DE2838749A1

DE2838749A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines zerkleinerten festen karbonisierbaren materials

Info

Publication number: DE2838749A1
Application number: DE19782838749
Authority: DE
Inventors: Franz Rotter
Original assignee: Energy Recovery Research Group Inc
Current assignee: Energy Recovery Research Group Inc
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1978-09-06
Publication date: 1979-03-15
Also published as: AU3950878A; CA1113881A; US4123332A; BE870222A; SE7809324L; AU517465B2; NL7809114A; CH634097A5; JPS5488902A; GB2003918B; FR2401978A1; GB2003918A

Description

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Energy Recovery Research Group, Inc. 18.991/2

2f927 N.W. Front Avenue
Portland, Oregon 97210
V. St. A

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines zerkleinerten festen karbonisierbaren Materials

Die Erfindung betrifft die Behandlung eines festen karbonisierbaren bzw, verkokbaren Materials, wie Kohle, zerkleinerten bzw. zerschnittenen Abfallreifen, zerkleinertem städtischen Abfall bzw. Müll, Sägespäne und Holzspäne bzw. Hobelspäne und dgl., um dieses Material in verwertbare Produkte umzuwandeln, wie verbrennbare Gase, flüssige Kohlenwasserstoffe und feste, kohlehaltige Rückstände. Insbesondere betrifft die Erfindung die Behandlung eines solchen verkokbaren Materials in einem Pyrolyseverfahren und einer Vorrichtung mit bewegtem Bett, in einer im wesentlichen waagrechten Hochtemperaturzone.

Eine thermische Methode zur Handhabung von festen Abfällen, zur Verkokung von Kohle und Holzrückstand, der eine wachsende Bedeutung zukommt, liegt in der Zersetzung des festen Materials durch "Pyrolyse", d. h. in der chemischen Zersetzung eines Materials durch Einwirkung von Hitze in Abwesenheit von Sauerstoff. Da man die Pyrolyse in im wesentlichen sauerstofffreier Atmosphäre durchführt, verbrennt das Material nicht, sondern zersetzt sich zu Produkten einschließlich Dampf, Gasen, Flüssigkeiten, Teeren und festen Rückständen, einschließlich Koks, Holzkohle und nicht karbonisierbare Materialien.

Es besteht die Tendenz, daß bekanniß Pyrolysereaktoren sehr groß sind, um große Volumina an Abfallmaterial, das zu verarbeiten ist, aufnehmen zu können, und in einem Ansatzsystem zur Materialbehandlung betrieben werden; oder weisen sie komplizierte Mechanismen auf, um den Reaktor während seines Betriebs abzuschlies-

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sen und das Entweichen von Eeaktorgasen und/oder den Eintritt von sauerstoffhaltigen Gasen auszuschließen, was zu hohen Einrichtungs- und Betriebskosten führt.

Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung einer pyrolytischen Umwandlung, bei der das zu behandelnde Material kontinuierlich in eine im wesentlichen liegende bzw. waagrechte Pyrolysezone unter Bedingungen zum wirksamen Ausschluß von Sauerstoff enthaltenden Gasen eingebracht wird, und in der das Material kontinuierlich unter Bewegung bzw. Rühren zum Auslaßende in Form·eines Materialbettes durch mehrere schaufel- bzw. rührarmartige Förderkörper bzw, Flügelräder, die auf einer rotierbaren Welle montiert sind, befördert wird. Das Materialbett wird auf eine Pyrolysetemperatur von ZfOO⁰C bis 900⁰C erwärmt durch Strahlungs- und Leitungswäriqeübertragung durch ein brennendes Gemisch, das sich spiralförmig um diese Zone bewegt, um das Material thermisch und fortschreitend zu verwertbaren Produkten zu zersetzen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der beigefügten Zeichnungen erläutert:

Figur 1 stellt in Form einer längsgeschnittenen Seitenansicht teilweise schematisch und bruchstückhaft eine Pyrolysevorrichtung zur Behandlung von festem, verkokbarem Material gemäß der Erfindung dar j

Figur 2 stellt einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Figur 1 dar; und

Figur 5 stellt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Schüttdichte von zerschnittenem, zerkleinertem und teilchenförmigen! festem karbonisierbaren Material und der Verarbeitungszeit dar.

Fester Müll aus Wohngebieten und von gewerblichen Nachverbrauchern besteht (nach einer Schätzung der US Environmental Protection Agency aus dem Jahre 1973) typischerweise aus : 71,1 % Nicht-Nahrungsmittel-Abfall (Papier 38,9 %, Glas 10,3 %, Metalle 9,9 %₉

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Kunststoffe Zf, 1 %, Kautschuk und Leder 2,7 %, Textilien 1,6 % und Holz 3,6 %); 13,3 % Nahrungsmittel-Abfällen; und 15,6 % Garten- und verschiedenen anorganischen Abfällen. Grob gesehen sind 70 80 Gew.-% von städtischem Müll verbrennbar, wobei Heizwerte berichtet werden in der Größenordnung von 10^.58 bic l5120kp%(2Zf90 3600 kcal/kg). Werden Metalle und Glas im wesentlichen nach bekannten Techniken entfernt, liegt die Schüttdichte (zerkleinert auf eine Größenordnung von 2,5/f cm bzw. 1 Zoll oder darunter) in der Größenordnung von 192,5 - 385>O kg/m-⁵. Holzrückstände haben einen Heizwert im unveränderten Zustand von 932/+ - 17V72 kJ/kg (2220 Zf.160 kcal/kg) (Trockenbasis 193^5 kJ/kg bzw. ^606 kcal/kg) und sind durch Pyrolyse in Gase und Öle von selbst höheren Heizwerten pro 0,^5 kg umwandelbar. Die Schüttdichte liegt im Bereich von 96,3 - 192,6 kg/m , Abfallreifen (zerschnitten oder zerrissen) weisen Heizwerte im .Bereich von 32592 - 3^-9^ kJ/kg (7760 - 8320 kcal/kg) bei Schüttdichten von ^l8 - 610 kg/nr auf. Kohle als ein potentielles festes Material für die pyrolytische Umwandlung weist Heizwerte im Bereich von 26796 - 33306 kJ/kg (6380 - 7930 kcal/kg) auf. Für Kohle wird gewöhnlich eine mittlere Schüttdichte von etwa kg/nr in einem Bereich von 6ZfO - 770 kg/nr angegeben.

In den Figuren 1 und 2 wird ein bevorzugtes Pyrolysereaktionssystem mit einer damit verbundenen Beschickungsvorrichtung für feste Materialien und Entnahmevorrichtung veranschaulicht. Das Pyrolysereaktionssystem 10 umfaßt ein langes, zylindrisch geformtes Pyrolysereaktionsgefäß 11 mit Endwandungen 11 a und 11 b, die eine Pyrolysereaktionszone 12 definieren. Ein Mantel oder ein Gefäß 13 umgibt und erstreckt sich entlang einem Hauptanteil des Gefäßes 11 und weist Endwandungen 13 a und 13 b auf;und definiert mit dem Gefäß 11 eine ringförmige Heizzone IZf. Das Reaktionsgefäß 11 ist in der Nähe der Endwandung 11 a mit einem Einlaß 15 für das Beschikkungsmaterial versehen. In der Nähe zur Endwandung 11 b des Gefäßes 11 befinden sich ein Auslaß 16 für feste Rückstände und ein Gas-Dampfauslaß 17. Die Gefäße 11 und 13 sind hergestellt aus Hochtemperatur-Nickel/Stahl-Legierungsmaterialien oder anderen geeigneten Materialien, die hohe Pyrolysetemperaturen aushalten und die durch eine nicht gezeigte geeignete Struktur getragen werden. Die äußeren Oberflächen sind eingeschlossen von geeigneten

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Wärmeisolierungsmaterialien und Strukturen (nicht gezeigt).

In Verbindung mit der Reaktionszone 12 befindet sich die Einlaßleitung 18 für das Beschickungsmaterial, die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung in einer ausreichenden Länge erstreckt, so daß das feste Beschickungsmaterial aus einem durch die Gravitation mit dem Beschickungsmaterial gepackten bzw. gefüllten Turm 19 den Einlaß 15 wirksam gegen Sauerstoff enthaltende Gase abschließt. Es kann günstig sein, in der Nähe des oberen Endes der Leitung 18 bekannte, drehbare Luft-Sperrmechanismen bzw. Luftschleusen anzubringen, um einen weiteren Ausschluß von Sauerstoff enthaltenden Gasen zu ermöglichen, falls die Schüttdichte sehr gering ist, wenn die Füllung durch die Schwerkraft die Zone IE nicht in entsprechender Weise abschließen kann.

Das feste Material wird zur Einlaßleitung 18 über eine Lagerungseinrichtung für das Beschickungsmaterial und ein Fördersystem 20 beschickt. Dieses System 20 besteht aus einem Gehäuse 21 für die Fördereinrichtung für das Beschickungsmaterial mit einer Schneckenförderungseinrichtung 22 üblicher Bauweise. Das Gehäuse 21 umfaßt eine Öffnung 21 a für den Austritt von Materialien, in Verbindung mit der Leitung 18, wodurch Beschickungsmaterial durch die Öffnung 21 a in die Leitung 18 entleert wird unter Bildung eines Materialturmes bzw. einer Materialsäule 19· Das Fördergehäuse 21 ist mit einer Öffnung 21 b zur Aufnahme von Material versehen, in Verbindung mit einem Materiallagerungs-Vorratsbehälter 23, durch die gelagertes Beschickungsmaterial mittels der Schwerkraft zum Gehäuse 21 geführt wird. Bei Bedarf erfolgt dies durch die Förderschnecke 22, die durch einen Motor M- rotiert wird, was durch (nicht gezeigte) Fühleinrichtungen gesteuert wird, um den Turm 19 in gefülltem Zustand zu erhalten.

Axial durch die Zone 12 erstreckt sich eine drehbare Welle 2.1+ mit Dampfdichtungen, die vorzugsweise in selbsteinstellenden Haltevorrichtungen montiert ist. Vorzugsweise ist die Welle 2if über ihre gesamte Länge mit einer Vielzahl von schaufel- bzw. rührarmartigen Flügelrädern bzw, Förderkörpern 25 versehen, die in Form einer unterbrochenen Schneckschraube in Reihe angeordnet sind. Die Flü-

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gelräder "bzw. Förderkörper 25 weisen vorzugsweise eine derartige Länge auf, daß eine relativ geringe Lichte zwischen ihnen und der inneren Oberfläche des Gefäßes 11 vorliegt. Die räumliche Anordnung und die Form der Flügelräder 25 sind so gestaltet, daß bei der Drehung der Welle 2if die gesamte innere Oberfläche des Reaktionsgefäßes 11 der Wirkung der Flügelräder 25 ausgesetzt ist, um das Material in Form eines Reaktionsbettes (RB) mit vom Einlaß zum Auslaß der Zone 12 abnehmender Dicke zu befördern und kontinuierlich zu rühren bzw. zu bewegen. Die Welle 2Zf wird durch einen Motor Mp mit variierbarer Geschwindigkeit gedreht, der in bezug auf die gewünschte Durchsatzgeschwindigkeit des Materials gesteuert wird. Die festen Materialien werden auf Pyrolysetemperatür erwärmt durch Strahlungswärmeenergie über der oberen Oberfläche des Materialbettes (RB) und durch Leitungswärmeenergie, die durch die Wandung des Gefäßes 11 unter der Bettoberfläche eintritt. Der feste, kohlehaltige Rückstand, der während der Pyrolyse gebildet wird, wird durch den Auslaß 16 durch eine Leitung 26 für festen Rückstand entnommen und bildet einen durch die Schwerkraft gepackten bzw. gefüllten Turm (bzw. Kolonne) 27, um zur Abdichtung der Zone 11 gegen Sauerstoff enthaltende Gase beizutragen.

Ein Förderungs- und Lagerungssystem 30 für feste Rückstände nimmt den festen verkokten Rückstand aus der Leitung 26 auf und besteht aus einem langen Fördergehäuse 31 für festen Rückstand mit einem Schneckenförderer J>Z üblicher Bauweise und einer Einlaßöffnung 31a für festen Rückstand und steht in Verbindung mit der Leitung 26. Der Schneckenförderer 32, der durch den Motor M^ angetrieben wird, fördert festen Rückstand aus der Leitung 26 durch die Öffnung 31 a zur Fördereröffnung 31 b, wo dieser feste Rückstand durch die Leitung 33 für Feststoffe durch die Schwerkraft nach unten fließt in Form einer gepackten Kolonne 3h zu.einem Wiedergewinnungssystem (das in der Figur 1 schematisch gezeigt wird) für Feststoffe, Der gepackte Turm 3A- dichtet die Reaktionszone 12 wirksam gegen Sauerstoff enthaltende Gase ab.

Die Reaktionszone 12 wird durch Verbrennung von Heizmaterial in der ringförmigen Heizzone H erhitzt. Bei Betriebsbeginn wird die Zone 12 auf die Pyrolysetemperatur durch Verbrennen des Heizma-

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terials in der Heizzone 14 aus einer äußeren Quelle gebracht. So wird ein Starter-Brenner, beispielsweise 36, mit einem Luft-Brennmaterialgemisch durch die Leitung 37 beschickt, die gesteuert und kontrolliert wird durch ein Misch- und Regelventil v\, das den Brennstoff und Luft durch die Leitungen 37 a bzw. 37 b empfängt. Nach Beginn der Umwandlung des Beschickungsmaterials, durch die verbrennbare Abgase erzeugt werden, kann ein Teil oder können die gesamten derartigen brennbaren Gase als Brennmaterial zur Erhaltung der Pyrolyse verwendet werden. Die Heizzone 1 Zf ist mit mehreren Brennern 38, 39 und 4-0, sowie mit Leitungen Zj. 1, 42 und 43 für die Heizluft-Heizmaterialgemische ausgestattet, die gesteuert und kontrolliert werden durch Misch- und Regelventile Vp, V^ bzw. V,, von denen jedes Brennmaterial und Luft durch die Leitungen 41 a, 42 a und 43 a bzw. 41 b, 42 b und 43 b empfängt.

Gemäß einer bevorzugten Brenneranordnung (Figur 2) sind die Brenner 38 und 39 auf einer Seite des Gefäßes 13 angebracht, wobei sich ein dritter Brenner 40 a*¹ dessen gegenüberliegender Seite in der Nachbarschaft des Auslasses 16 befindet, um Luft-Brennmaterialgemische zum unteren Teil der Zone I4 in einer tangentialen Richtung und gegen den Materialeinlaß 15 zu führen bzw, zu schleudern. Das Gemisch vom Brenner 40 bewegt sich ringförmig gegen die Gemische, die von den Brennern 38 und 39 ausgehen, und werden sorgfältig vermischt und bewegen sich zusammen kreisförmig als ein spiralenbildendes bzw. spiralenförmiges Heizmedium in Richtung auf den Einlaß 15» beherrscht durch die dominierende Multibrenneranordnung. Es versteht sich, daß die spezielle Anzahl und Anordnung der Brenner mit Änderung des Volumens und der Abmessungen der Zone 14, sowie je nach den Wärmeerfordernissen geändert werden können. Wichtig ist das starke und sorgfältige Vermischen der brennbaren und Brennluft-Brennmaterialströme sowie die Entwicklung eines spiralenbildenden bzw. sich spiralen- oder schraubenförmig bewegenden Hochtemperatur-Heizmediums.

Ein Verbrennungsgasauslaß 4A- für die Zone I4 entfernt völlig verbrannte Abgase durch den Abzugskanal 45 und die Leitung 46 zur Entleerung in die Atmosphäre oder falls erforderlich in eine (nicht gezeigte) geeignete Umweltschutzvorrichtung. So bewegt sich das

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Heizmedium in einer spiral- bzw. schraubenförmigen Weise im Gegenstrom zu der Bewegungsrichtung des Material-Reaktionsbettes RB. Normalerweise werden heiße Verbrennungsgase von den oberen Teilen der Erwärmungszone abgezogen, jedoch hat es sich gezeigt, daß durch Lage des Auslasses Vf an einem Punkt unter einer waagrechten Ebene, die durch die Achse des Gefäßes 13 gelegt wird (vorzugsweise benachbart zum Materialeinlaß), die Gase bei geringfügiger oder keiner Behandlung keine Verschmutzung für die Atmosphäre darstellen.

Gase und dampfförmige Flüssigkeiten einschließlich Wasserdampf, die während der Pyrolyse erzeugt werden, verlassen das Reaktionsgefäß 11 durch den Auslaß 17 und werden durch den Abzugskanal ί\-7 durch die Leitung i+8 unter einem leicht negativen Druck abgezogen, um das Einbringen von Sauerstoff enthaltenden Gasen zu vermeiden. Gegebenenfalls verbleibende Gase oder Dämpfe, die mit dem festen Rückstand mitgeschleppt werden, können abgetrennt werden durch Anlegen eines negativen Drucks bzw. Unterdrucks an die Leitung ^9. Die Gase und Dämpfe der Leitungen if8 und 1+9 werden einschließend zu einem angsschlösaenen Gas-Flüssigkeits-Wiedergewinnungssystem 50 geführt, zur Auftrennung in flüssige Produkte (ein breiter Bereich von flüssigen Kohlenwasserstoffen) und Gasprodukte (einschließlich CO, H₂, CH, usw.), die zur Lagerungseinrichtung 51 geleitet werden können.

Das feste karbonisierbare bzw, verkokbare zu behandelnde Material wird in seiner Größe verringert durch jegliche bekannten bzw, üblichen geeigneten Zerkleinerungstechniken zur Bildung von Einheiten oder Stikken desMaterials vcntBxxnogb 2,5Zj. cm oder weniger. Größere Materialeinheiten von bis zu 10 cm können verwendet werden, vorausgesetzt, daß derartige größere Einheiten in in Materiallagerungsbehältern usw. frei fließen können. Metall- und Glasstücke werden aus zerkleinertem städtischem Müll durch übliche Abtrenntechniken vor der Behandlung entfernt. Für manche Abfälle kann eine Trocknung und Belüftung notwendig sein.

Wie vorstehend beschrieben, enthält das Gas-Dampfgemisch wertvolle Brenngase, kondensierbares Öl, Wasserdampf und mitgeschleppte, feste, kohlehaltige Teilchen, Das Öl enthält ein komplexes Gemisch von aliphatischen, olefinischen und aromatischen Kohlenwasserstoff-

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produkten. Innerhalb des Gas-Flüssigkeits-Gewinnungssystems werden eine oder mehrere Fraktionen von schv/eren, mittelschweren und leichten Ölen kondensiert und zur Anwendung und/oder zur weiteren Behandlung nach üblichen Methoden gesammelt.

Das Material wird in Form eines Reaktionsbettes RB mit abnehmender Dicke bewegt, in dem drei Reaktionsbehandlungsgebiete errichtet werden, die im allgemeinen umfassen: ein Vorerwärmungsgebiet für das Material, in dem das Bett relativ dick ist (in der Nähe des Einlasses); ein Hauptpyrolyse-Reaktionsgebiet längs des Mittelabschnittes der Zone 12, in dem das Bett auf maximale Pyrolysetemperaturen erwärmt wird; und ein Endreaktionsgebiet, in dem das im wesentlichen verkokte restliche Material leicht gerührt bzw. bewegt und zum Auslaß 16 befördert wird. Innerhalb des Endreaktionsgebiets wird eine im wesentlichen völlige Karbonisierung des Beschickungsmaterials bei der End-Reaktionstemperatur (in der Größe beträchtlich verringert durch die Pyrolysereaktionen oder zerstörenden oder abbauenden Destillationsreaktionen, die innerhalb der Reaktionszone erfolgen) erzielt. Zusätzlich beträgt das effektive Volumen des Materialdurchsatzes der Reaktionszone etwa die Hälfte des tatsächlichen Volumens dieser Zone, Daher wird die Umsatzzeit oder die Geschwindigkeit des Materialdurchsatzes für die Pyrolyse für jedes karbonisierbare Beschickungsmaterial in Beziehung zu seiner Schüttdichte eingestellt. Die speziellen Pyrolysetemperaturbedingungen (innerhalb des bevorzugten allgemeinen Temperaturbereichs), die in der Reaktionszone 12 durch die in der umgebenden (ringförmigen) Heizzone 1Z(. ausgebildet werden, bedingen hauptsächlich die Mengenverteilung und die Natur der Produktgase sowie der flüssigen Kohlenwasserstoffe und die Menge und die Art des kohlehaltigen Rückstands.

Die Bewirkung einer Pyrolyse erfordert Temperaturen im Bereich von ZfOO bis QOO⁰C in der Zone 12, wodurch eine Temperatur der Heizgase zwischen 750 bis 1000⁰C erforderlich wird, wobei der stärkste Erwärmungszustand vorzugsweise etwa im Mittelabschnitt der Zone lif. auftritt. Bei Verwendung von reinen Brenngasprodukten der Pyrolyse und Bewirkung einer im wesentlichen vollständigen Verbrennung kann das das System verlassende Gas direkt in die Atmosphäre als nicht-

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umweltverschmutzender Gas-Dampfstrom entleert werden.

Die Figur 3 stellt eine graphische Darstellung der Beziehung dar, die zwischen der Schüttdichte des zerkleinerten karbonisierbaren Feststoffmaterials und der Verarbeitungszeit gefunden wurde. Die Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung des Arbeitsgebietes für karbonisierbare Materialien, was die Schüttdichte anbelangt gegen die Zeit. So erfordern beispielsweise zerkleinerte Abfallreifen mit einem Schüttdiclitenbereich von 1+16 bis 609 kg/m eine Verarbeitungszeit (oder eine Reaktor-Durchsatzzeit) von 8 bis 16 Minuten unter dem bevorzugten Bereich der Pyrolysetemperaturen. Zur Pyrolyse you 18,15 metrischen Tonnen zerkleinerter Reifen mit einer durchschnittlichen Schüttdichte von 512 kg/m, während 8 Stunden würde die Pyrolysezone (gemäß der Erfindung) ein tatsächliches Volumen von etwa 1,76 m und ein wirksames Volumen von etwa 0,88 rar aufweisen.'Das Reaktionsgefäß, das die vorstehende tatsächliche Reaktionszone definiert, würde bei einer wirksamen Länge von etwa ki% κι daher einen Innendurchmesser von etwa 0,70 m aufweisen. Das gleiche Reaktionsgefäß, verwendet zur Verarbeitung von zerkleinertem städtischem Müll mit einer Schüttdichte von etwa 256 kg/irr würde bei einer Verarbeitungszeit von 6 Minuten vergleichsweise etwa 18,15 metrische Tonnen während eines 8-Stunden-Tages verbrauchen,

+) bei einer durchschnittlichen Verarbeitungszeit von 12 Minuten. Beispiel 1

Reifen, die im allgemeinen repräsentativ für die Reifen von Personenkraftwagen sind, mit einem durchschnittlichen Gewicht von I1,3*f kg wurden zu Stücken mit maximalen Abmessungen von etwa 2,5^f cm zerkleinert (ein normales Gemisch von Reifen, Gürtelreifen und Radialreifen, einschließlich Stahlkugeln oder Bändern) und in eine Reaktionszone eingebracht.

Die Pyrolysereaktionszone (gebildet durch ein zylindrisches Reaktionsgefäß aus rostfreiem Stahl) wies eine wirksame Länge von 3,05 m und einen Innendurchmesser von 0,Zf8 m auf. Das tatsächliche Volumen der Reaktionszone (unter Einbeziehung des Verdrängungsvo-

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lumens der Materialfördervorrichtung, bestehend aus Flügelrad bzw. Rührarm und Flügelrad- bzw, Rührarmwelle) wird als 0,483 m³ berechnet, bei einem wirksamen Volumen (Volumen eingenommen durch das Beschickungsmaterial in Form eines bewegten Bettes mit abnehmender Dicke vom Einlaß- zum Auslaßende hin) von 0,244 m³. Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung wurden 621 kg der zerkleinerten Reifenbeschickung kontinuierlich in die Reaktionszone eingebracht und bei 875°C zu Brenngasen, flüssigen Kohlenwasserstoffen und einem festen Rückstand während einer Stunde pyrolysiert. Das Beschickungsmaterial (mit einer Schüttdichte in zerkleinerter Form von etwa 513 kg/nr) wies eine durchschnittliche Verweilzeit von 11,2 Minuten auf. Es wurden folgende Reaktionsprodukte gewonnen:

Gew.-#

flüssige Kohlenwasser stoffe	ZfO, 7
Holzkohle und andere nicht-eisenhaltige Rück stände	2*f, 7
Brenngase	30,9
Stahlschrott	2,2
nicht definierbar	1,5

ιοο,ο

Die Brenngase wiesen ein Verdrängungsvolumen bzw, einen Volumeninhalt von 2000 va? bei einem Heizwert von~3T?5,2 kJ/m^ («-7% kcal/m^) auf. Mittelschwere Öle bildeten etwa 70 % der flüssigen Kohlenwasserstoffe. Etwa k-0 % des erzeugten Gasgemisches kehrten als einziges Brennmaterial zur Pyrolyse zurück.

Beispiel 2

Kohle mit einer Schüttdichte von etwa 672. kg/ra-^ wurde in die Reaktionszone bei einer Pyrolysetemperatur von etwa 600⁰C eingebracht, zur Umwandlung in Brenngase, flüssige Kohlenwasserstoffe und hoch-

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wirksamen Koks mit einer Verweilzeit von etwa 15 Minuten, wobei man folgende Produkte erhielt:

	Gew.-%
Teer und Schweröle	16,0
leichte Öle	1,5
Koks	67,5
Brenngase	5,0
Wasser	10,0
	100,0

Für die ^-5,^ kg der Brenngase wurden ein Verdrängungsvolumen bzw. ein Volumeninhalt von etwa 538 rar und ein Heizwert von etwa 3360 (800 kcal/m-5) berechnet.

Die Verweilzeit der festen verkokbaren Materialien in der Reaktionszone steht in enger Beziehung zu der Schüttdichte dieser Materialien in ihrer zerschnittenen, zerkleinerten oder teilchenartigen Form, bei Verarbeitungstemperaturen, die bestimmend sind für die relative Verteilung und die Natur der Endprodukte. So führt die Pyrolyse von zerschnittenen Keifen bei etwa 500⁰C (unteres Ende des Verarbeitungs-Temperaturbereichs) hauptsächlich zu flüssigen Kohlenwasserstoffen und Kohle bzw. Holzkohle und zu begrenzten Mengen an Kohlenwasserstoffgasen. Am anderen Ende des Temperaturbereichs nehmen der Kohle- bzw. Holzkohlegehalt und der Gasausstoß zu, wohingegen der Gehalt an flüssigen Kohlenwasserstoffen verringert wird.

Der Druck in der Reaktionszone wird im allgem, bei etwa atmosphärischen Drücken gehalten, wobei an die Gas-Dampf-Auslaßleitung kontinuierlich negative Drücke bzw. Unterdrücke angelegt werden, um einen Gas-Dampf-Strom aus der Reaktionszone zu entfernen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen ein System zur Gewinnung wertvoller Energiequellen aus festen verkokbaren bzw. karbonisierbaren Materialien, wobei sich folgende günstigen Charakteristika ergeben:

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1. Das System wird kontinuierlich betrieben.

2. Die Raumdurchsatzgeschwindigkeit oder Reaktorgeschwindigkeit der festen karbonisierbaren Materialien, die .eintreten und die Pyrolysereaktionszone durchlaufen, ist groß,

3· Die zum Bau und zur Installation der Vorrichtung erforderlichen Kosten sind gering, und die Vorrichtung weist einen hohen Betriebszeitfaktor bei geringen Betriebskosten auf.

/f. Das System ist thermisch selbstgenügend, d, h. die gesamten Wärme- und Energieerfordernisse (abgesehen von einem Start-Brennstoff) können innerhalb des Systems erzeugt werden.

5. Das System ist sehr vielseitig in seiner Aufnahme- und Pyrolysemöglichkeit für verschiedenste feste karbonisierbare Beschickungsmaterialien, die einen günstig breiten Bereich der Einheiten- oder Teilchengrößen aufweisen.

6. Das System, einschließlich der Pyrolysevorrichtung und der sich anschließenden Handhabungsvorrichtungen für das Beschickungsmaterial und die Produkte ist mechanisch einfach und leicht zu betreiben.

7. Die Pyrolysevorrichtung arbeitet als geschlossenes sauerstofffreies System mit geringem Druck und führt mit seinem Brenngasheizsystem zu keiner Umweltverschmutzung.

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Claims

PATENTANWÄLTE
Dr. w. IHt-DIETER LOUIS
DipL-Phys. CLAU5 FÖHLA'J
:FR*NZ LGHKiSTZ

500 NORNBE

K£SSl EPj-LATZ 1

Energy Recovery Research Group, Inc. 18,99-1/2

Zf927 N.W. Front Avenue
Portland, Oregon 97210
V. St. A.

Patentansprüche

Verfahren zur Behandlung eines zerkleinerten, festen, verkokbaren Materials zur Bildung von Brenngasen, dampfförmigen Kohlenwasserstoffen und festem Rückstand, bei dem das zerkleinerte, feste, verkokbare Material in eine sich waagrecht erstreckende Reaktionszone eingebracht wird und diese Zone durchläuft unter Bedingungen zum wirksamen Ausschluß von sauerstoffhaltigen Gasen, wobei das Material karbonisiert wird und die gasförmigen und festen Produkte aus der Reaktionszone abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bett des zerkleinerten Materials während seines Durchlaufs durch die Reaktionszone bewegt bzw. rührt und ein brennendes Gemisch eines sauerstoffhaltigen Verbrennungsgases und von Brennstoff in eine Heizzone einbringt, die die Reaktionszone umgibt, in einer derartigen Weise, daß das brennende Gemisch sich spiralförmig durch die Heizzone bewegt,' im allgemeinen im Gegenstrom zu dem zerkleinerten, festen, verkokbaren Material, das sich durch die Reaktionszone bewegt, um das zerkleinerte, feste, verkokbare Material zu karbonisieren.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brenngase aus der IIoLzzone an einem Punkt abzieht, der unter einer waagrechten Ebene der Achce dor Heizzone liegt.
3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brenngase aus der Heizzone an einem Punkt abzieht, der sich in der Nähe der Einbringung des zerkleinerten, festen, verkokbaren Materials befindet.
Zf. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionszone bei einer Temperatur von etwa 1+00 bis etwa 900⁰C hält.
5. Verfahren nach Anspruch Zf, dadurch gekennzeichnet, daß man das feste, zerkleinerte, verkokbare Material auswählt aus der Gruppe von zerkleinerten, festen städtischen Abfällen bzw. zerkleinertem, festem Müll; Holzschnitzeln, Holzspänen, Sägespänen und ähnlichen Holzteilen , sowie Kohle und zerkleinerten Reifen.
6. Verfahren nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß man das zerkleinerte, verkokbare Material auswählt aus Holzschnitzeln, -spänen, Sägespänen und ähnlichen Holzteilchen und daß man dieses feste, zerkleinerte, verkokbare Material durch die Reaktionszone in einer Durchsatzgeschwinaig&eit von 2 bis etwa 5 Minuten führt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als festes, zerkleinertes, verkokbares Material zerkleinerten Müll verwendet und daß man das feste, zerkleinerte, verkokbare Material durch die Reaktionszone in einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa Zf. bis etwa 10 Minuten führt.
8. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß man als festes, zerkleinertes, verkokbares Material zerkleinerte Reifen verwendet und daß man das feste, zerkleinerte, verkokbare Material durch die Reaktionszone in einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 8 bis etwa 16 Minuten führt.

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9. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man als festes, zerkleinertes,verkokbares Material zerkleinerte Kohleteilchen verwendet und das feste, zerkleinerte, verkokbare Material durch die Reaktionszone mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 12 bis etwa 20 Minuten führt.
10. Vorrichtung zur Behandlung von zerkleinertem, festem, verkokbarem Material zur Bildung von Gas und festem Rückstand, die ein im wesentlichen liegendes bzw. waagrecht angeordnetes, langgestrecktes Reaktionsgefäß mit Endwandungen, Einlaß- und Auslaßleitungen für Feststoffe und einer Gasauslaßleitung umfaßt, wodurch eine Reaktionszone gebildet wird und in der ein Mantel um das Gefäß angeordnet ist, der Endwandungen aufweist, wodurch eine Heizzone zusammen mit dem Gefäß gebildet wird, wobei der Mantel eine Abgasauslaßleitung aufweist,und die Verbrennungseinrichtungen zur Einfuhr eines Gemischs aus einem Sauerstoff enthaltenden Verbrennungsgas und Brennmaterial in die Heizzone zur Verbrennung darin enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungseinrichtungen so angeordnet sind, daß sie eine spiralförmige Bewegung des'brennenden Gemischs durch die Heizzone um die Reaktionszone zu der Gasauslaßleitung des Mantels in einer Richtung bewirken, die im allgemeinen im Gegenstrom zu dem gerührten bewegten Bett des zerkleinerten, festen, verkokbaren Materials verläuft.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch "^kennzeichnet, daß die Gasauslaßleitung des Mantels an einem Punkt unter einer waagrechten Ebene der Achse des Mantels liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsvorrichtungen Brenneranordnungen umfassen, die an dem Mantel in einem spitzen Winkel zu einer vertikalen Ebene, im rechten Winkel zur Achse des Mantels, montiert sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnungen mindestens eine Brenneranordnung enthalten, die gerichtet gegen mindestens zwei Brenneranordnungen

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brennt, um eine sorgfältige Vermischung der resultierenden Gase sicherzustellen,

]l+. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Bewegen bzw. Rühren des zerkleinerten, festen, verkokbaren Materials enthält, die eine von einem Motor angetriebene Welle enthalten, auf der mehrere, schaufelartige Rührarme bzw. Flügelrührer montiert sind.

15· Vorrichtung nach Anspruch 1 if, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelrührer bzw. Rührarme in Form einer unterbrochenen Helix bzw. Schraube angeordnet sind,

16, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionszone bei etwa Atmosphärendruck hält,

17, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das sich längs erstreckende Gefäß zylindrisch geformt ist und sich der Mantel im wesentlichen über das Gefäß erstreckt.

18, Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel zylindrisch geformt ist und koaxial zur Achse des Gefäßes angeordnet ist.

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