DE202009002781U1

DE202009002781U1 - Reaktor zur thermischen Behandlung eines Einsatzstoffs

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Publication number: DE202009002781U1
Application number: DE202009002781U
Authority: DE
Original assignee: KBI INTERNAT Ltd; KBI INTERNATIONAL Ltd
Current assignee: KBI INTERNAT Ltd; KBI INTERNATIONAL Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2019-02-28
Also published as: WO2010097286A3; WO2010097286A2

Abstract

Reaktor zur thermischen Behandlung eines Einsatzstoffes (1) zur Gewinnung eines Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoff beinhaltenden Gases (19) mit
– Mitteln (4; 34) zur Ausbildung einer Schüttung des Einsatzstoffes,
– Mitteln (10, 15; 31, 32, 40) zur Erhitzung des Einsatzstoffes in der Schüttung auf eine Temperatur, die innerhalb der gesamten Schüttung unterhalb der Schmelztemperatur des Einsatzstoffes liegt, sodass ein organischer Anteil des Einsatzstoffes in ein erstes Gas vergast wird,
– Mitteln (21) zur Abkühlung des Einsatzstoffes mit Hilfe von Wasser nach der Vergasung des organischen Anteils, sodass durch die Abkühlung des Einsatzstoffes Wasserdampf erzeugt wird und der Wasserdampf in einer Wassergasreaktion endotherm zu einem zweiten Gas reagiert,
– Mitteln (18) zur Abführung des zweiten Gases (19) aus dem Reaktor,
wobei das erste Gas eine oder mehrere kohlenstoffhaltige Verbindungen beinhaltet und wobei das zweite Gas Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoff beinhaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Behandlung eines Einsatzstoffs.
Aus dem Stand der Technik sind zur thermischen Abfallbehandlung verschiedene Vergasungsverfahren, wie zum Beispiel Pyrolyse- und Thermolyseverfahren sowie entsprechende Reaktoren bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 100 07 115 C2 ein Schachtreaktor bekannt, bei dem auf die sonst übliche Kreislaufgasführung verzichtet wird. Durch den Verzicht auf eine Kreislaufgasführung soll die Kondensation von Pyrolyseprodukten und die Entstehung unerwünschter Ablagerungen vermieden werden.
Aus der DE 10 2004 010 407 ist ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen bekannt, der bei einem Druck, der über dem Atmosphärendruck liegt, betrieben wird. Aufgrund des erhöhten Drucks verläuft die Vergasung vollständiger, schneller und mit erhöhter Effizienz.
Aus der DE 10 2004 016 993 ist ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung bekannt, bei dem neben Siedlungsabfällen zum Beispiel Erdöl- und Raffinerieabfälle über einen separaten Zuführkanal zu einer Reaktorzone zugeführt werden können.
Aus der DE 2004 020 919 ist ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen bekannt, bei dem Eindüsungsmittel zur Eindüsung von Sauerstoff an dem Reaktorbehälter angeordnet sind, wobei die Eindüsung in mehreren, übereinander angeordneten Ebenen entlang des Stoffstroms durch den Reaktor erfolgt. Hierdurch kommt es innerhalb des Reaktors zur Ausbildung eines zusammenhängenden Bereichs für die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zur thermischen Behandlung eines Einsatzstoffes zu schaffen, welches insbesondere für die Behandlung von Einsatzstoffen mit geringem organischem Anteil geeignet ist.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei Ausführungsformen der Erfindung ist der Reaktor so ausgebildet, dass die Erhitzung des Einsatzstoffs in der Schüttung auf eine Temperatur erfolgt, die innerhalb der gesamten Schüttung unterhalb der Schmelztemperatur des Einsatzstoffes liegt.
Vorzugsweise wird der Reaktor so geregelt, dass die Erhitzung des Einsatzstoffs nur bis auf maximal die Erweichungstemperatur des Einsatzstoffs erfolgt. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Erhitzung des Einsatzstoffs so erfolgt, dass dessen Temperatur im Inneren der Schüttung größer ist als an den Rändern der Schüttung, sodass also die Erweichungstemperatur nur im Inneren der Schüttung, nicht aber an den Rändern der Schüttung, erreicht wird. Durch die Ausgasung der organischen Anteile der Einsatzstoffe entsteht ein erstes Gas, welches ein oder mehrere kohlenstoffhaltige Verbindungen beinhaltet.
Der Reaktor hat Mittel zur Abkühlung des Einsatzstoffs mit Hilfe von Wasser, nachdem der organische Anteil des Einsatzstoffs vergast worden ist. Durch die Abkühlung des Einsatzstoffes mit Hilfe des Wassers wird Wasserdampf erzeugt. Der Wasserdampf reagiert beispielsweise mit dem durch die Vergasung erzeugten ersten Gas in einer Wassergasreaktion endotherm, sodass Wasserstoff erzeugt wird. Weiterhin kann der Wasserdampf mit fixem Kohlenstoff in einer heterogenen Wassergasreaktion endotherm reagieren. Der fixe Kohlenstoff kann in noch nicht aus dem Einsatzstoff ausgegastem organischen Material beinhaltet sein oder als Ruß in der Schüttung vorliegen. Das resultierende zweite Gas, welches Wasserstoff beinhaltet, wird dann aus dem Reaktor abgeführt. Das zweite Gas kann ferner kohlenstoffhaltige Verbindungen beinhalten, wie z. B. Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und/oder andere kohlenstoffhaltige Verbindungen (C_xH_y), sowie Wasserdampf und Stickstoff.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors sind besonders vorteilhaft, da nur wenig Energie zugeführt werden muss, um die Erhitzung des Einsatzstoffs auf die gewünschte relativ geringe Temperatur zu bewirken. Andererseits geht die thermische Energie des Einsatzstoffs, die der Einsatzstoff nach der Vergasung hat, nicht verloren, sondern wird aufgrund der Abkühlung mit dem Wasser, durch welche Wasserdampf erzeugt wird, und der daraus resultierenden oben beschriebenen Wassergasreaktion chemisch gebunden.
Dies ermöglicht eine wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Behandlung von Einsatzstoffen, die nur einen geringen organischen Anteil aufweisen, insbesondere die Behandlung von Einsatzstoffen mit einem hohen mineralischen Anteil, insbesondere von Einsatzstoffen mit einem mineralischen Anteil von über 50 Masseprozent, insbesondere einem mineralischen Anteil von über 90 Masseprozent, vorzugsweise einem mineralischen Anteil von über 60 Masseprozent. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Behandlung von Einsatzstoffen, die einen organischen Anteil von weniger als 40 Masseprozent haben. Der Anteil von Kohlenstoff an dem Einsatzstoff kann z. B. zwischen 2 Masseprozent und 30 Masseprozent liegen. Insbesondere können kohlenwasserstoffhaltige Einsatzstoffe verarbeitet werden, die einen geringen Brennwert haben. Beispielsweise kann der Brennwert zwischen 500 kJ/kg und 12000 kJ/kg des Einsatzstoffes liegen.
Ganz besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die thermische Behandlung von coal gangue, welche beispielsweise beim Abbau von Kohle anfällt. Coal gangue besteht im Wesentlichen aus mineralischen Bestandteilen, wie zum Beispiel SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO und MgO, und kann einem Kohleanteil von unter 10%, insbesondere ca. 5% aufweisen.
Ganz besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die thermische Behandlung von coal stone. Bei coal stone handelt es sich um ein Material, dass beim Kohleabbau in der Randzone der Kohleflöße anfällt.
Coal gangue und coal stone mit einem geringen Kohleanteil von zum Beispiel unter 10% eignet sich nicht für die Verfeuerung in Kohlekraftwerken, sodass solche Coal gangue und coal stone bislang auf Deponien abgelagert werden musste. Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen insbesondere solche Coal gangue und coal stone, die sich nicht für die Verfeuerung in Kohlekraftwerken eignet, einer wirtschaftlich und ökologisch sinnvollen Verwertung zuzuführen, indem die organischen Bestandteile des Coal gangue bzw. des coal stone vergast werden. Die verbleibenden mineralischen Bestandteile des Coal gangue und des coal stone können zum Beispiel als Baumaterial, zur Zement- oder Glasherstellung verwendet werden.
Das aufgrund der Vergasung und der anschließenden Wassergasreaktion resultierende Wasserstoff haltige Gas kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, wie zum Beispiel für industrielle Anwendungen oder für ein Heizkraftwerk. Insbesondere kann das resultierende Gas auch einem nachgeschalteten Reaktor zugeführt werden, insbesondere einem weiteren Reaktor zur thermischen Behandlung von Einsatzstoffen mit einem höheren organischen Anteil, wie er beispielsweise aus den DE 100 07 115 C2 , DE 10 2004 020 919 , DE 10 2004 016 993 und DE 10 2004 010 407 bekannt ist. Dieser weitere Reaktor wird bei einer höheren Temperatur betrieben um z. B. aus Siedlungsabfällen auch deren metallische und mineralische Bestandteile zurückzugewinnen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die Mittel zur Ausbildung der Schüttung einen schachtförmigen, im Wesentlichen gasdicht gegenüber der Umgebung geschlossenen Behälter und eine im Wesentlichen gasdichte Vorrichtung zur Zuführung des Einsatzstoffs in den Behälter. Durch die im Wesentlichen gasdichte Ausführung des Behälters und die Zuführung des Einsatzstoffs über die im Wesentlichen gasdichte Zuführungsvorrichtung baut sich in dem Behälter während des Betriebs ein Gasdruck auf, der oberhalb des Atmosphärendrucks liegt.
Die im Wesentlichen gasdichte Isolation des Behälters gegenüber der Umgebung hat einerseits den Vorteil der besseren Umweltverträglichkeit, da kein oder wenig Gase aus dem Reaktorbehälter in die Umgebung entweichen können. Andererseits lässt sich aufgrund des erhöhten Gasdrucks der Wirkungsgrad des Reaktors erhöhen, da die thermische Behandlung der Einsatzstoffe bei dem erhöhten Druck intensiver und damit vollständiger erfolgen kann.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass sich aufgrund des erhöhten Gasdrucks in dem Reaktor die Gaskonzentration und die Verweilzeit der gasförmigen Zwischenprodukte in dem Reaktor erhöht. Insbesondere werden die Poren der Einsatzstoffe aufgrund des erhöhten Gasdrucks besser von den im Reaktorbehälter befindlichen Gasen durchdrungen, sodass die entsprechenden Reaktionen intensiver und vollständiger ablaufen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Reaktor um einen Schachtreaktor, wobei der Schacht oben geschlossen ist. Die Zuführung von Einsatzstoffen zu dem Behälter des Schachtreaktors erfolgt also nicht wie im Stand der Technik üblich durch Einkippen der Einsatzstoffe in eine Schachtöffnung, sondern über die gasdichte Vorrichtung. Die gasdichte Vorrichtung kann beispielsweise am oberen Ende des Schachts seitlich angeordnet sein, um die Einsatzstoffe in den Schacht einzubringen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die gasdichte Vorrichtung zur Zuführung der Einsatzstoffe für eine diskontinuierliche Zuführung der Einsatzstoffe ausgebildet. Beispielsweise hat die Vorrichtung hierfür ein Schleusensystem. Zur Einbringung einer Charge Einsatzstoff wird eine äußere Schleusentür geöffnet, um die Charge Einsatzstoff in einen Schleusenraum einzubringen. Danach wird die äußere Schleusentür geschlossen und eine innere Schleusentür geöffnet, sodass die Charge Einsatzstoffe aus dem Schleusenraum in den Schacht fallen kann. Die innere und die äußere Schleusentür sind dabei im Wesentlichen gasdicht, sodass der erhöhte Gasdruck in dem Behälter bei der Zuführung einer Charge von Einsatzstoff im Wesentlichen aufrechterhalten werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen zur kontinuierlichen Zuführung der Einsatzstoffe ausgebildet. Beispielsweise hat die Vorrichtung hierzu eine Stopfeinrichtung, insbesondere eine Stopfschnecke.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen als hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Stößel ausgebildet. In diesem Fall werden die Einsatzstoffe durch einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder in den Schacht des Reaktors befördert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist oben an dem Schacht des Reaktors eine Überdruckklappe, ein Überdruckventil oder eine andere Sicherheitseinrichtung angeordnet, um Druck aus dem Reaktorbehälter abzulassen, wenn der Druck einen Sicherheitsschwellwert überschreitet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an oder in dem Behälter des Reaktors ein oder mehrere Gasdrucksensoren angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest ein Gasdrucksensor im Schachtbereich des Reaktors angeordnet. Mit dem Gasdrucksensor wird der Gasdruck gemessen, der sich dort in dem Behälter aufbaut. Der entsprechende Gasdruckmesswert wird in eine Regelungsvorrichtung eingegeben, um den Gasdruck innerhalb eines erlaubten Arbeitsbereichs zu regeln.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktor so ausgebildet, dass die Schüttung an ihrem oberen Ende mit einem heißen Gas beaufschlagt wird. Das heiße Gas stammt von einem Zündbrenner, der zumindest in der Anfahrphase des Reaktors mit Fremdgas betrieben wird, und zwar bei einer konstanten Brennerleistung. Der Zündbrenner wird überstöchiometrisch betrieben, d. h. das heiße Gas beinhaltet einen Sauerstoffüberschuss, die sogenannte Primärluft. Durch das heiße Gas des Zündbrenners wird die Oberfläche des Einsatzstoffs in dem oberen Bereich der Schüttung erhitzt, sodass die Oberfläche des Einsatzstoffs anfängt zu brennen. Durch die Erhitzung der Oberfläche des Einsatzstoffs erhitzt sich auch das Innere des Einsatzstoffs, sodass die im Inneren des Einsatzstoffs befindlichen organischen Bestandteile, beispielsweise also die Kohle, vergast wird und aus dem Einsatzstoff in den Reaktor austritt. Das aufgrund der Vergasung der Kohle resultierende erste Gas wird teilweise in dem Reaktor verbrannt, sodass die gesamte Schüttung des Einsatzstoffs erhitzt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor Mittel zur Beaufschlagung des Behälters mit Sperrluft, und zwar im Bereich einer Zuführung der Einsatzstoffe. Bei der Sperrluft handelt es sich um die sogenannte Sekundärluft. Durch die Beaufschlagung des Behälters mit der Sperrluft im Bereich der Zuführung der Einsatzstoffe wird verhindert, dass oben aus dem Reaktor Gas ausströmen kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor Mittel zur Zuführung von Sauerstoff zu der Schüttung. Insbesondere können über die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff ein sauerstoffhaltiges Gas oder Luft, d. h. der sogenannten Tertiärluft, der Schüttung zugeführt werden. Die Zuführung des Sauerstoffs, d. h. insbesondere der Tertiärluft, zu der Schüttung wird mit Hilfe von Regelungsmitteln des Reaktors geregelt, sodass der Einsatzstoff in der Schüttung nicht die gewünschte Temperatur überschreitet.
Über die Zuführung der Tertiärluft kann also der Reaktorbetrieb geregelt werden. Je mehr Tertiärluft zugeführt wird, desto größer ist nämlich der Anteil der vergasten organischen Bestandteile, welcher in dem Reaktor oxidiert wird, und desto höher wird die Temperatur in der Schüttung. Die Zuführung von Sauerstoff wird also vorzugsweise so geregelt, dass einerseits die sich aufgrund der teilweisen Verbrennung des aus dem Einsatzstoff ausgegasten Gases einstellende Temperatur hinreichend hoch ist, sodass eine möglichst vollständige Vergasung stattfindet, und andererseits ein nur möglichst geringer Anteil des aus den Einsatzstoffen ausgegasten Gases in dem Reaktor verbrannt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Rohgas aus dem Reaktor abgeführt. Die Ist-Temperatur des Rohgases wird mit einem Temperatursensor gemessen. Diese Ist-Temperatur wird dann von den Regelungsmitteln, d. h. beispielsweise einem Steuerungsgerät, mit einer gespeicherten Soll-Temperatur verglichen. Basierend auf der Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur wird die Zuführung der Tertiärluft geregelt. Durch geeignete Wahl der Soll-Temperatur des Rohgases wird dabei gleichzeitig sichergestellt, dass sich der Einsatzstoff in der Schüttung nicht bis zu seiner Schmelztemperatur, vorzugsweise höchstens bis zu seiner Erweichungstemperatur, erhitzt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff so ausgebildet, dass der Sauerstoff in das Innere der Schüttung einströmt. Der Sauerstoff kann z. B. in Form von Luft zugeführt werden oder als mit Sauerstoff angereicherter Luft. Beispielsweise beinhalten die Mittel zur Zuführung hierzu einen Kanal, der in die Schüttung hineinragt, und über den der Sauerstoff in das Innere der Schüttung einströmen kann. Die Zuführung des Sauerstoffs über das Innere der Schüttung hat insbesondere den Vorteil, dass sich ein Temperaturgradient vom inneren der Schüttung zu den Randbereichen der Schüttung einstellt. Der Einsatzstoff erreicht daher im Inneren der Schüttung eine höhere Temperatur, insbesondere seine Erweichungstemperatur, als in den Randbereichen der Schüttung, wo die Er weichungstemperatur vorzugsweise nicht ganz erreicht wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass Anhaftungen des Einsatzstoffes an der Behälterwandung des Reaktors vermieden werden können. Vorzugsweise wird die Erweichungstemperatur nirgendwo in der Schüttung erreicht, um so das Entstehen von Verbackungen des Einsatzstoffs im inneren der Schüttung zu vermeiden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor einen Gassammelraum für das resultierende Rohgas und einen Auslass zur Abführung des Rohgases aus dem Gassammelraum. Die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff sind vorzugsweise so ausgebildet, dass die Einströmung des Sauerstoffs zumindest teilweise in Richtung auf den Gassammelraum erfolgt. Dies hat einerseits den Vorteil, dass durch die Ausrichtung des Sauerstoffstroms in Richtung auf den Gassammelraum die Abführung des Rohgases über den Auslass des Gassammelraums unterstützt wird. Andererseits hat dies den Vorteil, dass durch die Strömungsrichtung des Sauerstoffs quer zu der Richtung des Stoffstroms der Einsatzstoffe in der Schüttung die Poren in der Schüttung geöffnet werden, was eine Verbesserung der Durchgasung und eine Vermeidung der Bildung von Strähnen in der Schüttung zur Folge hat.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff Gleifflächen, die schräg zu der Richtung des Stoffstroms der Einsatzstoffe in der Schüttung ausgerichtet sind, wobei der Sauerstoff aus den Gleifflächen ausströmt. Hierzu haben die Gleifflächen über deren Oberfläche verteilt angeordnete Austrittsöffnungen für den Sauerstoff. Beispielsweise bilden die Gleitflächen einen keilförmigen Winkel, durch den der Stofffluss in der Schüttung in zwei Hälften aufgeteilt wird. Diese Aufteilung des Stoffflusses kann die Austragung der Einsatzstoffe nach der Vergasung erleichtern.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor Mittel zur Austragung des Einsatzstoffs aus der Schüttung, nachdem die Vergasung stattgefunden hat. Die Mittel zur Austragung des ausgegasten Einsatzstoffs können ein oder mehrere Rostvorrichtungen aufweisen, insbesondere einen Schubrost. Der Schubrost kann gekühlt ausgeführt werden, um Anbackungen und Brückenbildungen an dem Schubrost zu vermeiden. Geeignete Rostvorrichtungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel aus DE 199 06 262 A1 .
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor ein Wasserbad zur Abkühlung des Einsatzstoffs nach der Vergasung seiner organischen Anteile. Das Wasserbad kann so ausgebildet sein, dass die Schüttung in dem Wasserbad stehen kann. Das Wasserbad kann auch zum Beispiel neben der Schüttung angeordnet sein, wobei durch Austragungsmittel der Einsatzstoff aus dem Herdbereich des Reaktors zu dem Wasserbad gefördert wird. Bei diesen Austragungsmitteln kann es sich zum Beispiel um einen Stößel, Schubboden, Rost, ein Räumkreuz oder andere mechanische Austragungsmittel handeln, die zum Beispiel hydraulisch und/oder elektrisch angetrieben werden können.
Durch die Abkühlung des Einsatzstoffs in dem Wasserbad entsteht Wasserdampf, der in dem Behälter des Reaktors aufsteigt und mit dem dort vorhandenen aus der Vergasung und teilweisen Verbrennung der organischen Anteile der Einsatzstoffe resultierenden Gas in einer homogenen Wassergasreaktion endotherm reagiert, sodass Wasserstoff entsteht. Bei der homogenen Wassergasreaktion werden nämlich das verdampfte Wasser und Kohlenmonoxid in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. Zusätzlich kann auch eine heterogene Wassergasreaktion erfolgen und zwar wenn der Wasserdampf auf in der Schüttung des Einsatzsoffs vorhandenen nicht vergasten Kohlenstoff trifft. Bei der heterogenen Wassergasreaktion werden nämlich Kohlenstoff mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umsetzt.
Diese Art der Nutzung der in dem ausgegasten Einsatzstoff vorhandenen thermischen Energie hat mehrere Vorteile: Einerseits wird hierdurch die in den Einsatzstoffen thermisch gespeicherte Energie chemisch verbunden, was die Energiebilanz insgesamt sehr günstig gestaltet. Andererseits wird die Wertigkeit des resultierenden Rohgases wesentlich erhöht, da Wasserstoff erzeugt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich in dem Wasserbad ein Austragsförderer, der den Einsatzstoff nach dessen Abkühlung in dem Wasserbad aus dem Wasserbad herausbefördert. Der Einsatzstoff kann dann einer weiteren Verwertung zugeführt werden, wie zum Beispiel als Baumaterial, für die Zementherstellung oder für andere Zwecke.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktorschacht nach oben verjüngend ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Gängigkeit der Schüttung in dem Reaktorschacht verbessert wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktor mit einem weiteren Reaktor verbunden, wobei das Rohgas von dem Gassammelraum des Reaktors in den weiteren Reaktor strömt. Hierzu kann der Reaktor so geregelt werden, dass der Druck des Rohgases höher ist als der Druck in dem nachgeschalteten, weiteren Reaktor, sodass das Rohgas aufgrund des Druckunterschiedes in den weiteren Reaktor hinüberströmt.
Bei dem weiteren Reaktor kann es sich ebenfalls um einen Reaktor zur thermischen Behandlung von Einsatzstoffen handeln, wobei in dem weiteren Reaktor Einsatzstoffe mit einem höheren organischen Anteil behandelt werden, wie zum Beispiel übliche Siedlungsabfälle. In dem weiteren Reaktor findet dabei eine so starke Erhitzung statt, dass auch metallische und mineralische Bestandteile dieser Einsatzstoffe in dem weiteren Reaktor schmelzen, um diese einer Wiederverwertung zuführen zu können. Für die hierfür erforderliche Erhitzung der Einsatzstoffe in dem weiteren Reaktor kann das Rohgas aus dem vorgeschalteten erfindungsgemäßen Reaktor ganz oder teilweise verbrannt werden.
Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors,
2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors,
3 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors.
Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen, die einander entsprechen, sind jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, der hier als Schachtreaktor ausgebildet ist. Am oberen Ende des Schachtreaktors ist eine Vorrichtung 4 zur Zuführung von Einsatzstoff 1 angeordnet. Bei dem Einsatzstoff 1 handelt es sich um einen Feststoff, insbesondere um einen Feststoff mit einem hohen mineralischen Anteil von mindestens 50% und einem geringen organischen Anteil von höchstens 40%. Insbesondere kann es sich bei dem Einsatzstoff 1 um Coal gangue handeln.
Die Vorrichtung 4 ist bei dieser Ausführungsform seitlich an dem Schacht des Schachtreaktors angeordnet. Die Vorrichtung 4 kann für eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Zuführung des Einsatzstoffs 1 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung 4 eine Schleuse zur Zuführung des Einsatzstoffs 1 in den Schachtreaktor aufweisen. Die Vorrichtung 4 kann als Stopfeinrichtung mit einer Stopfschnecke ausgebildet sein.
Der Vorrichtung 4 kann eine Vorrichtung 2 zur Aufbereitung und/oder Lagerung des Einsatzstoffs 1 vorgeschaltet sein. Bei einer entsprechenden Eignung des Einsatzstoffs 1 kann dieser der Vorrichtung 4 auch ohne die vorgeschaltete Vorrichtung 2 unmittelbar zugeführt werden. Die Vorrichtung 4 hat einen Bereich 3, der mit Sperrluft, d. h. Sekundärluft, beaufschlagt wird. Die Sperrluft strömt durch die Vorrichtung 4 in den Schachtreaktor ein, um zu vermeiden, dass aus dem Schachtreaktor in dem Bereich der Vorrichtung 4 Gas in die Umgebung ausströmen kann.
Der über die Vorrichtung 4 in den Schachtreaktor eingebrachte Einsatzstoff 1 bildet in dem Schachtreaktor eine Schüttung aus. Für die thermische Behandlung des Einsatzstoffs 1 in der Schüttung muss die Schüttung aufgeheizt werden. Hierzu sind ein oder mehrere Zündbrenner 10 seitlich an dem Schachtreaktor angeordnet. Durch den Zündbrenner 10 wird die Schüttung des Einsatzstoffs 1 in dem Schachtreaktor mit einem heißen Gas beaufschlagt. Das heiße Gas beinhaltet Sauerstoff, d. h. die sogenannte Primärluft. Hierzu wird der Zündbrenner 10 überstöchiometrisch betrieben, sodass das von dem Zündbrenner 10 erzeugte heiße Gas einen Sauerstoffüberschuss beinhaltet. Der Zündbrenner 10 kann auch mit Sauerstoff oder Sauerstoffanreicherung betrieben werden. Durch den Zündbrenner 10 wird insbesondere beim Anfahren des Schachtreaktors Fremdgas verbrannt; nach dem Anfahren kann der Zündbrenner 10 anstatt mit Fremdgas durch einen geringen Anteil des von dem Schachtreaktor erzeugten Rohgas 19 betrieben werden.
Durch das von dem Zündbrenner 10 erzeugte heiße Gas wird die Oberfläche des Einsatzstoffs 1 im Bereich eines oberen Abschnitts der Schüttung, insbesondere im Bereich des Schüttungskegels, erhitzt, sodass die Oberfläche des dort befindlichen Einsatzstoffs 1 anfängt zu brennen. Durch die Erhitzung der Oberfläche des Einsatzstoffs 1 erhitzt sich auch das Innere des Einsatzstoffs 1, sodass die im Inneren des Einsatzstoffs 1 befindlichen organischen Bestandteile vergast werden und aus dem Einsatzstoff 1 in den Reaktor bzw. die Poren der Schüttung austreten.
Dem Zündbrenner 10 kann eine Brennkammer 9 als separater Brennraum vorgelagert sein. Dieser separate Brennraum kann entfallen, wenn im Inneren des Schachtreaktors ausreichend Platz zum Ausbrand des von dem Zündbrenner 10 erzeugten Brenngases ist. Oberhalb der Schüttung befindet sich in dem Schachtreaktor ein Raum 11. Dieser Raum 11 ist unmittelbar im Einwirkbereich des Zündbrenners 10 angeordnet. In dem Raum 11 erfolgt die Verbrennung eines Teils des Gases, welches durch die Vergasung aus dem Einsatzstoff 1 austritt.
Der Schachtreaktor hat einen Regler 40, der die Zuführung des Einsatzstoffs 1 über die Vorrichtung 4 so regelt, dass die Schüttung des Einsatzstoffs 1 in dem Schachtreaktor möglichst eine Sollhöhe h0 aufweist, wobei die Sollhöhe h0 so gewählt ist, dass sich der Raum 11 oberhalb der Schüttung ausbildet.
Die Schüttung hat einen oberen Bereich 12, der sich in etwa in der Mitte des Schachtreaktors ausbildet. In diesem oberen Bereich 12 der Schüttung befinden sich Entgasungs- und Verbrennungsprodukte, die verbleibenden inerten Bestandteile des Einsatzstoffs 1 sowie die Verbrennungsprodukte des Zündbrenners 10, d. h. Wasserdampf, Kohlendioxid und die inerten Bestandteile, d. h. Stickstoff.
Der Schachtreaktor hat einen Reaktormantel 13, der in dem Bereich 12 ausgemauert sein kann. Der Reaktormantel 13 kann insbesondere in dem Bereich 12 gekühlt, insbesondere indirekt gekühlt sein.
Unterhalb des Bereichs 12 hat die Schüttung einen Bereich 14. In Höhe des Bereichs 14 ist eine Vorrichtung 15 zur Zuführung von Sauerstoff, d. h. der sogenannten Tertiärluft, angeordnet. Die Vorrichtung 15 kann ein oder mehrere Mischdüsen aufweisen, aus der die Tertiärluft in den Bereich 14 der Schüttung austritt. Die Tertiärluft kann sauerstoffangereichert und/oder mit Wasserdampf zugeführt werden. Die Zuführung der Tertiärluft über die Vorrichtung 15 wird von dem Regler 40 geregelt.
Unterhalb des Bereichs 14 hat die Schüttung einen Bereich 16. In dem Bereich 16 ist der Einsatzstoff 1 vollständig oder fast vollständig entgast und enthält keine oder fast keine Kohlenwasserstoffe mehr; geringe Mengen von fixem Kohlenstoff können aber in dem Einsatzstoff noch enthalten sein.
An den Bereich 16 der Schüttung grenzt unmittelbar ein Gassammelraum 18 an. In dem Gassammelraum 18 wird das aus dem Bereich 16 der Schüttung austretende Rohgas 19 gesammelt. Das Rohgas tritt aus dem Gassammelraum 18 nach oben, oder wie in der 1 gezeigt, seitlich an ein oder mehreren Austrittsstellen aus dem Schachtreaktor aus.
Das Rohgas 19 enthält beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf, Schwefeldioxid, höhere Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff sowie Staub. Das Rohgas hat eine Temperatur, die von einem Temperatursensor in dem Gassammelraum oder an den Austrittsstellen des Schachtreaktors gemessen wird, und die von dem Regler 40 zur Regelung der Zuführung von Tertiärluft über die Vor richtung 15 bzw. die Vorrichtung 31, 32 (vgl. die Ausführungsform der 3) verwendet wird. Die Temperatur des Rohgases 19 kann zum Beispiel im Bereich zwischen 600°C bis 850°C liegen.
Unterhalb des Bereichs 16 hat die Schüttung einen Bereich 17 am Austrag im Herdbereich des Schachtreaktors. Der Schachtreaktor hat in seinem Herdbereich eine Wandung 20. Die Wandung kann ausgemauert sein. Insbesondere kann die Wandung direkt oder indirekt gekühlt sein.
Der Schachtreaktor hat ferner ein Wasserbad 21. In der Ausführungsform der 1 ist das Wasserbad 21 so ausgebildet, dass die Schüttung in dem Wasserbad 21 steht. Dadurch wird der Einsatzstoff 1 in dem Bereich der Schüttung, die in dem Wasserbad 21 steht, gekühlt, sodass Wasserdampf nach oben in die Schüttung von dem Bereich 17 aufsteigt.
Das Wasserbad 21 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es die Funktion eines Wasserschlosses zur gasdichten Abdichtung des Schachtreaktors nach unten hin hat. Das Wasserbad 21 ist hierzu so ausgebildet, dass die Wasseroberfläche des Wasserbads im Bereich der Schüttung eine Höhe h1, außerhalb der Schüttung eine Höhe h2 und in einem Kanalabschnitt, in dem ein Austragungsförderer 22 angeordnet ist, eine Höhe h3 aufweist. Die Höhen h1 und h2 können dabei ungefähr gleich sein, wohingegen die Höhe h3 wesentlich geringer ist als die Höhen h1 und h2, sodass kein Gas aus dem Schachtreaktor nach unten austreten kann. Wenn der Schachtreaktor bei einem Druck betrieben wird, der über dem Atmosphärendruck liegt, so ist dementsprechend h2 großer als h1.
Durch den Austragungsförderer 22 wird das Produkt 23, d. h. der entgaste Einsatzstoff 1, von dem unteren Bereich der Schüttung, die in dem Wasserbad 21 steht, wegbefördert und dem Schachtreaktor entnommen. Das Produkt 23 kann dann erforderlichenfalls nach einer Entfeuchtung oder Trocknung einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
Durch die Abkühlung des entgasten Einsatzstoffes 1, d. h. des Produkts 23, in dem Wasserbad 21, wird thermische Energie durch Wärmeübertragung und Verdampfen von Wasser rückgewonnen. Der in die Schüttung aufsteigende Wasserdampf kann dabei in einer heterogenen Wassergasreaktion mit eventuell in dem Einsatzstoff 1 noch vorhandenem fixem Kohlenstoff endotherm reagieren und/oder in einer homogenen Wassergasreaktion mit dem Kohlendioxid, welches in dem durch die Vergasung entstehenden kohlestoffhaltigen Gas und/oder dem Rohgas 19 vorhanden ist, sodass Wasserstoff entsteht. Das Rohgas 19 kann auf diese Art und Weise ferner mit Wasserdampf angereichert werden, um einen nachgeschalteten Prozess, der beispielsweise in einem nachgeschalteten Reaktor abläuft, zu beeinflussen.
In der Ausführungsform der 3 ist der Schachtreaktor nach oben geschlossen. Allerdings kann sich an dem Reaktorkopf 5 des Schachtreaktors eine Überdruckklappe mit einem dahinter angeordneten Kanal 6 zu einer Notbrennkammer befinden. Die Überdruckklappe wird geöffnet, wenn der Gasdruck in dem Schachtreaktor oberhalb eines erlaubten Schwellwerts liegt. Das dann aus dem Schachtreaktor durch den Kanal 6 in die Notbrennkammer austretende Gas wird in der Notbrennkammer abgefackelt.
In dem Reaktorkopf 5 befindet sich ein freier Raum 7, durch den hindurch der über die Vorrichtung 4 zugeführte Einsatzstoff 1 hindurch auf die Schüttung fallen kann. Der Mantel 8 des Reaktorkopfes kann ausgemauert sein. An dem Mantel 8 kann ein Drucksensor 42 angeordnet sein, um den Gasdruck im Inneren des Schachtreaktors zu messen. Der Drucksensor 42 kann ein Drucksignal an den Regler 40 abgeben, der ein Signal zur Öffnung der Überdruckklappe abgibt, sobald der von dem Drucksensor 42 sensierte Druck einen Schwellwert überschreitet.
In dem Reaktorkopf kann ferner ein Füllstandssensor 41 angeordnet sein, der die Ist-Höhe h0 der Schüttung in dem Schachtreaktor misst. Bei dem Füllstandssensor 41 kann es sich zum Beispiel um ein Abstandsradar handeln. Der Füllstandssensor 41 gibt ein Füllstandssignal an den Regler 40 ab, der die Vorrichtung 4 dementsprechend ansteuert, damit die Sollhöhe h0 der Schüttung erreicht wird.
Beim Betrieb des Schachtreaktors wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: In den Schachtreaktor wird über die Vorrichtung 4 eine Schüttung des Einsatzstoffs 1 der Sollhöhe h0 eingebracht. Durch den Zündbrenner wird der Bereich 11 und der Bereich 12 der Schüttung mit heißem Gas und Sauerstoff beaufschlagt, sodass der Einsatzstoff 1 in dem Bereich 12 erhitzt wird. Durch die Erhitzung der Oberfläche des Einsatzstoffs 1 in dem Bereich 12 erhitzt sich auch das Innere des Einsatzstoffs 1, sodass die im Inneren des Einsatzstoffs 1 befindlichen organischen Bestandteile ausgast.
Ein Teil dieses aus dem Einsatzstoff 1 ausgegasten Gases wird mit Hilfe der über den Zündbrenner 10 zugeführten Primärluft verbrannt, sodass es zu einer weiteren Erhitzung der Einsatzstoffe 1 in der Schüttsäule kommt, d. h. insbesondere auch des Bereichs 14, sodass aufgrund der Erhitzung des dort befindlichen Einsatzstoffs 1 dieser ebenfalls ausgast. Über die Zuführung der Tertiärluft mit Hilfe der Vorrichtung 15 wird von dem Regler 40 der Reaktorbetrieb geregelt, da durch die Tertiärluftzuführung der Anteil des aus dem Einsatzstoff 1 ausgegasten Gases, welcher verbrannt wird, und damit zu einer weiteren Temperaturerhöhung beiträgt, bestimmt wird.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schachtreaktors. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 ist hier die Vorrichtung 4 für eine diskontinuierliche, chargenweise Zuführung des Einsatzstoffs 1 ausgebildet. Der Zündbrenner 10 ist hier schräg nach unten geneigt in Richtung auf den Schüttkegel der Schüttung ausgerichtet, sodass die Brennkammer 9 weitgehend entfallen kann.
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 steht hier die Schüttung nicht in dem Wasserbad 21, sondern das Wasserbad 21 ist seitlich unterhalb der Schüttung angeordnet. Eine Austragungsvorrichtung 24 ist seitlich neben der Schüttung angeordnet. Diese kann als Stößel, Schubboden, Rost, Räumkreuz oder als eine andere mechanische Austragshilfe ausgebildet sein und hydraulisch und/oder elektrisch angetrieben werden. Durch die Austragungsvorrichtung 24 wird das Pro dukt 23 aus dem unteren Ende der Schüttung ausgetragen, sodass das Produkt 23 in das Wasserbad 21 fällt. Über dem Wasserbad 21 kann sich dann eine Schüttung 26 des Produkts 23 bilden. Das Produkt 23 fällt dann also von dem unteren Ende der Schüttung des Einsatzstoffes 1, d. h. dem Herdbereich des Reaktors, durch den Raum 25 auf die Schüttung 26.
Aufgrund der Abkühlung des Produkts 23 in dem Wasserbad 21 entsteht Wasserdampf. Zumindest ein Anteil 29 dieses Wasserdampfs steigt durch den Herdbereich des Reaktors in die Schüttung des Einsatzstoffs 1 auf, sodass dort heterogene und/oder homogene Wassergasreaktionen stattfinden können. Über eine Absperr- oder Reglerarmatur 27, die oberhalb des Wasserbads 21 angeordnet ist, kann ein Anteil 28 des durch die Abkühlung des Produkts 23 in dem Wasserbad 21 entstehenden Wasserdampfes abgeleitet werden, sodass der Anteil 29 entsprechend reduziert wird. Der Anteil 28 des Wasserdampfes kann einer Nutzung durch den Schachtreaktor selbst zugeführt werden. Der Anteil 28 kann zum Beispiel über den Zündbrenner 10 oder die Vorrichtung 15 in den Schachtreaktor rückgeführt werden. Alternativ kann der Anteil 28 einer anderen externen Verwendung zugeführt werden.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schachtreaktors. Wie bei der Ausführungsform der 2 so ist auch hier die Vorrichtung 4 gasdicht ausgebildet, und zwar für eine chargenweise Zuführung des Einsatzstoffs 1 in die Schüttung. Die Vorrichtung 4 hat hier einen Gichtverschluss 34 für die chargenweise Zuführung des Einsatzstoffs 1 durch alternierendes Heben und Senken der Verschlussglocken des Gichtverschlusses 34. Entsprechende Gichtverschlüsse sind an sich zur Anwendung für Hochöfen bekannt. An den Gichtverschluss 34 ist eine Vorrichtung 35 für die Zuführung von Sperrluft in den Schleusenraum des Gichtverschlusses 34 angeordnet. Die Sperrluft verhindert den Austritt von Gichtgasen in die Umgebung und ein Teil der Sperrluft gelangt als Sekundärluft in den Schachtreaktor.
Die Regelung des Füllstands der Schüttung in dem Schachtreaktor ist hier diskret ausgebildet, d. h. es wird von dem Füllstandssensor 41 zum Beispiel mechanisch oder optisch sensiert, ob die Schüttung die Höhe h0 erreicht hat oder nicht.
Das Wasserbad 21 ist in der 3 nicht dargestellt. Es kann bei der Ausführungsform des Schachtreaktors gemäß 3 so wie bei der Ausführungsform gemäß 1 ausgebildet sein, d. h. die Schüttung steht in dem Wasserbad 21, oder so wie das Wasserbad 21 in der Ausführungsform der 2. Auch hier gelangt also das Produkt 23 aus der Schüttung in das Wasserbad 21 und zumindest ein Anteil des Wasserdampfes steigt von dem Wasserbad 21 in die Schüttung des Einsatzstoffs 1 auf.
Bei der Ausführungsform des Schachtreaktors gemäß 3 wird die Tertiärluft in das Innere der Schüttung in den Bereich 16 eingeleitet. Hierzu dient ein Kanal 31, der in das Innere des Schachtreaktors hinein verläuft und in dem Bereich 16 in etwa auf der Längsachse des Schachtreaktors endet. An dem Kanal 31 können Gleitflächen 43 und 44 angeordnet sein, die jeweils schräg zu einer Richtung 45 des Stoffstroms durch den Schachtreaktor stehen.
Die Gleitflächen 43 und 44 können einen spitzen Winkel bilden, der den Stoffstrom in zwei Bereiche aufteilt, wie in der 3 dargestellt. Die Gleitflächen 43 und 44 können einen keilförmigen Körper bilden, über dessen Umfang verteilt im Bereich der Gleitflächen 43 und 44 Öffnungen angeordnet sind, durch welche die Tertiärluft in das Innere der Schüttung strömen kann. In diesen Körper mündet der Kanal 31, sodass die Tertiärluft von dem Kanal 31 in den Körper einströmt und über die Öffnungen in den Gleitflächen 43 und 44 in das Innere der Schüttung ausströmt.
Der durch die Gleitflächen 43 und 44 gebildete Körper kann einen Vorsprung 32 aufweisen, der ebenfalls Öffnungen zum Austritt der Tertiärluft quer zu der Richtung 45 oder entgegen der Richtung 45 in die Schüttung aufweisen kann. Durch den Vorsprung 32 wird die Teilung der Schüttung, die in dem Bereich 14 beginnt, begünstigt. Am Ende des Vorsprungs 32 kann eine Verschleißkante 33, die beispielsweise als Rundung ausgebildet ist, angeordnet sein. Die Verschleißkante 33 kann mit dem Vorsprung 32 lösbar verbunden sein, um die Verschleißkante 33, beispielsweise anlässlich einer Revision des Schachtreaktors, leicht austauschen zu können.
Vorzugsweise ist der Winkel, mit dem die Gleitflächen 43 und 44 aufeinander stehen, so ausgebildet, dass zumindest ein Teil der Tertiärluft, die aus den Gleitflächen 43 und 44 ausströmt, auf den Gassammelraum 18 ausgerichtet ist. Hierdurch wird die Förderung des Rohgases 19 in Richtung auf den Gassammelraum 18 und aus dem Schachtreaktor hinaus begünstigt.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Einströmung des Sauerstoffs in das Innere der Schüttung, und zwar quer zu der Richtung 45 des Stoffstroms, ist, dass hierdurch die Poren in der Schüttung geöffnet werden und die Durchgasung verbessert wird. Hierdurch wird insbesondere einer Strähnenbildung entgegengewirkt. Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass sich aufgrund der Zuführung der Tertiärluft in das Innere der Schüttung dort eine höhere Sauerstoffkonzentration einstellt, sodass dort ein größerer Anteil des durch die Vergasung entstehenden Gases bzw. des Rohgases 19 verbrannt wird. Es stellt sich daher ein Temperaturgradient von dem Inneren der Schüttung zu den Randbereichen der Schüttung ein. Vorzugsweise wird die Zuführung der Tertiärluft dabei so geregelt, dass der Einsatzstoff 1 in der Schüttung nur im Inneren der Schüttung seine Erweichungstemperatur erreicht, nicht aber in den Randbereichen der Schüttung, sodass Anhaftungen des Einsatzstoffs 1 an den Wandungen des Schachtreaktors vermieden werden.
In dem Bereich 17 der Schüttung sind unterhalb des Kanals 31 links und rechts jeweils ein Schubrost 30 angeordnet. Die Schubroste 30 dienen als Austraghilfe zum Austrag des Produkts 23 aus der Schüttung in das Wasserbad 21 (vgl. 1 und 2). Die Schubroste 30 dienen insbesondere zur Vermeidung von Anbackungen und Brückenbildungen. Die Schubroste 30 können gekühlt ausgeführt werden. Durch die Ansteuerung der Schubroste 30 kann der Austrag des Produktes 23 und damit der Durchsatz des Schachtreaktors gesteuert werden.
Vorzugsweise hat der Schachtreaktor einen kreisförmigen Querschnitt. Im Bereich der Schubroste 30 hat der Schachtreaktor jedoch vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Der Vorsprung 32 ist dann besonders vorteilhaft, um die Schüttung in dem Bereich des Übergangs von dem runden auf den rechteckigen Querschnitt des Schachtreaktors zu teilen.
Der Regler 40 ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise so ausgebildet, dass die Zuführung von Sekundärluft abgeschaltet wird, wenn über den Gichtverschluss 34 eine Charge des Einsatzstoffs 1 in die Schüttung eingebracht wird. Hierdurch wird vermieden, dass bei Öffnung der unteren Glocke des Gichtverschluss 34 unkontrolliert Sekundärluft in das Innere des Schachtreaktors einströmt.

1: Einsatzstoff
2: Vorrichtung
3: Bereich
4: Vorrichtung
5: Reaktorkopf
6: Kanal
7: Raum
8: Mantel
9: Brennkammer
10: Zündbrenner
11: Raum
12: Bereich
13: Reaktormantel
14: Bereich
15: Vorrichtung
16: Bereich
17: Bereich
18: Gassammelraum
19: Rohgas
20: Wandung
21: Wasserbad
22: Austragsförderer
23: Produkt
24: Austragungsvorrichtung
25: Raum
26: Schüttung
27: Absperr- oder Reglerarmaturen
28: Anteil
29: Anteil
30: Schubrost
31: Kanal
32: Vorsprung
33: Verschleißkante
34: Gichtverschluss
35: Vorrichtung
40: Regler
41: Füllstandssensor
42: Drucksensor
43: Gleitfläche
44: Gleitfläche
45: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10007115 C2 [0002, 0016]
- DE 102004010407 [0003, 0016]
- DE 102004016993 [0004, 0016]
- DE 2004020919 [0005]
- DE 102004020919 [0016]
- DE 19906262 A1 [0034]

Claims

Reaktor zur thermischen Behandlung eines Einsatzstoffes (1) zur Gewinnung eines Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoff beinhaltenden Gases (19) mit – Mitteln (4; 34) zur Ausbildung einer Schüttung des Einsatzstoffes, – Mitteln (10, 15; 31, 32, 40) zur Erhitzung des Einsatzstoffes in der Schüttung auf eine Temperatur, die innerhalb der gesamten Schüttung unterhalb der Schmelztemperatur des Einsatzstoffes liegt, sodass ein organischer Anteil des Einsatzstoffes in ein erstes Gas vergast wird, – Mitteln (21) zur Abkühlung des Einsatzstoffes mit Hilfe von Wasser nach der Vergasung des organischen Anteils, sodass durch die Abkühlung des Einsatzstoffes Wasserdampf erzeugt wird und der Wasserdampf in einer Wassergasreaktion endotherm zu einem zweiten Gas reagiert, – Mitteln (18) zur Abführung des zweiten Gases (19) aus dem Reaktor, wobei das erste Gas eine oder mehrere kohlenstoffhaltige Verbindungen beinhaltet und wobei das zweite Gas Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoff beinhaltet.
Reaktor nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Ausbildung der Schüttung einen schachtförmigen, im Wesentlichen gasdicht gegenüber der Umgebung geschlossenen Behälter aufweisen und mit einer im Wesentlichen gasdichten Vorrichtung zur Zuführung des Einsatzstoffes in den Behälter.
Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel zur Erhitzung des Einsatzstoffs zumindest einen Brenner (10) aufweisen, der für einen überstöchiometrischen Betrieb ausgebildet ist.
Reaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit Mitteln (35) zur Beaufschlagung des Behälters mit Sperrluft im Bereich einer Zuführung des Einsatzstoffs.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zur Zuführung von Sauerstoff (15; 31, 32, 43, 44) zu der Schüttung und mit Regelungsmitteln (40) zur Regelung der Zuführung von Sauerstoff, sodass der Einsatzstoff in der Schüttung nicht die Schmelztemperatur erreicht.
Reaktor nach Anspruch 5, wobei die Regelungsmittel so ausgebildet sind, dass der Einsatzstoff in der Schüttung höchstens seine Erweichungstemperatur erreicht.
Reaktor nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Regelungsmittel so ausgebildet sind, dass sich in dem Reaktor ein Druck einstellt, der oberhalb des Atmosphärendrucks liegt.
Reaktor nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Regelungsmittel so ausgebildet sind, dass sich in dem Reaktor ein Druck einstellt, der oberhalb des Drucks in einem nachgeschalteten weiteren Reaktor liegt, in den das Wasserstoff beinhaltende Gas hinüber strömt.
Reaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff so ausgebildet sind, dass der Sauerstoff in das Innere der Schüttung eingeströmt wird.
Reaktor nach Anspruch 9, mit einem Gassammelraum (18) für das Wasserstoff beinhaltende Gas und mit einem Auslass zur Abführung des Gases aus dem Gassammelraum, wobei die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff so ausgebildet sind, dass die Einströmung des Sauerstoffs in die Schüttung zumindest teilweise in Richtung auf den Gassammelraum erfolgt.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10, wobei die Mittel zur Zuführung von Sauerstoff zumindest eine Gleitfläche (43, 44) aufweisen, die schräg zu einer Richtung (45) des Stoffstroms des Einsatzstoffs in der Schüttung steht, wobei zumindest ein Teil des Sauerstoffs aus der Gleitfläche in die Schüttung ausströmen kann.
Reaktor nach Anspruch 11, wobei die Mittel zur Zuführung zumindest zwei der Gleitflächen aufweisen, die in einem zentralen Bereich des Reaktors angeordnet sind.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln (30) zur Austragung des Einsatzstoffs nach der Vergasung aus der Schüttung und/oder zur Steuerung oder Regelung des Durchsatzes des Reaktors.
Reaktor nach Anspruch 13, wobei die Mittel zur Austragung des Einsatzstoffs einen Schubrost (30) aufweisen, der schräg zu der Richtung (45) angeordnet ist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Abkühlung ein Wasserbad (21) aufweisen.
Reaktor nach Anspruch 15, wobei das Wasserbad dazu ausgebildet ist, dass die Schüttung in dem Wasserbad steht.
Reaktor nach Anspruch 15 oder 16, mit einem Austragsförderer (22) zur Förderung des Einsatzstoffs aus dem Wasserbad nach der Abkühlung.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15, 16 oder 17, wobei das Wasserbad zur gasdichten Abdichtung des Reaktors ausgebildet ist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wassergasreaktion als homogene Wassergasreaktion und/oder als heterogene Wassergasreaktion im Inneren des Behälters abläuft.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Behälter zur Aufnahme der Schüttung, wobei der Behälter schachtförmig ausgebildet ist und sich nach oben verjüngt.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reaktor mit einem weiteren Reaktor zur thermischen Behandlung weiterer Einsatzstoffe so verbunden ist, dass das Wasserstoff beinhaltende Gas (19) von dem Reaktor in den weiteren Reaktor überströmt.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel (10, 15; 31, 32, 40) zur Erhitzung des Einsatzstoffes in der Schüttung so ausgebildet sind, dass die Temperatur innerhalb der gesamten Schüttung unterhalb der Erweichungstemperatur des Einsatzstoffes liegt.