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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Schneckenförderer, nach der Gattung des Anspruchs 1, einer Pyrolyseanlage, nach der Gattung des Anspruchs 10, und einem Verfahren zur Pyrolysierung eines Materials mittels eines beheizbaren Pyrolysereaktors, nach der Gattung des Anspruchs 12.
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Es gehört zum Stand der Technik, dass Schneckenförderer als rohrförmige Pyrolysereaktoren eingesetzt werden. Nachteilig ist hierbei, dass diese in der Regel das Fördergut nur unzulänglich durchmischen und es während des Betriebes zu unerwünschten Anbackungen an dem Pyrolysreaktor, nämlich an dessen Innenwand, kommt. Daher ist es erforderlich, dass dem Fördergut inertes Material zugesetzt wird, wodurch durch die kontinuierliche Zugabe von neuem inerten Material die Betriebskosten der Anlage drastisch steigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Schneckenförderer und ein Verfahren zur Pyrolysierung eines Materials mittels eines beheizbaren Pyrolysereaktors bereitzustellen, durch die die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
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Die Erfindung und ihre Vorteile
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Der erfindungsgemäße Schneckenförderer, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die erfindungsgemäße , einer Pyrolyseanlage, mit den Merkmalen des Anspruchs 10, und das erfindungsgemäße Verfahren zur Pyrolysierung eines Materials mittels eines beheizbaren Pyrolysereaktors, mit den Merkmalen des Anspruchs 12, haben demgegenüber den Vorteil, dass durch den Schneckenförderer, der ein Rohr und eine Förderschnecke aufweist, wobei die Förderschnecke eine als Rohr ausgestaltete Schneckenachse aufweist, wobei in dem Rohr eine zumindest teilweise zylindrisch geformte und antreibbare Förderschnecke, die mindestens eine Schneckenwendel aufweist, angeordnet ist, insbesondere eine hohe Energieeffizienz und eine Einsparung an inerten Material erzielt werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers weisen die beiden Förderschnecken jeweils eine Förderrichtung auf, wobei die Förderrichtungen einander entgegengesetzt sind.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers ist am Ende einer Förderschnecke mindestens eine Schöpfschaufel angeordnet.
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Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers ist die mindestens eine Schöpfschaufel eine Beschickvorrichtung für die als Rohr ausgestaltete Schneckenachse.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers ist an einer der Förderschnecken und/oder an mindestens einer der Schneckenwendel mindestens eine Kette angeordnet.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers weist das Rohr einer Förderschnecke eine Innenwand auf, wobei mindestens eine Kette die Innenwand berührt.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers ist mindestens eine Kette über mindestens einen Befestigungspunkt an einer Förderschnecke und/oder an mindestens einer Schneckenwendel angeordnet.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers ist mindestens eine Kette zumindest teilweise beweglich an einer Förderschnecke und/oder an mindestens einer Schneckenwendel angeordnet.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneckenförderers ist der Schneckenförderer ein Pyrplysereaktor, insbesondere ein Pyrolysereaktor. Bevorzugt ist der Reaktor beheizbar.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage, die einen Pyrolysereaktor, der ein Rohr und eine einer in dem Rohr zumindest teilweise zylindrisch geformten und antreibbaren Förderschnecke, die mindestens eine Schneckenwendel aufweist, aufweist, wobei die Förderschnecke eine als Rohr ausgestaltete Schneckenachse aufweist, wobei in dem Rohr eine zumindest teilweise zylindrisch geformte und antreibbare Förderschnecke (Rückführschnecke), die mindestens eine Schneckenwendel aufweist, angeordnet ist, ist der Pyrolysereaktor ein Schneckenförderer, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Pyrolysierung eines Materials mittels eines beheizbaren Pyrolysereaktors, der ein Rohr und eine in dem Rohr zumindest teilweise zylindrisch geformten und antreibbaren Förderschnecke, die mindestens eine Schneckenwendel aufweist, aufweist, wobei dem Material vor, während und/oder nach der Beschickung des Pyrolysereaktors mindestens ein Wärmeträger zugesetzt wird, wobei insgesamt mindestens 5 Gew. % Wärmeträger (bevorzugt 15 Gew. % Wärmeträger oder 20 Gew. % Wärmeträger) eingesetzt werden, wird als Förderschnecke eine Förderschnecke eingesetzt, die eine als Rohr ausgestaltete Schneckenachse aufweist, wobei in dem Rohr eine zumindest teilweise zylindrisch geformte und antreibbare Förderschnecke, die mindestens eine Schneckenwendel aufweist, angeordnet ist.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Mittel zur Beseitigung bzw. Verhinderung von Ablagerungen eingesetzt wird, wird mindestens ein Mittel zur Beseitigung bzw. Verhinderung von Ablagerungen und/oder zur Steigerung der Durchmischung eingesetzt.
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Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens ein Mittel eine Kette, die an der Förderschnecke und/oder an mindestens einer Schneckenwendel angeordnet ist.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Wärmeträgerbzw. Als inertes Material dund/oder Sand eingesetzt. Der Einsatz von Kalk hat dabei zwei Funktionen, da er als Wärmeträger der Temperaturregulierung dient und als Reaktionpartner, z.B. zur Vermeidung der Salzsäurebildung, dient, wodurch Inertmaterial, dass als Sorbentium wirkt, eingespart werden kann.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die beiden Förderschnecken jeweils eine Förderrichtung auf, wobei die Förderrichtungen einander entgegengesetzt sind, so dass der Wärmeträger nach dem er durch das Rohr befördert wurde, durch die Förderschnecke rückgeführt wird, um am Ende des Rohres der rückführenden Förderschnecke erneut in das Rohr entleert zu werden.
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Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Pyrolysereaktor ein Schneckenförderer, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, und/oder wird das Verfahren in einer Pyrolyseanlage, gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, eingesetzt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Figurenliste
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstands ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schneckenförderer,
- 2 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Schneckenförderer, gemäß 1,
- 3 eine Seitenansicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schneckenförderers, gemäß 1,
- 4 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schneckenförderer, gemäß 1,
- 5 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage und
- 6 eine weiterer schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schneckenförderer 1. Der erfindungsgemäße Schneckenförderer weist ein Rohr 2 auf, das eine Innenwand 3 aufweist und in dem eine mit einer Schneckenwendel 4 versehene Förderschnecke 5 angeordnet ist. An der Schneckenwendel 4 ist an Befestigungspunkten 6 eine Kettenglieder 7 aufweisende Kette 8 angeordnet. Die Befestigung der Kette 8 an der Schneckenwendel 4 erfolgt bevorzugt mittels Verschweißung, wodurch der Großteil der Kettenglieder 7 beweglich bleibt. Zwischen den Befestigungspunkten 6 ist die Kettenlänge der Kette 8 derart gewählt, dass die Kettenglieder 7 zumindest teilweise mit der Innenwand 3 des Rohres 2 in Berührung kommen, so dass diese die an der Innenwand 3 beweglich gleiten, wodurch eventuell an der Innenwand 3 des Rohres 2 anhaftende Anbackungen des geförderten Materials von der Innenwand 3 des Rohres 2 entfernt werden.
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Die Förderschnecke 5 weist eine Schneckenachse 9 auf, die als Rohr 10 ausgestaltet ist. In dem Rohr 10, das eine Innenwand 11 aufweist, ist eine mit einer Schneckenwendel 12 versehene Förderschnecke 13 angeordnet.
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2 zeigt eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Schneckenförderer 1, gemäß 1. Zusätzlich oder alternativ zu einer in 1 an dem Umfang deer Schneckenwendel 4 angeordneten Kette 8, kann die Kette 8 auch zwischen den Schneckenflügeln 14 angeordnet werden. Denkbar ist auch, dass die Kette 8 an der Förderschnecke 13 bzw. der Schneckenwendel 12 angeordnet ist.
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Die Beschickung des erfindungsgemäßen Schneckenförderer 1 mit einem nicht dargestellten Material erfolgt über eine Beschickungsöffnung 15, die, sofern z.B. ein Einströmen von Sauerstoff in den Innenraum vermieden werden soll, bevorzugt nicht dargestellte Dichtschleusen aufweist. Um zu vermeiden, dass durch die Beschickungsöffnung 15, die in 2 schräg nach oben ausgerichtet ist, Wärme aufsteigen kann, die das nicht dargestellte Material bereits außerhalb des erfindungsgemäßen Schneckenförderers 1 in unerwünschter Weise erhitzt, ist es auch denkbar, dass man, wie in 3 gezeigt, die Beschickungsöffnung 15 waagerecht ausrichtet.
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Durch die Drehung der Förderschnecke 5 wird das Material in Richtung Austragsöffnung 16 transportiert, die ebenfalls bevorzugt nicht dargestellte Dichtschleusen aufweist. Im Bereich der Austragsöffnung 16 ist eine Beschickvorrichtung 17 angeordnet, die als Schöpfschaufel 18 ausgestaltet ist. Durch die Beschickvorrichtung 17 wird das Rohr 10 durch eine Öffnung 19 beschickt, so dass das in das Rohr 10 eingefüllte Material durch die Förderschnecke 13 in entgegengesetzter Richtung rückgeführt wird. Am in Richtung der Förderrichtung der Förderschnecke 13 (Rückführschnecke) gesehenen Ende des Rohres 10 sind Öffnungen 20 angeordnet, die der Entleerung des Rohres 10 dienen. Bevorzugt ist die Beschickvorrichtung 17 zumindest teilweise mit einem Sieb 21 versehen, welches in Form und Göße variieren kann.
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Das Sieb 21 der Beschickvorrichtung 17 wird bevorzugt auf dieser angebracht, sodass zwischen Sieb 21 und einer Schaufelform der Schöpfschaufel 18 ein beliebiger Raum (Schaufelraum) entsteht, damit das dickere Material ausgesiebt wird und das feinere Material durch das Sieb 21 in die Schöpfschaufel 18 (Schaufelraum) fällt, welche dann das feinere Material in das Rohr 10 der Rückführungsschnecke einbringt. Die Schöpfschaufel 18 kann auch in anderen Bereichen so verwendet werden z.B. bei der Carbonisierung von den Nussschalen zur Aktivierung von Kohle.
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Denkbar ist auch, dass das Sieb 21 Teil der Schaufelform der Schöpfschaufel 18 ist, damit das dickere Material ausgesiebt wird und das feinere Material durch das Sieb 21 und damit aus der Schöpfschaufel 18 fällt, so dass die Schöpfschaufel 18 das dickere Material in das Rohr 10 der Rückführungsschnecke einbringt.
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Denkbar ist auch, dass dem Material zur Reinigung insbesonderer der Innenwand 3 des Rohres 2 und/oder der Innenwand 11 des Rohres 10 feste Bestandteile, z. B. Steine, zugefügt werden, die von dem Sieb 21 ausgesiebt werden, wodurch sie je nach Ausgestaltung des Siebes 21 und/oder der Schöpfschaufel 18 in das Rohr 10 der Rückführungsschnecke eingebracht oder nicht eingebracht werden. Denkbar ist auch, dass die festen Bestandteile unterschiedliche Korngrößen aufweisen, so dass nur z.B. kleinere Bestandteile in das Rohr 10 der Rückführungsschnecke eingebracht werden.
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4 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schneckenförderer 1, gemäß 1.
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Bevorzugt ist die Förderschnecke 5 durch einen nicht dargestellten Motor, der z.B. ein Getriebemotor mit Kettenantrieb sein kann, angetrieben. Denkbar ist auch, dass zumindest teilweise das Rohr 2 angetrieben werden kann. Denkbar ist auch, dass sowohl die Förderschnecke 5 als auch zumindest teilweise das Rohr 2 angetrieben wird, wobei dann eine jeweilige Drehrichtung entgegengesetzt ist.
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Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Schneckenförderer 1 als Pyrolysereaktor zur Pyrolysierung (Ausschwelung) von Kunststoffen und verunreinigten Kunststoffabfällen aller Art, insbesondere Klärschlämme, Schlämme aus Biogasanlagen und zur Herstellung von Aktivkohle aus Biomassen aller Art eingesetzt. Bei dieser Anwendung weist der erfindungsgemäße Schneckenförderer 1 ein beheiztem Reaktorrohr (Rohr 2), im welchem sich eine Förderschnecke 5 dreht, die einen bestimmten Abstand zur Reaktorrohrwand (Innenwand 2) hat. Die Beheizung des Reaktors kann über Gas, Rauchgase, elektrisch oder Blockheizkraftwerk erfolgen. Bei allen Heizsystemen ist der Reaktor thermisch sehr gut regelbar (durch eine bestimmte Anzahl an Heizzonen) um eine optimale Pyrolysierung - Ausschwelung zu erreichen. Um Anbackungen an der Reaktorwand zu verhindern, sind an den Schneckenwendeln 4 und/oder zwischen den Schneckenflügeln 14 Gliederketten (Ketten 8) angebracht, die an der Reaktorwand beweglich gleiten. Diese verhindern Anbackungen und wirken zusätzlich als Scheuerketten. Durch den Einsatz der mit Ketten 8 versehenen Förderschnecke 5 (Kettenschnecke) im Reaktor entsteht als weiterer Vorteil auch bei hohen Temperaturen eine sehr gute Durchmischung des Kalks, Sands und weiteren Materialien mit den eingebrachten Kunsstoffen. Eine optimale Durchmischung ist entscheidend für eine hohe Gasausbeute. Gleichbedeutend mit einer hohen Gasausbeute ist auch eine hohe Kondensatausbeute, welches ein Produkt mit hohem wirtschaftlichen Wert darstellt. Zu der Pyrolysierung von Kunststoffen bei 400 bis 700°C wird ein Wärmeträger, z.B. Kalk, Sand oder ähnliches Material, beigegeben um die Klebrigkeit des erhitzten Kunststoffes abzubinden. Dieses Material dient gleichzeitig auch zusätzlich der Wärmeübertragung. Bei der Pyrolysierung von Kunststoffen entstehen auch saure Schadstoffe, welche durch den Kalk abgebunden/absorbiert werden, wodurh die Bildung von Salzsäure vermieden wird. Die Schadstoffe werden also neutralisiert.
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Durch den Einsatz der Rückführschnecke (Förderschnecke 13) bietet sich zudem der Vorteil, dass im Reaktor, in der Kettenschnecke eine Materialrückführung ohne thermische Verluste möglich ist. Die Kettenschnecke im Reaktor ist daher mit einer Schneckenachse als Rohr gebaut, so dass in diesem Rohr eine weitere Schnecke (Förderschnecke 13) eingesetzt ist. Die Kettenschnecke (Förderschnecke 5) fördert das Material in Richtung Austragsöffnung 16. Am Ende der Schnecke ist an der letzten Schneckenwendel eine Schöpfschaufel 18 angebracht, die über eine Öffnung 19 die Innenschnecke (Förderschnecke 13) befüllt. Die Innenschnecke fördert eine bestimmte Menge ausgeschweltes heißes Material entgegen der großen Schnecke (Förderschnecke 5) in Richtung Eintrag. Dort sind Öffnungen 20 im Schneckenachsrohr der Kettenschnecke angeordnet, so dass das rückgeführte Material wieder der Kettenschnecke zugeführt wird. Die Innenschnecke arbeitet bevorzugt mit einem separaten Antrieb, um über eine Drehzahlregelung eine geeignete Rückführmenge einzustellen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die gesteuerte Rückführung und durch eine gesteuerte bestimmte Austragsmenge der Füllgrad des Kettenreaktor konstant gehalten werde kann. Damit ist immer die optimale Wärmeübertragung und beste Ausschwelung gegeben.
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Mit dem erfindungsgemäßen Schneckenförderer (Schneckenreaktor) ist somit also eine Materialrückführung ohne thermische Verluste möglich. Die Vermeidung von thermischen Verlusten reduziert die Menge an benötigter Energie und reduziert somit die Betriebskosten.
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Ein weiterer Vorteil der Materialrückführung ist die Tatsache, dass der Kalk/Sand oder andere inerte Materialien zwingend als Wärmeträger, Sorbens und Abbinder benötigt werden. Die Alternative zur Rückführung ist daher nur die kontinuierliche Zugabe neuen Materials. Die Betriebskosten der Anlage würden so aber drastisch steigen.
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5 zeigt eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage 22. Aus einem Schubbodencontainer 23 wird das für die Pyrolysierung vorgesehene Material mittels eines Rohrkettenförderers 24 dem Pyrolysereaktor 25 durch die Beschickungsöffnung 15 zugeführt. Dabei erfolgt die Zudosierung eines Wärmeträgers, z.B. Kalk, der in einem Silo 26 bevorratet wird. Eine Dichtschleuse 27 verhindert bei der Beschickung z.B. ein Einströmen von Sauerstoff in den Innenraum des Pyrolysereaktors 25. Der Pyrolysereaktor 25 ist mittels einer Elektroheizung 28 beheizbar. Der Pyrolysereaktor 25 weist ein Rohr 2 auf, auf, das eine Innenwand 3 aufweist und in dem eine mit einer Schneckenwendel 4 versehene Förderschnecke 5 angeordnet ist. Die Förderschnecke 5, die bevorzugt durch den Getriebemotor 29 mit Kettenantrieb angetrieben wird, weist eine Schneckenachse 9 auf, die als Rohr 10 ausgestaltet ist. In dem Rohr 10, das eine Innenwand 11 aufweist, ist eine mit einer Schneckenwendel 12 versehene Förderschnecke 13, die bevorzugt durch den Getriebemotor 30 angetrieben wird, angeordnet. Diese Förderschnecke 13 ist eine Rückführschnecke für den Wärmeträger, der Schöpfschaufel 18 in das Rohr 10 gelangt. Durch das Gegenstromprinzip kann der Wärmeträger während seiner Rückführung Wärme abgeben. Das im Pyrolysereaktor 25 durch die Pyrolyse entstehende Gas sammelt sich gleichmäßig über der Förderschnecke 5. Der gröbere Staub setzt sich nach unten ab und erreicht die Austragsöffnung 16, um anschließend mittels einer Kühlschnecke 31, die bevorzugt drehzahlgeregelt ist, abgeführt zu werden. Das heiße Gas strömt durchmischt zur anschließenden Aufbereitung über eine Öffnung 32.
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6 zeigt eine weitere schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage 22. Diese weist eine waagerechte Wartungsöffnung 33 auf. Wie in 3 sargestellt, ist in 6 die Beschickungsöffnung 15 an einer Stirnseite 34 des Schneckenförderers 1 angeordnet. Um den Materialvorschub in Richtung der Austrittsöffnung 16 zu unterstützen, weist der Schneckenförderers 1 eine Schrägstellung, die selbstverständlich auch bei der in 5 dargestellten erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage 22 denkbar wäre, auf.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schneckenförderer
- 2
- Rohr
- 3
- Innenwand
- 4
- Schneckenwendel
- 5
- Förderschnecke
- 6
- Befestigungspunkt
- 7
- Kettenglied
- 8
- Kette
- 9
- Schneckenachse
- 10
- Rohr
- 11
- Innenwand
- 12
- Schneckenwendel
- 13
- Förderschnecke
- 14
- Schneckenflügel
- 15
- Beschickungsöffnung
- 16
- Austrittsöffnung
- 17
- Beschickvorrichtung
- 18
- Schöpfschaufel
- 19
- Öffnung
- 20
- Öffnung
- 21
- Sieb
- 22
- Pyrolyseanlage
- 23
- Schubbodencontainer
- 24
- Rohrkettenförderer
- 25
- Pyrolysereaktor
- 26
- Silo
- 27
- Dichtschleuse
- 28
- Elektroheizung
- 29
- Getriebemotor
- 30
- Getriebemotor
- 31
- Kühlschnecke
- 32
- Öffnung
- 33
- Stirnseite
- 34
- Wartungsöffnung
