DE2442122A1

DE2442122A1 - Pyrolyse-behaelter

Info

Publication number: DE2442122A1
Application number: DE2442122A
Authority: DE
Inventors: Edward Douglas; Terence Walsh
Original assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Current assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1975-03-13
Also published as: IT1020732B; US3962045A; JPS5915953B2; FR2243405B1; JPS5076868A; FR2243405A1; DE2442122C2; GB1485760A; HK70079A

Description

Pyrolyse-Behälter 2 44 2 i

Die Erfindung betrifft die Pyrolyse von Haushalts- oder anderen Abfallmaterialien. Unter Pyrolyse versteht man die Erhitzung derartiger Materialien in Abwesenheit einer nennenswerten Luftmenge oder Menge eines anderen oxidierenden Mittels, bei der die Abfälle chemisch in annehmbarere gasförmige, flüssige oder feste Produkte umgewandelt werden. Im Prinzip ist die Erfindung anwendbar auf einen weiten Bereich von brennbaren Abfällen einschließlich insbesondere Küchenabfällen, anderen Haushaltsabfallen, Klärschlamm, Kunststoff und Gummi.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Behälter für die Pyrolyse eines Materials mit einem Einlaß für Rohmaterial in einer Wand und einem Auslaß für pyrolysebehandeltes Materials in der gegenüberliegenden Wand des Behälters sowie einem Einlaß für heißes Pyrolysegas in einer Wand und einem Auslaß für das eingeleitete Pyrolysegas in der gegenüberliegenden Wand des Behälters.

Pyrolyse ist als Verfahren bekannt und ist für viele Anwendungszwecke vorgeschlagen worden. Viele derartige Verwendungen haben jedoch den Nachteil, daß die zu behandelnden Materialien eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dies führt entweder zu niedrigen Behandlungsgeschwindigkeiten oder zu der Notwendigkeit eines hohen Wärmeaufwands, bei dem die Kosten für herkömmliche Brennstoffe erheblich sind. Bei allen bekannten Pyrolyseverfahren, für die es viele Beispiele gibt, werden beispielsweise die Materialien behandelt durch Erhitzung eines geeigneten Gases, das sodann durch den Behälter im Gegenstrom zu dem Rohmaterial hindurchgeht. Dieses Verfahren ist in gewissem Umfang erfolgreich gewesen. Bei einer derartigen Vorrichtung sind jedoch verhältnismäßig hohe Gasgeschwindigkeiten und ein beträchtlicher Überdruck erforderlich, mit dessen Hilfe ausreichende Gasmengen durch das Material hindurchgedrückt werden.

Der erfindungsgemäße Behälter ist dadurch gekennzeichnet _r daß die jeweiligen Einlasse und Auslässe in den Wänden des Pyrolyse-

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Behälters derart angeordnet sind, daß sich die Bahnen des Materials und des Pyrolysegases zwischen den zugeordneten Einlassen und Auslässen innerhalb des Pyrolyse-Behälters etwa senkrecht kreuzen.

Die Erfindung liefert damit eine neue Form eines Pyrolyse-Behälters und dessen Verwendung zum Pyrolysebehandeln von Abfällen durch Vermischung mit heißen Gasen in einer neuartigen Weise. Ein derartiger Behälter kann eine längliche Form mit einem Einlaß für Rohmaterialien an einem Ende und einem Auslaß für pyrolysebehandeltes Material am anderen Ende sowie einem Einlaß für Pyrolysegas in einer langen Wand und einem Auslaß für das Gas in der gegenüberliegenden Wand sein, so daß das Abfallmaterial und das Gas entlang einander schneidenden Bahnen geführt werden, die etwa in rechten Winkeln zueinander liegen und sich innerhalb des Behälters schneiden.

Der Behälter kann einen schmalen, rechtwinkeligen Querschnitt haben, wobei Roste in den breiteren Seiten des rechtwinkeligen Querschnitts liegen. Er kann ebenfalls derart ausgebildet sein, daß das Abfallmaterial senkrecht hindurchfällt, während das Gas waagerecht strömt, und das Einlaßende des Behälters kann mit einem Trichter für Rohmaterialien über einen Gasverschluß, beispielsweise ein Doppelklappensystem, verbunden sein, und er kann ähnliche oder andere geeignete Einrichtungen zum Ausschließen von Luft oder anderen oxidierenden Gasen am Auslaßende aufweisen.

Der Gasauslaß und -einlaß kann derart angeordnet sein, daß wenigstens ein Teil des gasförmigen Pyrolyseprodukts, das aus dem Behälter durch den Auslaß austritt, erhitzt und zu dem Einlaß zurückgeführt wird und sodann die Pyrolyse eines nachfolgenden Teils des Materials bewirkt.

Die Roste an dem Gaseinlaß und -auslaß können beweglich sein und die Bewegung des Abfalls unterstützen, indem sie beispiels-

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weise an der Oberseite angelenkt und schräggestellt sind und somit eine divergierende Kammer bilden, oder sie können an Exzentern befestigt und durch diese bewegbar sein, so daß ein zwangsweiser Vorschub des Abfalls durch den Raum zwischen den Rosten entsteht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbexspiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Strömungsdiagramm einer Pyrolyseanlage mit dem Pyrolysebehälter in schematischem, senkrechtem Schnitt;

Fig. 2 zeigt den Pyrolysebehälter in einer Ansicht entsprechend dem Pfeil II in Fig. 1.

Mit 1 ist der Pyrolyse-Behälter bezeichnet, und die Bezugsziffern 2, 3 und 4 kennzeichnen Pfeile,die den Dimensionen des Behälters, das heißt der Tiefe, Breite und Höhe entsprechen. Die Flansche 5 verbinden die Oberseite des Behälters mit dem Rohr 6, das seinerseits mit einem Trichter 7 verbunden ist. Rohmaterialien für die Pyrolyse werden in den Trichter eingefüllt und erreichen den Behälter 1 durch das Rohr 6 und Ventilklappen 8 und 9, die sicherstellen, daß nur ein Minimum an Luft oder anderen oxidierenden Gasen in den Behälter durch den Trichter und das Rohr eintritt.

Der Behälter 1 hat auf der gesamten Höhe einen rechtwinkeligen Querschnitt und umfaßt einen oberen Abschnitt 10, dessen Tiefenabmessung von oben nach unten zunimmt, einen mittleren Ofenabschnitt 11 konstanter Tiefe, in dem die Pyrolysebehandlung erfolgt, und einen offenendigen unteren Abschnitt 12 mit konstanter Tiefe. Der mittlere Ofenabschnitt 11 weist einen Einlaß 13 und einen Auslaß 14 auf, die in waagerechter Richtung miteinander ausgerichtet sind und jeweils mit einem Flansch versehen sind, die mit entsprechenden Flanschen angrenzender Teile in Verbindung stehen, wie später erläutert werden soll.

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Innerhalb des Ofenabschnitts 11 hängt ein Einlaßrost 16 frei an einer waagerechten Schwenkachse 17. Das Einlaßrost wird durch eine Anschlagstange 18 gehindert, frei in eine stärker senkrechte Stellung zu schwingen, als sie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein ähnliches Auslaßrost 19 schwingt frei an einer Schwenkachse 20 und ist mit einer Siebstange 21 verbunden. Druckfühler 21a befinden sich an dem Ofenabschnitt 11 in Stellungen, die eine Bestimmung des Gasdruckes unmittelbar stromaufwärts des Einlaßrosts 16 und stromabwärts des Auslaßrosts gestatten. Beim Betrieb der Anlage gelangen die Rohmaterialien durch die Ventilklappe 8 in den Trichter 7, sodann durch die Ventilklappe 9 in das Rohr 6 und anschließend durch den oberen Abschnitt 10 in den Raum zwischen den Rosten 16 und 19 in dem mittleren Ofenabschnitt 11. Dort werden sie pyrolysebehandelt, indem sie einem Strom heißen Gases ausgesetzt werden, der in den Ofenabschnitt 11 durch den Einlaß 13 eintritt und durch den Auslaß 14 aus diesem austritt. Die festen Produkte der Pyrolyse verlassen den Pyrolysebehälter 1 durch den offenen Boden des unteren Abschnitts 12. Auf diese Weise bewegen sich die Materialien und das Gas durch den Pyrolysebehälter entlang sich schneidenden Bahnen, die in rechten Winkeln zueinander verlaufen, wobei sich jede Bahn zwischen einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, der in den Wänden des Behälters ausgebildet ist. Das Material bewegt sich entlang einer abwärtsgerichteten, senkrechten Bahn zwischen der Einlaß-Ventilklappe 9 und dem Auslaß, der durch den offenen Boden des unteren Abschnitts 12 auf der gegenüberliegenden Seite des Pyrolysebehälters gebildet wird. Das Gas strömt entlang einer waagerechten Bahn zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14, die einander gegenüber in Teilen der Wand des Behälters liegen, die den gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen Querschnitts entsprechen.

Der Plansch 15 an dem Einlaß 13 ist mit einem entsprechenden Flansch eines luftdichten, trichterförmigen Endes 22 eines gewundenen Gasrohres 23 verbunden, das durch einen Wärmetauscher 24 hindurchführt, der durch einen Brenner 25 beheizt wird und

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einen oberen Auslaß 26 für die Verbrennungsprodukte des Brenners aufweist.

Bei einer alternativen Konstruktion können diese Verbrennungsprodukte beispielsweise zum Trocknen der eintretenden Rohmaterialien verwendet werden. Der offene Boden des unteren Abschnitts 12 ist mit einem Schraubenförderer 27 verbunden. Dieser steht mit einem Behälter 28 für die erhitzten oder verkohlten Produkte in Verbindung. Der Flansch 15 des Auslasses 14 ist mit einem entsprechenden Flansch eines luftdichten Trichters 29 verbunden, der einen Schwerkraft-Auslaß 30 aufweist, durch den abgelagerter Staub zu dem Schraubenförderer 27 gelangen kann, sowie einen Gasauslaß 31, durch den die gasförmigen Pyrolyseprodukte zu einer Rohrverzweigung 32 gelangen. Von hier aus gelangt eine Fraktion des gasförmigen Produktes durch ein Rohr 33 zu einem Heißgas-Gebläse 34 und von dort durch wärmeisolierte Rohre 35 in den Einlaß 36 des Gasrohres 2 3 innerhalb des Wärmetauschers 24. Die Gase, die von der Rohrverzweigung aus durch das zweite Rohr 37 strömen, gelangen durch ein Ventil 38 zu einem Kondensator oder Speicher 39. Das kondensierte Gas innerhalb des Speichers 39 kann üblicherweise einen Wärmewert von 3115 bis 4450 kcal/m (350 - 500 Btu/cu.ft.) bei der Erzeugung durch Pyrolyse von Haushaltsabfällen aufweisen und abgezogen werden durch einen mit einem Ventil versehenen Auslaß 40 und anschließend außerhalb des Pyrolyseprozesses verwendet werden. Es kann ebenfalls durch das Ventil 41 abgelassen und dem Brenner 25 zugeführt werden.

Alternativ zu einem geeigneten Reingasprodukt kann das Brennergas zuvor zu dem Kondensator 39 abgezogen werden, so daß sein hoher Wärmeinhalt aufgenommen und der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Wenn der Speicher zu diesem Zweck nicht genügend Gas zuführen kann, oder wenn es nicht möglich ist, das notwendige Gas zuzuführen, beispielsweise wenn die Anlage zum ersten Mal angelassen wird, kann dem Brenner Erdgas durch das

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Ventil 42 zugeleitet werden. Die zuvor beschriebene Konstruktion erleichtert den Eintritt und Austritt großer Gasmengen zu der Pyrolysierungszone des Pyrolysebehälters 1 durch das Einlaßrost 16 und das Auslaßrost 19, und die Schwerkraftförderung des Abfallmaterials durch den Pyrolysebehälter 1 trägt dazu bei, die Konsistenz des eingebrachten Materials aufrechtzuerhalten.

Durch Bewegung der Siebstange 21 wird das Auslaßrost 19 bewegt, so daß eine Ansammlung an Rohmaterial gelöst wird, wenn sie das Bestreben hat, sich zwischen den beiden Rosten festzusetzen. Alternativ zu der Siebstange 21 kann das Auslaßrost 19 an der Ober- und Unterseite exzentrisch gelagert sein, und das Einlaßrost 16 kann ebenfalls beweglich befestigt sein. Eine derartige Lösung kann wirksam dazu beitragen, das Rohmaterial durch den Ofenabschnitt 11 hindurchzuführen. Eine Dampfkühlung oder Wassersprühkühlung kann verwendet werden, wenn es notwendig ist, die festen Produkte, die aus dem unteren Abschnitt 12 austreten, vor dem Eintreffen am Schraubenförderer 27 zu kühlen. Der Schraubenförderer kann unter anderem ersetzt werden durch einen kettengetriebenen Rechenförderer. In diesem Falle kann ein Wassersumpf das beste Mittel zur Kühlung des Materials sein, sofern diese erforderlich ist.

Es wird vorgeschlagen, eine Anlage, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, für einen Betrieb mit einem geringen Druck (12 mm bis 51 mm Wassersäuleüberdruck) bei einer Gaseinlaßtemperatur von etwa 700°C am Einlaßrost 16 und einer Gasauslaßtemperatur von etwa 600°C am Auslaßrost 19 auszulegen. Ein typisches, maximales Gas/Abfallverhältnis liegt bei 10:1 Gewicht santeilen, das heißt, 10 kg Gas werden für 1 kg zu pyrolisierenden Rohabfall eingeleitet. Für ein System zur Behandlung von 81,6 kg Rohabfall pro Stunde sollte das Gebläse in der Lage sein, bis zu 283 m Gas pro Minute zu fördern. Für eine Abgabe bei einer Temperatur von 45O⁰C und einem überdruck von 406 mm Wassersäule sollte die Größe des Gebläses aus-

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reichen, wenn es einen maximalen Gasstrom von etwa 2040 m pro Stunde bei 600°C durch die Roste 16 und 19 ermöglicht, wobei der Druckverlust beim Durchgang durch das behandelte Material zwischen beiden nicht größer als 76 mm Wassersäule und im allgemeinen weniger als 2,54 mm Wassersäule beträgt. Zur Anpassung an diese Mengen sollte der Wärmetauscher 24 darauf eingerichtet sein, einen maximalen Wärmeaustausch von 113 400 kcal/h zu gestatten. Dies bedingt eine Rohrfläche des Gasrohres 23 von 41,8 m . Diese Fläche kann hergestellt werden durch 30 Rohre von jeweils 76 mm Durchmesser und 6 m Länge.

In einem fcyrolysebehälter gemäß der Zeichnung, der bereits geprüft worden ist, hatten die Roste 16 und 19 eine Fläche von 30 cm im Quadrat, und die Tiefe des Raumes zwischen diesen Rosten betrug ebenfalls etwa 30 cm. Der obere Abschnitt 10 hatte einen Querschnitt von etwa 28 χ 30 cm an der Oberseite und 30 χ 30 cm an der Unterseite, und der "untere Abschnitt hatte einen konstanten Querschnitt von etwa 30 χ 50 cm über die gesamte Höhe. Die Gesamthöhe von den Flanschen 5 bis zu dem offenen Boden des unteren Abschnitts 12 betrug etwa 1,2 m. Die Roste 16 und 19 bestanden aus Stahlguß, und die Seitenwände des Ofenabschnitts 11 bestanden aus bearbeitetem Stahlguß und lagen Wangenplatten gegenüber, die mit hitzebeständigem Material ausgekleidet waren. Es zeigte sich, daß ein derartiger Behälter bei der bereits erwähnten Betriebstemperatur von 600°C bis 700°c 45,4 bis 90,7 kg üblichen Abfall pro Stunde behandeln konnte und einen Durchsatz von 245 bis 8,16 kg Gas erforderte. Selbstverständlich ändern sich die Behandlungsgeschwindigkeiten entsprechend den gewählten Gastemperaturen und dem Gasdurchsatz durch das Gebläse 34 und den Wärmetauscher 24.

Durch Trennung der Bahnen des Gases und des Materials in Kreuzform anstelle eines Zusammentreffens in der üblichen Weise wird der durch das Material auf den Gasstrom ausgeübte Widerstand,

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abhängig von der Länge der Materialbahn, geringer. In dem zuvor beschriebenen Beispiel beträgt die Länge der Materialbahn 1,2 m, jedoch die Länge der Gasbahn, das heißt die Tiefe des Behälters zwischen Einlaß 13 und Auslaß 14,, lediglich etwa 30 cm. Die Gasbahn kann gewünschtenfalls auch kürzer sein, ohne daß sich die Materialbahn ändert, obwohl dies ohne kompensierende Änderungen die Querschnittsfläche des Behälters verringert und somit den Materialfluß durch den Behälter beschränkt sowie ferner die von den heißen Gasen auf das Material übertragene Wärmemenge vermindert. Obwohl der Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Pyrolyse beschrieben wurde, bei der Material in Abwesenheit einer nennenswerten Luftmenge erhitzt wird, ist die Erfindung auch anwendbar auf öfen oder ähnliche Behälter mit dem beschriebenen Aufbau, die für einen weiteren Bereich von Wärmeaustauschprozessen eingesetzt werden, bei denen Luft nicht notwendig fehlen muß, sondern bei denen vielmehr ein Wärmeaustausch stattfindet zwischen bewegenden Strömen von heißem Gas und relativ kaltem Material, die sich innerhalb des Behälters im wesentlichen im rechten Winkel treffen.

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Claims

Patentansprüche

1. Behälter für die Pyrolyse eines Materials mit einem'Einlaß für Rohmaterial in einer Wand und einem Auslaß für pyrolysebehandeltes Material in der gegenüberliegenden Wand des Behälters sowie einem Einlaß für heißes Pyrolysegas in einer Wand und einem Auslaß für das eingeleitete Pyrolysegas in der gegenüberliegenden Wand des Behälters, d ad u r c h gekennzeichnet, daß die jeweiligen Einlasse (7, 8, 9; 13) und Auslässe (12, 27; 14) in den Wänden des Pyrolyse-Behälters (1) derart angeordnet sind, daß sich die Bahnen des Materials und des Pyrolysegases zwischen den zugeordneten Einlassen und Auslässen innerhalb des Pyrolyse-Behälters etwa rechtwinkelig kreuzen.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse (7, 8, 9; 13) und Auslässe (12, 27; 14) derart angeordnet sind, daß das Material senkrecht herabfällt und das Gas zwischen Einlaß und Auslaß waagerecht strömt.

3. Pyrolyseanlage mit einem Pyrolyse-Behälter gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Einlaß (13) und -Auslaß (14) außerhalb des Behälters (1) über einen Erhitzer (24, 25) durch ein Rohrsystem (31 bis 37) miteinander verbunden sind,das wenigstens die Rückführung eines Teiles des gasförmigen Pyrolyseproduktes sowie dessen Erhitzung und Verwendung für die weitere Pyrolyse gestattet.

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