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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pyrolyseapparatur zum kontinuierlichen Pyrolysieren eines festen organischen Materials durch Erwärmen des Materials, während das Material zum Fließen gebracht wird.
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Bisheriger Stand der Technik
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Wird ein festes organisches Material, während das Material zum Fließen gebracht wird, durch Erwärmen des Materials kontinuierlich pyrolysiert, so kann beispielsweise ein in der Patentliteratur 1 beschriebener Drehrohrofen verwendet werden. Der in der Patentliteratur 1 beschriebene Drehrohrofen ist wie folgt konfiguriert. Im Einzelnen wird ein organisches Material (zu behandelndes Material) einem inneren Zylinder (Ofenkernrohr) zugeführt, und der innere Zylinder wird gedreht. Während das organische Material in dem inneren Zylinder aufgrund der Drehung zum Fließen gebracht wird, wird das organische Material durch Einbringen eines erwärmten Gases in einen äußeren Zylinder (Wärmeofen) erwärmt. Auf diese Weise kann das organische Material kontinuierlich pyrolysiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Messung der Temperatur des organischen Materials mit einem in dem inneren Zylinder bereitgestellten Thermoelement eine Einstellung der Temperatur des erwärmten Gases.
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Literaturliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2000-292068
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Allerdings wird in dem in vorstehend genannter Patentliteratur 1 beschriebenen Drehrohrofen die Temperatur des mit dem Thermoelement in Kontakt stehenden organischen Materials als die Temperatur des gesamten organischen Materials angesehen. Unterscheidet sich die Temperatur des mit dem Thermoelement in Kontakt stehenden organischen Materials stark von der mittleren Temperatur des gesamten organischen Materials, so erfolgt dementsprechend keine Erwärmung des gesamten organischen Materials mit einer erforderlichen und ausreichenden Menge an Wärme, und so ist es möglich, dass das gesamte organische Material nicht mit einer gewünschten Pyrolyserate (Pyrolysegrad) pyrolysiert werden kann.
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Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pyrolyseapparatur bereitzustellen, welche in der Lage ist, das gesamte organische Material mit einer gewünschten Pyrolyserate und mit hoher Präzision zu pyrolysieren.
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Lösung des Problems
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Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, ist eine Pyrolyseapparatur gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass
die Pyrolyseapparatur umfasst:
einen Ofenhauptkörper, in welchem ein festes organisches Material fließt;
Zuführmittel für organisches Material zum Einführen des organischen Materials in den Ofenhauptkörper;
Wärmemittel zum Erwärmen des organischen Materials in dem Ofenhauptkörper;
Abführmittel zum Abführen eines festen Pyrolyseprodukts und eines Pyrolysegases, welche durch Erwärmen und Pyrolyse in dem Ofenhauptkörper entstehen;
Standardgas-Zuführmittel zum Hinzufügen eines ein Edelgas enthaltenden Standardgases zum Pyrolysegas;
Testgas-Herstellmittel zum Abführen eines Testgases, welches durch vollständiges Verbrennen eines Gasgemisches aus dem Pyrolysegas und dem aus den Abführmitteln abgeführten Standardgas mit Luft zur vollständigen Verbrennung gebildet worden ist;
Testgas-Durchflussmengenmessmittel zum Messen einer Durchflussmenge Fi pro Zeiteinheit des aus den Testgas-Herstellmitteln abgeführten Testgases;
Gaskonzentrationsmessmittel zum Messen einer Konzentration Cc an Kohlendioxid und einer Konzentration Cr des Standardgases in dem Testgas;
und
Rechensteuermittel zum
Berechnen einer Durchflussmenge Fr pro Zeiteinheit des Standardgases in dem unter Verwendung der Testgas-Herstellmittel vollständig verbrannten Gasgemisch anhand der nachfolgenden Formel (1) auf Basis der unter Verwendung der Testgas-Durchflussmengenmessmittel gemessenen Durchflussmenge Fi sowie der unter Verwendung der Gaskonzentrationsmessmittel gemessenen Konzentration Cr,
Berechnen einer pro Zeiteinheit erzeugten Menge Wc an Kohlenstoffkomponenten in dem aus den Abführmitteln abgeführten Pyrolysegas anhand der nachfolgenden Formel (2) auf Basis einer Durchflussmenge Fs pro Zeiteinheit des Standardgases, welches dem Pyrolysegas aus den Standardgas-Zuführmitteln zugeführt wird, der anhand der nachfolgenden Formel (1) berechneten Durchflussmenge Fr, der unter Verwendung der Testgas-Durchflussmengenmessmittel gemessenen Durchflussmenge Fi, sowie der unter Verwendung der Gaskonzentrationsmessmittel gemessenen Konzentration Cc,
Berechnen einer Pyrolyserate Dt des aus den Abführmitteln abgeführten Pyrolyseprodukts anhand der nachfolgenden Formel (3) auf Basis eines Gewichts Wo des organischen Materials, welches dem Ofenhauptkörper unter Verwendung der Zuführmittel für organisches Material pro Zeiteinheit zugeführt worden ist, der anhand der nachfolgenden Formel (2) berechneten, erzeugten Menge Wc, sowie einer vorab eingegebenen Konzentration Cg an Kohlenstoffkomponenten in dem organischen Material, und
Kontrollieren der Wärmemittel, um die Pyrolyserate Dt auf eine gewünschte Pyrolyserate Dr einzustellen: Fr = Fi × Cr (1), Wc = {(Fi × Cc)/Fr} × {(Fs/22.4) × 12} (2), und Dt = (Wc/Cg)/Wo (3).
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Eine Pyrolyseapparatur gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist indessen die Pyrolyseapparatur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechensteuermittel die Wärmemittel derart steuern, dass sie die Erwärmungstemperatur des organischen Materials erhöhen, wenn die Pyrolyserate Dt niedriger ist als die Pyrolyserate Dr.
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Eine Pyrolyseapparatur gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist indessen die Pyrolyseapparatur gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechensteuermittel die Wärmemittel derart steuern, dass sie die Erwärmungstemperatur des organischen Materials senken, wenn die Pyrolyserate Dt höher ist als die Pyrolyserate Dr.
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Eine Pyrolyseapparatur gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist indessen die Pyrolyseapparatur gemäß einem des ersten bis dritten Aspekts der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemittel den Ofenhauptkörper von außen erwärmen.
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Eine Pyrolyseapparatur gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist indessen die Pyrolyseapparatur gemäß einem des ersten bis vierten Aspekts der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardgas-Zuführmittel das Standardgas dem Ofenhauptkörper an einer stromaufwärtigen Seite hiervon in Fließrichtung des organischen Materials zuführen.
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Eine Pyrolyseapparatur gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist indessen die Pyrolyseapparatur gemäß einem des ersten bis fünften Aspekts der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem organischen Material um minderwertige Kohle handelt.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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In der Pyrolyseapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung berechnen die Rechensteuermittel die Durchflussmenge Fr anhand der vorstehend beschriebenen Formel (1) auf Basis der Durchflussmenge Fi und der Konzentration Cr, berechnen die Rechensteuermittel anhand der vorstehend beschriebenen Formel (2) die erzeugte Menge Wc auf Basis der Durchflussmengen Fs, Fr und Fi sowie der Konzentration Cc, berechnen die Rechensteuermittel anhand der vorstehend beschriebenen Formel (3) die Pyrolyserate Dt auf Basis des Gewichts Wo, der erzeugten Menge Wc sowie der Konzentration Cg, und steuern die Rechensteuermittel die Wärmemittel, um die Pyrolyserate Dt auf eine gewünschte Pyrolyserate Dr einzustellen. Folglich kann die Menge an Wärme, welche dem organischen Material zugeführt wird, auf Basis der Pyrolyserate (des Pyrolysegrads) des gesamten organischen Materials nach Beendigung der Pyrolyse eingestellt werden. Aus diesem Grund kann, selbst wenn die Temperatur des organischen Materials im Ofenhauptkörper in Abhängigkeit vom Standort stark variiert, eine Erwärmung des gesamten organischen Materials mit einer erforderlichen und ausreichenden Menge an Wärme ohne Einfluss der Schwankung erfolgen. Dementsprechend kann das gesamte organische Material mit einer gewünschten Pyrolyserate Dr und mit hoher Präzision pyrolysiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Hauptausführungsform einer Pyrolyseapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsformen einer Pyrolyseapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung werden auf Basis der Zeichnungen beschrieben; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf die nachfolgenden, auf Basis der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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<Hauptausführungsform>
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Eine Hauptausführungsform einer Pyrolyseapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf Basis von 1 beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist ein innerer Zylinder (Ofenhauptkörper) 112 in einem unbeweglich gelagerten äußeren Zylinder (Mantel) 111 drehbar gelagert. Ein Fußende (auf der linken Seite in 1) des inneren Zylinders 112 ist mit einem Kopfende (auf der rechten Seite in 1) einer Materialeinspeisevorrichtung 113 verbunden, wobei eine Drehung des inneren Zylinders 112 ermöglicht wird. Die Materialeinspeisevorrichtung 113 speist eine getrocknete, minderwertige Kohle (Niederqualitätskohle) 1 wie beispielsweise Lignit oder subbituminöse Kohle, bei welcher es sich um ein festes organisches Material handelt, ein.
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An der Fußendseite (linke Seite in 1) der Materialeinspeisevorrichtung 113 ist ein Zuführtrichter 114 bereitgestellt, in welchen die minderwertige Kohle 1 eingebracht werden kann. An der Fußendseite des inneren Zylinders 112 ist eine Standardgaszuführquelle 115, bei welcher es sich um Standardgas-Zuführmittel zum Zuführen eines Standardgases 4, das ein Edelgas wie beispielsweise Heliumgas, Neongas oder Argongas enthält, handelt, mit dem inneren Zylinder 112 verbunden, wobei dazwischen ein Durchflussmengeneinstellventil 115a bereitgestellt ist.
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An der Kopfendseite (rechte Seite von 1) des inneren Zylinders 112 ist eine Schütte 116 mit dem inneren Zylinder 112 verbunden, wobei eine Drehung des inneren Zylinders 112 ermöglicht wird. Bei der Schütte 116 handelt es sich um Abführmittel zum Herunterfallenlassen und Abführen von pyrolysierter Kohle 2, welche ein durch Pyrolysieren der minderwertigen Kohle 1 erhaltenes festes Pyrolyseprodukt darstellt, sowie zum Abführen von Pyrolysegas 3, welches im Rahmen des Pyrolyseprozesses der minderwertigen Kohle 1 gebildet wird, über einen oberen Bereich der Schütte 116. Der obere Bereich der Schütte 116 ist mit einem Verbrennungsofen 117 verbunden, in welchem das Pyrolysegas 3 verbrannt wird.
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Mit dem Verbrennungsofen 117 ist eine Brennstoffzuführungsquelle 118 zum Zuführen eines Brennstoffs 5, wie beispielsweise Erdgas, in den Verbrennungsofen 117 verbunden, wobei dazwischen ein Durchflussmengeneinstellventil 118a bereitgestellt ist. Zusätzlich ist eine Luftgebläsevorrichtung 119 zum Zuführen von Luft 6 für die Verbrennung in dem Verbrennungsofen 117 mit dem Verbrennungsofen 117 verbunden. Der Verbrennungsofen 117 ist derart konfiguriert, dass Verbrennungsgas 7 durch Verbrennung des Pyrolysegases 3 mit dem Brennstoff 5 und der Luft 6 erzeugt und abgeführt werden kann.
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Ein Auslass für das Verbrennungsgas 7 des Verbrennungsofens 117 ist mit der Innenseite des äußeren Zylinders 111 verbunden. Mit dem äußeren Zylinder 111 ist eine Abluftleitung 111a verbunden, über welche das in den äußeren Zylinder 111 eingespeiste Verbrennungsgas 7 aus dem System ausgestoßen wird.
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Ein Bereich zwischen dem oberen Bereich der Schütte 116 und dem Verbrennungsofen 117 ist mit einer kleinen Brennkammer 120 verbunden, um eine Teilprobe eines aus der Schütte 116 abgeführten Gasgemischs aus dem Pyrolysegas 3 und dem Standardgas 4 zu entnehmen und vollständig zu verbrennen. Mit der Brennkammer 120 ist eine kleine Luftgebläsevorrichtung 121 zum Einspeisen von Luft 8 für eine vollständige Verbrennung verbunden, und die Brennkammer 120 ist derart konfiguriert, dass ein Testgas 9 hergestellt und abgeführt werden kann, in welchem alle Kohlenstoffkomponenten des Gasgemischs durch Verbrennen des entnommenen Gasgemischs zusammen mit Luft 8 aus der Luftgebläsevorrichtung 121 zu Kohlendioxid oxidiert (vollständig verbrannt) werden.
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Ein Gasauslass der Brennkammer 120 ist mit einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131, wie beispielsweise einem Gaschromatographen, verbunden, wobei es sich hier um Gaskonzentrationsmessmittel zum Messen der Konzentrationen von Komponenten wie beispielsweise Kohlendioxid, des Edelgases, und dergleichen in dem aus dem Gasauslass abgeführten Testgas 9 handelt. In der Nähe des Gasauslasses der Brennkammer 120 ist ein Gasdurchflussmessgerät 132 bereitgestellt. Bei dem Gasdurchflussmessgerät 132 handelt es sich um Testgas-Durchflussmengenmessmittel zum Messen der Durchflussmenge des aus dem Gasauslass abgeführten Testgases 9. Ein Bereich zwischen dem Gasdurchflussmessgerät 132 und der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131 kommuniziert mit dem Äußeren des Systems. Die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131 und das Gasdurchflussmessgerät 132 sind elektrisch mit einem Eingabegerät einer Rechensteuervorrichtung 130 verbunden, bei welcher es sich um Rechensteuermittel handelt.
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Ein Ausgabegerät der Rechensteuervorrichtung 130 ist elektrisch mit einem Antriebsmotor 113a der Materialeinspeisevorrichtung 113, dem Durchflussmengeneinstellventil 115a der Standardgaszuführquelle 115, dem Durchflussmengeneinstellventil 118a der Brennstoffzuführquelle 118, sowie den Luftgebläsevorrichtungen 119 und 121 verbunden. Die Rechensteuervorrichtung 130 ist derart konfiguriert, dass die Rechensteuervorrichtung 130 Vorgänge des Antriebsmotors 113a, der Durchflussmengeneinstellventile 115a und 118a, der Luftgebläsevorrichtungen 119 und 121, sowie dergleichen auf Basis von Informationen aus der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131 und dem Gasdurchflussmessgerät 132, vorab eingegebener Informationen, und dergleichen steuern kann (Einzelheiten werden später beschrieben).
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Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die Zuführmittel für organisches Material aus der Materialeinspeisevorrichtung 113, dem Zuführtrichter 114, und dergleichen bestehen, die Wärmemittel aus dem äußeren Zylinder 111, dem Verbrennungsofen 117, der Brennstoffzuführquelle 118, der Luftgebläsevorrichtung 119, und dergleichen bestehen, und die Testgas-Herstellmittel aus der Brennkammer 120, der Luftgebläsevorrichtung 121, und dergleichen bestehen.
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Als nächstes werden Vorgänge einer solchen Pyrolyseapparatur 100 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
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Nach Einbringung der minderwertigen Kohle 1 in den Zuführtrichter 114 werden die Art der minderwertigen Kohle 1, eine gewünschte Pyrolyserate (Pyrolysegrad) Dr der minderwertigen Kohle 1, ein Gewicht Wo der dem inneren Zylinder 112 pro Zeiteinheit zugeführten minderwertigen Kohle 1, sowie eine Durchflussmenge Fs pro Zeiteinheit des dem inneren Zylinder 112 zugeführten Standardgases 4 in die Rechensteuervorrichtung 130 eingegeben, und der innere Zylinder 112 wird gedreht. In diesem Fall steuert die Rechensteuervorrichtung 130 einen Vorgang des Antriebsmotors 113a der Materialeinspeisevorrichtung 113, um die minderwertige Kohle 1 dem inneren Zylinder 112 mit dem eingegebenen Gewicht Wo pro Zeiteinheit zuzuführen, und steuert einen Vorgang des Durchflussmengeneinstellventils 115a der Standardgaszuführquelle 115, um das Standardgas 4 dem inneren Zylinder 112 in der eingegebenen Durchflussmenge Fs pro Zeiteinheit zuzuführen. Darüber hinaus steuert die Rechensteuervorrichtung 130 einen Vorgang der Luftgebläsevorrichtung 121, um der Brennkammer 120 Luft 8 in einer vorgegebenen Durchflussmenge zuzuführen. Andererseits steuert die Rechensteuervorrichtung 130 Vorgänge des Durchflussmengeneinstellventils 118a der Brennstoffzuführquelle 118 sowie der Luftgebläsevorrichtung 119, um den Brennstoff 5 und die Luft 6 in Standarddurchflussmengen für den Beginn des Betriebs der Pyrolyseapparatur 100 bereitzustellen, so dass in dem Verbrennungsofen 117 bei einer Standardtemperatur Verbrennungsgas 7 erzeugt und in den äußeren Zylinder 111 eingespeist wird.
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Aufgrund der Drehung des inneren Zylinders 112 bewegt sich die dem inneren Zylinder 112 zugeführte minderwertige Kohle 1 in fließender Art und Weise von der Fußendseite (linke Seite in 1) zur Kopfendseite (rechte Seite in 1) des inneren Zylinders 112, während sie gerührt wird. Gleichzeitig wird die minderwertige Kohle 1 mittels des in den äußeren Zylinder 112 eingespeisten Verbrennungsgases 7 indirekt über den inneren Zylinder 112 erwärmt und zu pyrolysierter Kohle 2 pyrolysiert, welche sodann in die Schütte 116 abgeführt und über den unteren Bereich der Schütte 116 aus dem System abgeführt wird.
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Man beachte, dass das zur Erwärmung des inneren Zylinders 112 verwendete Verbrennungsgas 7 über die Abluftleitung 111a aus dem System ausgestoßen wird.
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Darüber hinaus wird das durch Erwärmen und Pyrolyse der minderwertigen Kohle 1 erzeugte Pyrolysegas 3 in die Schütte 116 abgeführt, wobei es in dem inneren Zylinder 112 mit dem Standardgas 4, welches dem inneren Zylinder 112 auf einer stromaufwärtigen Seite hiervon in Fließrichtung der minderwertigen Kohle 1 aus der Standardgaszuführquelle 115 zugeführt wird, vermischt wird, um ein Gasgemisch mit dem Standardgas 4 zu bilden. Das Gasgemisch wird über den oberen Bereich der Schütte 116 abgeführt. Während eine Teilprobe des Gasgemischs für die Brennkammer 120 entnommen wird, wird der Rest dem Verbrennungsofen 117 zugeführt und mit dem Brennstoff 5 und der Luft 6 unter Bildung des Verbrennungsgases 7 verbrannt, welches anschließend dem äußeren Zylinder 111 zugeführt wird.
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Das für die Brennkammer 120 entnommene Gasgemisch wird mit der Luft 8 verbrannt, um ein Testgas 9 zu erzeugen, in welchem alle Kohlenstoffkomponenten zu Kohlendioxid oxidiert (vollständig verbrannt) sind. Das Testgas 9 wird aus der Brennkammer 120 abgeführt, und die Durchflussmenge des Testgases 9 wird unter Verwendung des Gasdurchflussmessgeräts 132 gemessen. Anschließend wird eine Teilprobe des Testgases 9 für die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131 entnommen, während der Rest aus dem System ausgestoßen wird.
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Die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131 misst Bestandteilmengen (Konzentrationen) an Kohlendioxid und dem Standardgas 4 (Edelgas) in dem entnommenen Testgas 9, und überträgt die Information an die Rechensteuervorrichtung 130.
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Die Rechensteuervorrichtung 130 berechnet eine Durchflussmengen Fr pro Zeiteinheit des Standardgases 4 (Edelgases) in dem der Brennkammer 120 zugeführten Gasgemisch, d. h. des in der Brennkammer 120 vollständig verbrannten Gasgemischs, anhand der nachfolgenden Formel (1) auf Basis von Informationen aus dem Gasdurchflussmessgerät 132, d. h. einer Durchflussmenge Fi pro Zeiteinheit des aus der Brennkammer 120 abgeführten Testgases 9, und Informationen aus der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131, d. h. einer Bestandteilmenge (Konzentration) Cr des Standardgases 4 (Edelgases) in dem Testgas 9: Fr = Fi × Cr (1).
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Darüber hinaus berechnet die Rechensteuervorrichtung 130 die pro Zeiteinheit erzeugte Menge (Gewicht) Wc an Kohlenstoffkomponenten in dem Pyrolysegas 3 anhand der nachfolgenden Formel (2) auf Basis der zuvor eingegebenen Durchflussmenge Fs pro Zeiteinheit des dem inneren Zylinder 112 zugeführten Standardgases 4 (Edelgases), der Durchflussmenge Fr, der Durchflussmenge Fi, und Informationen aus der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131, d. h. einer Bestandteilmenge (Konzentration) Cc an Kohlendioxid in dem Testgas 9: Wc = {(Fi × Cc)/Fr} × {(Fs/22.4) × 12} (2).
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Anschließend berechnet die Rechensteuervorrichtung 130 die Pyrolyserate (den Pyrolysegrad) Dt der über die Schütte 116 abgeführten pyrolysierten Kohle 2 anhand der nachfolgenden Formel (3) auf Basis des zuvor eingegebenen Gewichts Wo der dem inneren Zylinder 112 pro Zeiteinheit zugeführten minderwertigen Kohle 1, der erzeugten Menge (Gewicht) Wc, und der Bestandteilmenge (Konzentration) Cg an Kohlenstoffkomponenten in der minderwertigen Kohle 1 für die zuvor eingegebene Art der vorab eingegebenen minderwertigen Kohle 1: Dt = (Wc/Cg)/Wo (3).
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Anschließend vergleicht die Rechensteuervorrichtung 130 die Pyrolyserate (den Pyrolysegrad) Dt der pyrolysierten Kohle 2 mit der zuvor eingegebenen, gewünschten Pyrolyserate (Pyrolysegrad) Dr. Nimmt die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dt einen Wert innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers der Pyrolyserate (des Pyrolysegrads) Dr an, so stellt die Rechensteuervorrichtung 130 fest, dass die minderwertige Kohle 1 mit der gewünschten Pyrolyserate (Pyrolysegrad) Dr pyrolysiert worden ist und steuert einen Vorgang des Durchflussmengeneinstellventils 118a der Brennstoffzuführquelle 118 derart, dass der Brennstoff 5 in der vorherrschenden Durchflussmenge eingespeist wird.
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Nimmt die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dt demgegenüber einen Wert an, welcher nicht innerhalb des Bereichs des zulässigen Fehlers der Pyrolyserate (des Pyrolysegrads) Dr liegt und welcher kleiner ist als die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dr (Dt < Dr), so stellt die Rechensteuervorrichtung 130 fest, dass der Verlust (an Gewicht) pro Gewichtseinheit der minderwertigen Kohle 1 im Rahmen der Pyrolyse gering ist, d. h. die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) der pyrolysierten Kohle 2 niedrig ist, und steuert einen Vorgang des Durchflussmengeneinstellventils 118a der Brennstoffzuführquelle 118 derart, dass der Brennstoff 5 in einer Durchflussmenge, welche höher ist als die vorherrschende Durchflussmenge, eingespeist werden kann, um die Temperatur des Verbrennungsgases 7 zu erhöhen.
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Nimmt die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dt indessen einen Wert an, welcher nicht innerhalb des Bereichs des zulässigen Fehlers der Pyrolyserate (des Pyrolysegrads) Dr liegt und welcher größer ist als die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dr (Dt > Dr), so stellt die Rechensteuervorrichtung 130 fest, dass der Verlust (an Gewicht) pro Gewichtseinheit der minderwertigen Kohle 1 im Rahmen der Pyrolyse hoch ist, d. h. dass die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) der pyrolysierten Kohle 2 hoch ist, und steuert einen Vorgang des Durchflussmengeneinstellventil 118a der Brennstoffzuführquelle 118 derart, dass der Brennstoff 5 in einer Durchflussmenge, welche geringer ist als die vorherrschende Durchflussmenge, eingespeist werden kann, um die Temperatur des Verbrennungsgases 7 zu senken.
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Dies ermöglicht es, dass die Pyrolyse mit der pyrolysierten Kohle 2 stets die gewünschte Rate (Grad) Dr aufweist.
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In anderen Worten ist die Pyrolyseapparatur 100 gemäß dieser Ausführungsform wie folgt konfiguriert. Im Einzelnen wird die Konzentration Cc an Kohlendioxid in dem Testgas 9, welches durch Entnehmen und vollständiges Verbrennen einer Teilprobe des Pyrolysegases 3 erhalten wird, das zusammen mit der pyrolysierten Kohle 2 nach Beendigung der Pyrolyse über die Schütte 116 abgeführt wird, nach der Pyrolyse detektiert, und die erzeugte Menge Wc an Kohlenstoffkomponenten in dem Pyrolysegas 3 wird aus der Konzentration Cc des Kohlendioxids berechnet. Folglich wird die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dt der pyrolysierten Kohle 2 auf Basis der Bestandteilmenge (Konzentration) Cg an Kohlenstoffkomponenten in der minderwertigen Kohle 1 für die vorab bestimmte Art der minderwertigen Kohle 1 bestimmt, und die Temperatur des Verbrennungsgases 7 wird angepasst.
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Aus diesem Grund kann in der Pyrolyseapparatur 100 gemäß dieser Ausführungsform die Menge an Wärme, welche der minderwertigen Kohle 1 zugeführt wird, auf Basis der Pyrolyserate (des Pyrolysegrads) der gesamten pyrolysierten Kohle 2 nach Beendigung der Pyrolyse eingestellt werden. Folglich kann, selbst wenn die Temperatur der minderwertigen Kohle 1 in dem inneren Zylinder 112 in Abhängigkeit vom Standort stark variiert, eine Erwärmung der gesamten minderwertigen Kohle 1 mit einer erforderlichen und ausreichenden Menge an Wärme ohne Einfluss der Schwankung erfolgen.
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Dementsprechend ermöglicht die Pyrolyseapparatur 100 gemäß dieser Ausführungsform eine Pyrolyse der gesamten minderwertigen Kohle 1 mit der gewünschten Pyrolyserate Dr und mit hoher Präzision.
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Darüber hinaus wird das Standardgas 4 dem Pyrolysegas 3 zugeführt, und wird die erzeugte Menge an Kohlendioxid auf Basis des Verhältnisses von Kohlendioxid in dem Pyrolysegas 3 zum Standardgas 4 bestimmt. Folglich kann die erzeugte Menge an Kohlendioxid mit höherer Präzision berechnet werden, und kann in diesem Fall die gesamte minderwertige Kohle 1 mit höherer Verlässlichkeit mit der gewünschten Pyrolyserate Dr und mit hoher Präzision pyrolysiert werden als beispielsweise in einem Fall, wo die erzeugte Menge an Kohlendioxid auf Basis der Durchflussmenge des über die Schütte 116 abgeführten Pyrolysegases 3 bestimmt wird.
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Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Falle einer Messung der Durchflussmenge des Pyrolysegases 3 durch Bereitstellen eines Durchflussmessgeräts oder dergleichen zwischen der Schütte 116 und der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 131 Teerkomponenten und dergleichen, welche in dem Pyrolysegas 3 enthalten sind, an das Durchflussmessgerät oder dergleichen haften, so dass es sich als schwierig erweist, die Durchflussmenge des Pyrolysegases 3 exakt zu messen.
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Darüber hinaus kann die gesamte minderwertige Kohle 1, selbst wenn eine außerordentlich kleine Menge an Sauerstoffgas, Wasserstoffgas oder dergleichen von außen in den inneren Zylinder 112 eindringt und die minderwertige Kohle 1 in einer der Menge des Gases entsprechenden Menge verbrannt werden und verloren gehen sollte, mit einer gewünschten Pyrolyserate Dr pyrolysiert werden, womit die Ausbeute der pyrolysierten Kohle 2 stabilisiert werden kann.
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Darüber hinaus üben, selbst wenn H2O oder dergleichen von außen in den inneren Zylinder 112 eindringt, das H2O oder dergleichen keinerlei Einfluss auf die Berechnung der erzeugten Menge Wc an Kohlenstoffkomponenten in dem Pyrolysegas 3 aus. Folglich kann die Pyrolyserate (der Pyrolysegrad) Dt der pyrolysierten Kohle 2 stabil bestimmt werden, ohne von der Menge an Wasser in dem inneren Zylinder 112 beeinflusst zu werden.
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Man beachte, dass in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Standardgaszuführquelle 115 auf der Fußendseite des inneren Zylinders 112, d. h. auf der stromaufwärtigen Seite in Fließrichtung der minderwertigen Kohle 1, verbunden ist, um das Standardgas 4 dem inneren Zylinder 112 zuzuführen. Alternativ ist es in einer anderen Ausführungsform beispielsweise auch möglich, die Standardgaszuführquelle 115 an einem Standort zwischen der Schütte 116 und der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 113 zu verbinden, und das Standardgas 4 dem Pyrolysegas 3 zuzuführen.
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Darüber hinaus wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Fall einer Pyrolyseapparatur 100 vom Drehrohrofentyp beschrieben, in welchem der innere Zylinder 112 drehbar in dem unbeweglich gelagerten äußeren Zylinder 111 gelagert ist. Alternativ ist es in einer anderen Ausführungsform beispielsweise auch möglich, eine Pyrolyseapparatur vom Fördertyp zu verwenden, in welcher ein äußerer Bereich eines inneren Zylinders (Ofenhauptkörper) mit einem äußeren Zylinder (Mantel) bedeckt ist, und ein Drahtgurtförderer oder dergleichen in dem inneren Zylinder angeordnet ist.
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Darüber hinaus wird die Pyrolyse in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durch Erwärmen der minderwertigen Kohle 1 in dem inneren Zylinder 112 mit dem Verbrennungsgas 7 durchgeführt. Alternativ ist es in einer anderen Ausführungsform beispielsweise auch möglich, die minderwertige Kohle 1 in dem inneren Zylinder 112 durch Erwärmen des inneren Zylinders 112 mit einer elektrischen Heizvorrichtung oder dergleichen zu pyrolysieren.
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Allerdings ist es stark bevorzugt, die Pyrolyse wie im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durch Erwärmen der minderwertigen Kohle 1 in dem inneren Zylinder 112 mit dem Verbrennungsgas 7 durchzuführen, da das bei der Pyrolyse der minderwertigen Kohle 1 erzeugte Pyrolysegas 3 im Hinblick auf eine effektive Nutzung als Rohmaterial des Verbrennungsgases 7 verwendet werden kann.
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Darüber hinaus wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Verbrennungsgas 7 in den äußeren Zylinder 111 eingespeist, und wird die Pyrolyse durch indirektes Erwärmen der minderwertigen Kohle 1 über den inneren Zylinder 112 durchgeführt. Alternativ ist es in einer anderen Ausführungsform beispielsweise auch möglich, das Standardgas 4 durch Hindurchführen des Verbrennungsgases 7 durch einen Wärmetauscher und zusätzliches Hindurchführen des Standardgases 7 durch den Wärmetauscher zu erwärmen, das erwärmte Standardgas 4 dem inneren Zylinder 112 zuzuführen, und die Pyrolyse durch direktes Erwärmen der minderwertigen Kohle 1 durchzuführen.
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Allerdings ist es nicht besonders bevorzugt, das Standardgas 4 zu erwärmen, das erwärmte Standardgas 4 dem inneren Zylinder 112 zuzuführen, und die Pyrolyse durch direktes Erwärmen der minderwertigen Kohle 1 durchzuführen, da eine große Menge an Standardgas 4 verwendet werden muss, womit sich die Kosten erhöhen.
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Darüber hinaus wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Fall beschrieben, in welchen die minderwertige Kohle 1 durch Erwärmen pyrolysiert wird. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt; die vorliegende Erfindung kann auf gleiche Art und Weise wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf jeden anderen Fall angewendet werden, solange ein festes organisches Material durch Erwärmen pyrolysiert wird, wobei die gleichen Vorgänge und Effekte wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzielt werden können.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wird die Pyrolyseapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise auf einen Fall angewendet, in welchem eine minderwertige Kohle (Niederqualitätskohle), wie beispielsweise Lignit oder subbituminöse Kohle, pyrolysiert wird, so kann die gesamte minderwertige Kohle mit einer gewünschten Pyrolyserate und mit hoher Präzision pyrolysiert werden. Folglich kann die Pyrolyseapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung in außerordentlich vorteilhafter Weise industriell verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- minderwertige Kohle (Niederqualitätskohle)
- 2
- pyrolysierte Kohle
- 3
- Pyrolysegas
- 4
- Standardgas
- 5
- Brennstoff
- 6
- Luft
- 7
- Verbrennungsgas
- 8
- Luft
- 9
- Testgas
- 100
- Pyrolyseapparatur
- 111
- äußerer Zylinder
- 112
- innerer Zylinder
- 113
- Materialeinspeisevorrichtung
- 113a
- Antriebsmotor
- 114
- Zuführtrichter
- 115
- Standardgaszuführquelle
- 115a
- Durchflussmengeneinstellventil
- 116
- Schütte
- 117
- Verbrennungsofen
- 118
- Brennstoffzuführquelle
- 118a
- Durchflussmengeneinstellventil
- 119
- Luftgebläsevorrichtung
- 120
- Brennkammer
- 121
- Luftgebläsevorrichtung
- 130
- Rechensteuervorrichtung
- 131
- Gaskonzentrationsmessvorrichtung
- 132
- Gasdurchflussmessgerät
