die Briketts im Behälter 10 konstant gehalten werden.
