DE3543582A1

DE3543582A1 - Reaktor mit mehreren herdelementen und verfahren zur thermischen behandlung von kohlenstoffhaltigen materialien

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Publication number: DE3543582A1
Application number: DE19853543582
Authority: DE
Inventors: Edward Encino Calif. Koppelman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1986-06-19
Anticipated expiration: 2005-12-11
Also published as: ZA858948B; SU1577702A3; IN165704B; NO166812C; PL256899A1; DK165373C; DK165373B; DE3543582C2; BG72725A; ES557431A0; CS944485A2; HUT43168A; JPS61217619A; SE8506014D0; GB2168797A; FR2574810B1; PH22344A; NO855129L; KR930005529B1; GB8529020D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor mit mehreren Herdelemcnten und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material.

Bin derartiger Reaktor und ein derartiges Verfahren sind für die Behandlung von organischen kohlenstoffhaltigen Materialien, die eine Restfeuchte enthalten, unter gesteuerten Druck- und erhöhten Temperaturbedingungen geeignet, um eine gewünschte physikalische und/oder chemische Modifikation von derartigen Materialien zur Erzeugung eines Reaktionsproduktes, das als Brennstoff geeignet ist, zu erzielen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Reaktor und ein Verfahren, mittels dem kohlenstoffhaltige Materialien, die beträchtliche Mengen an Feuchtigkeit im Rohzustand enthalten, erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt werden,wodurch eine beträchtliche Herabsetzung des Rcstfeuchtegchaltcs des festen Reaktionsproduktes zusätzlich zu einer gewünschten thermischen chemischen Neustrukturierung des organischen Materialcs erreicht wird, um diesem Material verbesserte physikalische Eigenschaften einschließlich eines erhöhten Heizwertes auf einer trockenen, feuchtigkeitsfreien Basis zu verleihen.

Die Knappheit und die zunehmenden Kosten von herkönmlichen Energiequellen, einschließlich Erdöl und Erdgas, haben Forschungen nach alternativen Energiequellen bewirkt, die in ausreichendem Maße zur Verfüguno stehen, wie beispielsweise

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lignitisclie Kohlcnarton, bitumenarme Kohlenarten, Zellulose-Materialien, wie beispielsweise Torf, Zelluloseabfallmaterialien, wie beispielsweise Sägemehl, Rinde, Holzschnitzcl, Zweige und Späne aus Sägewerken und Holzverarbeitungswerken, verschiedenartige landwirtschaftliche Abfallmaterialien, wie beispielsweise Baumwollpflanzonstengcl, Nußschalen, Maiskolben o.a., und städtische Abfallpulpe. Derartige alternative Materialien sind jedoch bedauerlicherweise in ihrem in der Natur auftretenden Zustand aus einer Reihe von Gründen zum direkten Einsatz als Hochenergiebrennstoffe nicht geeignet. Aufgrund dieser Tatsache ist eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, um derartige Materialien in eine zur Verwendung als Brennstoff geeignetere Form zu bringen, indem man ihren Heizwert auf einer feuchtigkeitsfreien Basis erhöht und zur gleichen Zeit ihre Beständigkeit in bezug auf Verwitterung, Transport und Lagerung verbessert.

Typische derartige Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik sind in der US-PS 4 052 168 beschrieben, gemäß der lignitische Kohlenarten durch eine gesteuerte thermische Behandlung chemisch umstrukturiert werden, wodurch ein aufgearbeitetes festes kohlenstoffhaltiges Produkt erzielt wird, das verwitterungsbeständig ist sowie einen erhöhten Heizwert aufweist, der sich dem von bituminöser Kohle annähert.

In der US-PS 4 127 391 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem feine bituminöse Abfallpartikel, die aus üblichen Kohlewasch- und Reinigungsvorgängen herrühren, thermisch behandelt werden und feste agglomerierte koksähnliche Produkte erzeugt werden, die für einen direkten Hinsatz als feste Brennstoffe geeignet sind. Schließlich ist in der US-PS 4 129 4 20 ein Verfahren beschrieben, gemäß dem in der Natur vorkommende Zellulosematerialien, wie beispielsweise Torf, sowie Zelluloseabfallmatcrialien durch einen gesteuerten thermischen Umstrukturierungsprozeß aufgearbeitet

werden, um feste kohlenstoffhaltige oder koksühnliche Produkte zu erzeugen, die als fester Brennstoff oder für Gemische mit anderen herkömmlichen Brennstoffen, wie beispielsweise Ileizölschlämmen, geeignet sind. Ein Reaktor und ein Verfahren zur Durchführung einer Aufarbeitung von derartigen kohlenstoffhaltigen Bcschichtungsmaterialien der in d^r erwähnten amerikanischen Patenten beschriebenen Art sind in der US-PS 4 126 519 offenbart, wobei ein flüssiger Schlamm des Beschickungsmaterials in einen geneigten Reaktor eingeführt und zunehmend erhitzt wird, um ein im wesentlichen trockenes festes Reaktionsprodukt mit einem erhöhten Heizwert zu erzeugen. Die Reaktion wird unter gesteuerten erhöhten Drücken und Temperaturen durchgeführt, wobei desweiteren der Verweil zeit Beachtung geschenkt wird,

1JL um die gewünschte thermische Behandlung zu erreichen, die die Verdampfung des nahezu gesamten Feuchtigkeitsgehaltes des Reschickungsmaterialcs sowie von mindestens einem Teil der flüchtigen organischen bestandteile umfassen kann, während gleichzeitig eine gesteuerte partielle chemische Umstrukturierung oder Pyrolyse durchgeführt wird. Die Reaktion wird in einer nicht oxidierenden Umgebung ausgeführt, und das feste Reaktionsprodukt wird dann auf eine · Temperatur gekühlt, bei dor es ohne Verbrennung oder Zersetzung in Kontakt mit der Atmosphäre abgegeben werden kann.

Obwohl die in den vorstehend gen am '..Gn amerikanischen Patenten beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen eine befriedigende Behandlung einer Vielzahl von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialicn zur Erzeugung eines aufgearbeiteten festen Reaktionsproduktes sichern, besteht immer noch ein Bedarf nach einem Reaktor und einem Verfahren, die in bezug auf die kontinuierliche thermische Behandlung einer Vielzahl von derartigen feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangs-

materialien wirkungsvoller, vielseitiger, leichter und in der Steuerung einfacher durchführbar sind und mittels denen die Umwandlung und Erzeugung von festen Hochenergiebrennstoffen als Ersatz und Alternative zu herkömmlichen Encrgiequellen noch wirtschaftlicher gestaltet werden kann.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen mehrere Herdclemente aufweisenden Reaktor gelöst, der einen Druckbehälter aufweist, welcher eine Kammer begrenzt, in der eine Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Hcrdclementcn vorgesehen ist, die eine Reihe von oberen Herdelementen, welche in Richtung auf den Umfang der Kammer winklig abwärts geneigt sind und eine Trocknungsoder Vorheizzone bilden, in der Feuchtigkeit und chemisch gebundenes Wasser im Beschickungsmaterial extrahiert wird, aufweisen. Unterhalb dieser oberen Herdelemente ist eine Reihe von unteren Herdclementcn angeordnet, die eine Reaktionszonc bilden, welche eine Heizeinrichtung zur Durchführung ^ einer Erhitzung des Beschickungsmateriales auf eine erhöhte

2ΰ Temperatur unter einem gesteuerten unteratmosphärischera Druck über eine zur Verdampfung von mindestens oinem Teil der flüchtigen Bestandteile darin und zur Erzeugung von Reaktionsgasen sowie eines festen Reaktionsproduktes mit einem erhöhten Heizwert auf einer feuchtigkeitsfreien Basis ausreichenden Zeitdauer aufweist. Die in der Reaktionszone erzeugten heißen Reaktionsgaso strömen im Wärmeaustausch mit dem Beschickungsmatcrial in der Trocknungszone im Gegcnstrom nach oben, wobei mindestens eine teilweise Kondensation ihrer kondensierbaren Teile an dem eintretenden Beschickungsmatcrial auftritt, was zu einer Vorheizung desselben durch Entfernung der latenten Verdampfungswärme und desweiteren zu einer Freisetzung von chemisch gebundenem Wasser im Beschickungsmatcrial führt, welches von den winklig geneigten Ilcrdelementen unter Druck zu einer Stelle außerhalb des Reaktors abgezogen wird.

ORlOSNAL

Der Reaktionsbehälter ist mit einer sich mittig erstreckenden drehbaren Welle verschen, die eine Vielzahl von daran benachbart zu den oberen Flächen eines jeden Herdclcmentes angeordneten Kratz- bzw. Rührarmen aufweist. Diese Arme bewirken bei einer Drehung derselben eine fortschreitende Überführung des Beschickungsmaterials in Radialrichtung entlang eines jeden Herdelementes abwechselnd nach innen und außen, so daß eine wasserfallartige abwärts gerichtete Bewegung des Beschickungsmaterials von einem Herdelement zu dem darunter befindlichen nächsten Herdclcment erreicht wird. Vorzugsweise finden in der Trocknungszone des Reaktors ringförmige Leitelemente Verwendung, die oberhalb der Herdelemente und Kratzarmc angeordnet sind und die Strömung der im Gcr,enstrcn geführten heißen Reaktionsgase auf einen Bereich unmittelbar benachbart zum Beschickungsmaterial auf diesen Hcrdelementen begrenzen, um den Kontakt und die Wärmeübertragung zwischen dem Beschickungsmatcrial und den Gasen zu verbessern.

Das feste Reaktionsprodukt wird vom Bodenabschnitt des Reaktors abgezogen und in eine geeignete Kühlkammer überführt, in der es auf eine Temperatur abgekühlt wird, auf der es in Kontakt mit der Atmosphäre ohne nachteilige Auswirkungen abgeführt. werden kann.

In seinem oberen Abschnitt ist der Reaktor mit einem Auslaß versehen, der dazu dient, die Reaktionsgase unter Druck als ein Produkt des Verfahrens abzuziehen, das, ialls dies gewünscht wird, zur Verbrennung und Erhitzung der Reaktionszone des Reaktors eingesetzt werden kann. Der obere Abschnitt des Reaktors ist ferner mit einem Einlaß versehen, über den das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial oder Gemische davon

BAD ORDINAL

über einen geeigneten Druckverschluß in die Reaktionskammer und auf das oberste Ilerdelcment in der Trocknungszone geführt werden können.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Trocknung und Vorheizung des Ausgangsmaterials in einem Reaktor einer ersten Stufe durchgeführt, der außerhalb des mehrere Herdelemente aufweisenden Reaktors angeordnet ist. Das hierbei entstandene vorerhitzte und teilweise entwässerte Ausgangsmaterial wird danach in den die Reaktionszone bildenden Reaktor mit mehreren Herdelementen eingeführt, und zwar in entsprechender Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Verbundreaktor, bei dem die Reaktionszone im unteren Abschnitt desselben angeordnet ist. In Verbindung mit beiden Ausführungsformen wird desweiteren vorgeschlagen, geeignete Reinigungsvorrichtungen, beispielsweise Drahtbürsten, zur Entfernung von Ansammlungen von Enkrustationen von den Außenflächen der ringförmigen Leitelemente zu verwenden, um dadurch einen optimalen Wirkungsgrad der Vorrichtung aufrechtzuerhalten. Es wird ferner vorgeschlagen, die rohrförmigen Wärmetauscherelemente oder elektrischen Heizelemente mit leitenden Abschirmungen zu umgeben, die in entsprechender Weise einer Reinigung unterzogen werden können, um optimale Wärmeübertragungseigenschaften aufrechtzuerhalten.

Gemäß den Verfahrcnsmerkmalen der Erfindung werden die feuchten organischen kohlenstoffhaltigen Beschickungsmterialien in eine Vorheizzone eingeführt, die vom Reaktor getrennt oder in diesen integriert ist. In dieser Vorheizzonc wird das Beschickungsmaterial durch den Gegenstrom der Reaktionsgase auf eino Temperatur von etwa 150 - etwa 260° C vorerhitzt. Gleichzeitig wird Feuchtigkeit, die auf dem kalten einge-

gebonen Ausgangsmatcrial kondensiert, sowie durch Erhitzen des Ausgangsmaterials freigesetzte Feuchtigkeit dem Ausgangsmaterial entzogen und unter Druck aus der Vorheizzonc über ein Entwässerungssystem abgeführt. Das in einem teilweise entwässerten Zustand befindliche Ausgangsmaterial dringt von der Vorheizzone nach unten durch die Reaktionszone und wird auf eine Temperatur von etwa 200 bis etwa 650° C oder höher erhitzt, und zwar unter einem von etwa 21 bis etwa 20 7 bar reichenden Druck oder höher über eine Zeitdauer von etwa 1 min bis auf etwa 1 h oder länger, um eine Verdampfung von mindestens einem Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen und die Erzeugung einer gasförmigen Phase sowie eines festen Reaktionsproduktes zu erreichen.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbcispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines mehrere Herdelemente aufweisenden Reaktors;

Figur 2 einen Horizontalschnitt durch den Reaktor der Figur 1, und zwar durch einen Reaktorabschnitt, bei dem die Anordnung der quer verlaufenden Wärmeaustauscherrohrc erkenn

bar ist;

Figur 3 eine Teildraufsicht, teilweise im Schnitt, auf die Abgabeöffnungen eines geneigten ringförmigen Herdelemcntes, das in der oberen Vorheizzone des in Figur 1 gezeigten Reaktors angeordnet ist;

Figur 4 ein schematisches Flußdiagramm des Reaktors und verschiedener Verfahrensabläufe bei der thermischen Behandlung von kohlenstoffhaltigcn Ausgangsmaterialien; und

Figur 5 eine Teilseitenansicht, teilweise im

Schnitt, eines mehrere Herdelemente aufweisenden Reaktors, der mit einer vom Reaktor getrennten Vorheiz- und Trocknungs

stufe versehen ist, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

Wie aus den Figuren 1 bis 3 hervorgeht, umfaßt ein mit mehreren Herdelementen versehener Reaktor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Druckbehälter 10, der einen domförmigen oberen Abschnitt 12, einen kreiszylindrischen Mittelabschnitt 14 und einen domförmigen unteren Abschnitt 16 aufweist, die mit Hilfe von ringförmigen Flanschen 18 gasdicht aneinander befestigt sind. Der Reaktor wird in einer im wesentlichen aufrecht stehenden Position von einer Reihe von Beinen 20 getragen, die an Anschlägen 22 befestigt sind, welche mit dem unteren Flansch 18 des mittleren Abschnitts des Behälters verbunden sind. Der obere domförmige Abschnitt 12 ist mit einem mit einem Flansch versehenen Einlaß 24 zur Einführung von partikelförmigem feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial in

das Innere des Reaktors verschen. Ein ringförmiges Leitclement 26 ist benachbart zum Einlaß 24 angeordnet und dient dazu, das eintretende Ausgangsmatcrial in Richtung auf den Umfang der Reaktionskammer zu führen. Ein mit eincm Flansch versehener Auslaß 28 ist an der gegenüberliegenden Seite des oberen Abschnittes 12 vorgesehen und dient dazu, die unter Druck stehenden Reaktionsgase in einer nachfolgend beschriebenen Weise von der Reaktionskammer abzuziehen. Ein sich nach unten erstreckender ringförmige Vorsprung 30 ist am inneren mittleren Abschnitt des oberen Abschnittes 12 ausgebildet, hin Lager 32 ist in dem Vorsprung angeordnet, um das obere Ende einer drehbaren Welle 34 . drehbar zu lagern.

Die Welle 34 erstreckt sich in der Mitte des Innenraums des Reaktors und ist an ihrem unteren Ende mit Hilfe eines Lagers 38 und einer Strömungsmitteldichten Dichtungscinheit 40 in einem ringförmigen Vorsprung 36 gelagert, der im unteren Abschnitt 16 ausgebildet ist. Das auswärts vorstehende Ende der Welle 34 weist oinen abgestuften Stummelwellenabschnitt 42 auf, der in einem Drucklager 44 gelagert ist, das in einem Lagerträger 46 montiert ist.

Eine Vielzahl von radial verlaufenden Kratz- bzw. Rührarmen 48 ist in Vertikalrichtung in Abständen an der Welle 34 befestigt und steht von dieser radial vor. Normalerweise können zwei, drei oder vier Kratzarme in der Vorheiz- oder Trocknungszone und bis zu sechs Kratzarmen in der Reaktioszone Verwendung finden. Typischerweise sind vier Kratzarmc auf jedem entsprechenden Niveau an der drehbaren Welle befestigt, und zwar in Abständen von etwa 90°. Eine Vielzahl von winklig angeordneten Kratzzähnen 50 ist an den unteren Seiten der Kratzarme 48 angeordnet und winklig orientiert, so daß eine

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radial einwärts- und auswärts gerichtete Überführung des Ausgangsmaterials entlang der Vielzahl der Ilerdelcmente in Abhängigkeit von einer Drehung der Welle durchgeführt werden kann.
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Eine Drehung der Welle 34 und der daran befindlichen Kratzarmeinheiten wird mit Hilfe eines Motors 52 erreicht, der auf einer einstellbaren Basis 54 gelagert ist und ein Kegelrad 56 ausweist, das an seiner Ausgangswelle fixiert ist. Dieses Kegelrad kämmt in konstanter Weise mit einem angetriebenen Kegelrad 58, das am unteren Endabschnitt der Welle fixiert ist. Bei dem Motor 52 handelt es sich vorzugsweise um einen solchen mit veränderlicher Drehzahl, so daß die Drehzahl der Welle in gesteuerter Weise verändert werden kann.

Um eine Expansion und Kontraktion der Welle in Längsrichtung und Veränderungen in der Vertikallagc der davon vorstehenden Kratzarmc in Abhängigkeit von Temperaturänderungen innerhalb des Reaktors zu ermöglichen, sind die Basis 54 und das auswärts vorstehende Ende der Welle 34 auf einstellbaren Hubeinrichtungen 60 angeordnet, die durch einen strömungsmittelbetätigten Zylinder 6 2 unterstützt werden. Hierdurch kann ' die Höhe der Basis 54 wahlweise verändert werden, um eine geeignete Anordnung der Kratzzähne 50 relativ zu den Oberflächen der Herdelementc innerhalb des Reaktors zu ermöglichen.

Bei der in Figur 1 gezeigten speziellen Ausführungsform ist das Innere des Reaktors in eine obere Vorheiz- oder Entwässcrungszone und eine untere Reaktionszone unterteilt. Die Vorheizzone umfaßt eine Vielzahl von übereinander angeordneten, winklig geneigten ringförmigen Herdelenenten 64,

die in Richtung auf den Umfang der Reaktionskammer abwärts geneigt sind. Die obere Vorheizzone ist mit einer kreisförmigen zylindrischen Auskleidung 66 versehen, die radial einwärts im Abstand von der Wand 14 des mittleren Abschnittes angeordnet und an der die winklig geneigten Herdelemente 64 befestigt sind. Das obere Ende der Auskleidung 66 ist mit einem auswärts geneigten Abschnitt 68 versehen, um das Eindringen von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial in den Ringraum zwischen der Auskleidung und der Wand 14 des Mittelabschnittes zu verhindern. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist das oberste Herdelemcnt 64 an seinem Umfang mit der Auskleidung 66 verbunden und erstreckt sich aufwärts und einwärts in Richtung auf die drehbare Welle 34. Das Herdolement 64 endet in einem abwärts gerichteten kreisförmigen Leitelement 70, das einen Ringkanal begrenzt, durch den das Ausgangsmaterial kaskadenförmig nach unten auf den inneren Abschnitt des darunter befindlichen ringförmigen Herdelementes fällt. Das unter dem obersten Herdelement 64 angeordnete abwärts geneigte ringförmige Ilerd- element 64 ist mit Hilfe von Armen 72 in Winkelabständen an der Auskleidung 66 befestigt und wird von dieser getragen. Wie man am besten aus Figur 3 ersehen kann, ist das zweite ringförmige Herdelemcnt 64 mit einer Vielzahl von Öffnungen 73 un seinen Umfang herum versehen, über die das Ausgangsmaterial kaskadenförmig auf das nächste darunter befindliche Herdelcment abgegeben wird. Bei dieser Ausbildung wird ein feuchtes kohlenstoffhaltig.es Ausgangsmaterial, das durch den Einlaß 24 eingegeben wird, über das Leitclcment 26 zum Außenumfang des obersten Herdclementcs 64 abgeleitet und danach durch die Kratzzähnc 50 aufwärts und einwärts in eine Lage über dem kreisförmigen Leitelement 70 gefördert, wo das Material nach unten auf das darunter befindliche Herdelcment fällt. Die auf dem zweiten Hordelemcnt befindlichen Kratzzähne 50 fördern das Ausgangsmaterial entlang

der Oberfläche des Ilcrdelcmcntes abwärts und auswärts, bis es schließlich durch die um den Umfang des Elementes herum angeordneten öffnungen 73 abgegeben wird. Das Ausgangsmaterial setzt seine Abwärtsbewegung in einer abwechselnd einwärts und auswärts gerichteten kaskadenförmigcn Weise fort, wie durch die Pfeile in Figur 1 angedeutet, und wird schließlich in die untere Reaktionszone abgegeben.

Während seiner kaskadenförmigen Abwärtsbwegung kontaktiert das Ausgangsmaterial die im Gegenstrom geführten erhitzten Reaktionsgase, die eine· Vorerhitzung des Ausgangsmaterials auf eine Temperatur zwischen etwa 94 und etwa 260° C bewirken. Um einen engen Kontakt des Ausgangsmaterials mit den aufwärts strömenden Reaktionsgasen zu erreichen, sind ringförmige Leitelemente 72 unmittelbar über den Kratzarmen 48 von mindestens einiger, der winklig geneigten Herdelemente 64 angeordnet, so daß die Strömung von diesen heißen Reaktionsgasen auf einen Bereich unmittelbar benachbart zur Oberfläche der ringförmigen Herdelemente begrenzt wird und hier ein Wärmeaustausch mit dem auf den Ilerdelementen befindlichen Ausgangsmatcrial stattfinden kann. Iiine Vorerhitzung des Ausgangsmaterials wird teilweise durch Kondensation von kondensierbaren Teilen des Reaktionsgases erreicht, wie beispielsweise von Dampf auf den Oberflächen des kalten eintretenden Aus-5 gangsnaterials, sowie durch einen direkten Wärmeaustausch. Die kondensierten Flüssigkeiten sowie das freigesetzte chemisch gebundene Wasser in dem eintretenden Ausgangsmaterial werden abwärts und auswärts entlang den ringförmig geneigten Herdclementen entwässert und am Umfang von diesen Herdelementen, die an ihren äußersten Enden mit der kreisförmigen Auskleidung verbunden sind, über eine ringförmige Rinne 74 abgezogen, die mit einem Sieb 76, beispielsweise einem Johnson-Sieb, über ihrem Einlaßende versehen ist, welches mit Hilfe eines Kratzers oder einer Drahtbürste 77 am äußersten Kratzzahn des benachbarten Kratzarmes

kontinuierlich abgewischt werden kann. Die ringförmigen Rinnen 74 stehen in Verbindung mit Fallrohren 78, die innerhalb des Ringraumos zwischen der Auskleidung 66 und der Wand 14 des Mittelabschnittes angeordnet sind. Die Flüssigkeit wird aus dem Reaktionsbehälter über einen Kondensatauslaß 80 abgezogen, wie in Figur 1 gezeigt.

Die gekühlten Reaktionsgase, die aufwärts durch die Vorheizzonc strömen, werden schließlich durch den mit dem Flansch versehenen Auslaß 28 vom oberen Abschnitt 12 des Druckbehälters abgezogen.

Das vorerhitzte und teilweise entwässerte Ausgangsmaterial gelangt vom untersten Herdelement in der Vorheizzone zum obersten ringförmigen Herdelement 82 in der Reaktionszone unter einem kontinuierlich gesteuerten erhöhten Druck und wird weiter erhitzt auf Temperaturen, die von etwa 200 bis etwa 650° C oder höher reichen. Die ringförmigen Herdelemente 8 2 in der Reaktionszone sind in einer im wesentlichen horizontalen Lage angeordnet, wobei der Umfang der übernächsten Herdelementein einer im wesentlichen abgedichteten Weise gegen eine kreiszylindrische feuerfeste Auskleidung 84 an der Innenwand 14 des mittleren Abschnittes stößt. Die Kratzzä'.ne 50 an den Kratzarmen 48 in der Reaktionszuuc bewirken in entsprechender Weise eine abwechselnd radial einwärts und radial auswärts gerichtete Bewegung des Ausgangsmaterials durch die Reaktionszone in einer kas]cadcnförmigcn Weise, wie dies durch die Pfeile in Figur 1 angedeutet ist. Das im wesentlichen feuchtigkeitsfreie und thermisch aufgearbeitete feste Reaktionsprodukt wird am Mittelpunkt des untersten Herdelemcntes 8 2 in einen konischen Kanal 86 abgegeben und vom Druckbehälter über einen mit einem Flansch versehenen Auslaß 88 abgeführt.

Um die Wärmeverluste des Druckbehälters weiter zu reduzieren, sind der zylindrische Abschnitt sowie der untere Abschnitt 16 mit einer äußeren Isolationsschicht 90 irgendeiner bekannten Ausführungsform versehen. Der mittlere Abschnitt ist vorzugsweise desweiteren mit einer äußeren Umhüllung 8 2 ausgestattet, um die darunter befindliche Isolation zu schützen.

Die Erhitzung des Ausgangsmateriales innerhalb der Reaktionszone kann durch darin angeordnete elektrische Heizelemente, durch eine den Umfang der Wand 14 dos mittleren Abschnittes umgebende Umhüllung, durch die ein Wärmeaustauschstromungsmittcl umgewälzt wird, oder alternativ dazu gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform durchgeführt werden, bei der eino sich in Umfangsrichtung erstreckende rohrförmig© WärmeaustauschanorJnung, die ein schraubenförmiges Rohrbündel 94 aufweist, das benachbart zu der Innenfläche der feuerfesten Auskleidung 84 angeordnet ist, sowie ein sich in Querrichtung erstreckender Wärmetauscher vorgesehen ist, der eine Vielzahl von U-förmigen Rohren 96 umfaßt, welche horizontal über den Druckbehälter bis zu einer Stelle unmittelbar unter den ringförmigen llerdelementcn 82 vorstehen. Das Rohrbündel 95 des sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wärmeaustauschers steht über einenmit einem Flansch versehenen Einlaß 93 und einen mit einem Flansch versehenen Auslaß 100 mit einer äußeren Quelle eines Wärmeübortragungsströmunosmittels, beispielsweise komprimiertem Kohlendioxid o.a. Obertragungsströmungsmitteln, in Verbindung. Die U-förmigen Rohre 9 6 des in Querrichtung verlaufenden Wärmetauschers sind, wie am besten den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, an einen Einlaßvertciler .aid einen Auslaßverteiler 102 und 104 angeschlossen, die wiederum mit einem mit einem Flansch versehenen Hinlaß 106 und einen nit einem Flansch versehenen Auslaß 108, welche sich durch die Wand des Druckbehälters erstrecken, verbunden sind. Die sich in Umfangsrichtung

und in Querrichtung erstreckenden Wärmetauschersysteme können an die gleiche Quelle eines Wärmeaustauschströmungsmittels angeschlossen sein oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in Figur 4 schematisch dargestellt ist, S an separate Heizquellen, die eine unabhängige Steuerung eines jeden Systems zur Erzielung der gewünschten Erhitzung und thermischen Umstrukturierung des Ausgangsmaterials in der Reaktionszone ermöglichen.

Wie man dem Flußdiagramm der Figur 4 entnehmen kann, wird im Betrieb des Reaktors ein geeignetes feuchtes kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial aus einem Lagerbunker 110 über einen geeigneten Druckverschluß 111 unter Druck in den Einlaß 24 des Druckbehälters 10 geführt. Das feuchte Ausgangsmaterial wird durch die obere Vorheizzone 112 in der vorstehend beschriebenen Weise und in Wärmeaustauschkontakt mit den sich nach oben bewegenden Reaktionsgasen abwärts geführt, um eine Vorerhitzung des Ausgangsmatcrials innerhalb eines Temperaturbereiches vonctwa 94 - etwa 260° C in der vorstehend in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Weise zu erreichen. Danach dringt das vorerhitzte und teilweise entwässerte Ausgangsmaterial nach unten in die untere Reaktionszone 114 des Reaktors ein, in der es auf eine erhöhte Temperatur von etwa 200 bis etwa 650° C erhitzt wird, um eine gesteuerte thermische Umstrukturierung oder Teilpyrolyse desselben zu erreichen, die von einer Verdampfung nahezu des gesamten Feuchtigkeitsgehaltes sowie der organischen flüchtigen Bestandteile und der Pyrolysereaktionsprodukte begleitet wird. Der Druck innerhalb des Reaktors wird in einem Bereich von etwa 21 bis etwa 207 bar oder höher gesteuert, je nach der verwendeten Art des Ausgangsmatcrials und der gewünschten thermischen Umstrukturierung desselben, um das gewünschte feste Reaktionsprodukt zu

erzeugen. Die Anzahl der ringförmigen Herdclemente in der Vorheizzone und in der Reaktionszonc des Reaktors wird in Abhängigkeit von der gewünschten Behandlungsdauer gesteuert, um eine Verwcilzeit des Materials in der Reaktionszone vorzusehen, die von etwa 1 min bis 1 h oder langer dauert. Das entstandene thermisch aufgearbeitete feste Reaktionsprodukt wird über den Auslaß 88 im unteren Abschnitt des Reaktors abgeführt und in einem Kühler 116 weiter bis auf eine Temperatur abgekühlt, auf der das feste Reaktionsprodukt ohne Verbrennung oder andere nachteilige Aus\virkungen in Kontakt mit der Atmosphäre abgegeben werden kann. ObIicherweise ist eine Abkühlung des festen Reaktionsproduktes auf eine Temperatur unter etwa 260° C, üblicherweise unter etwa 150° C, angemessen. Die Abgaboleitung vom Auslaß 88 ist ebenfalls mit einem Druckverschluß 118 versehen, den das Rcaktionsprod..kt passiert, um einen Druckverlust des Reaktors zu verhindern.

Die abgekühlten Reaktionsgase werden vom oberen Ende dos Reaktors durch den mit dem Flansch versehenen Auslaß 28 abgezogen und strömen über ein Druckreduzierventil 120 zu einem Kondensator 122. Im Kondensator 122 werden die organischen und kondensierbaren Teile des koaktionsgases kondensiert und als als Nebenprodukt anfallendes Kondensat abgezogen. Der nicht kondensierbare Toil dos Gases wird abgezogen und kann wiedergewonnen und zur Ergänzung der Beheizung des Reaktors verwendet werden. In entsprechender Weise wird der vom Reaktor in der Vorheizzone abgezogene flüssige Teil durch ein geeignetes Druckreduzierventil entfernt und als Abwasser abgezogen. Dieses Wasser enthält häufig wertvolle gelöste organische Bestandteile und kann weiterbchandelt werden, um eine Extraktion dieser Bestandteile zu erreichen. Das d^c gelösten

organischen Bestandteile enthaltende Wasser kann auch direkt zur Erzeugung eines wässrigen Schlammes verwendet werden, der Teile des verkleinerten festen ReaktionsproduA.es enthält, um einen Transport desselben zu einem vom Reaktor entfernten Punkt zu ermöglichen.

Im Flußdiagramr. der Figur 4 sind ferner schematisch Hilfsheizsysteme zur Wiederumwälzung des Wärmeübertragungsmediums durch die sich in Umfangsrichtung und in Quer- richtung erstreckenden Wärmetauscherabschnittc der Reaktionszone 114 dargestellt. Das sich in Umfangsrichtung erstreckende Wärmeaustauschsystem umfaßt eine Pumpe 126 zur Umwälzung des Wärmeübcrtragungsmittcls durch einen Wärmetauscher oder einen Ofen 128, um eine Wiedererhitzung desselben und eine Abgabe in das Rohrbündel in der Reaktions zone zu ermöglichen. In entsprechender Weise ist das sich in Querrichtung erstreckende Wärmeaustauschsystem mit einer Umwälzpumpe 130 und einem Ofen 13 2 zur Umwälzung und Wiedererhitcung des Wärmeübertragungsmittels und zur Abgabe in die U-förmigen Rohre in der Reaktionszone 114 versehen.

Der VO- stehend beschriebene Reaktor und das entsprechend Verfuhren sind besonders geeignet zur Behandlung von kohlenstoffhaltigen Materialien odur Gemischen aus derartigen Materialien der vorstehend beschriebenen Art, die insbesondere dadurch gekennzeichnet sind, daß sie in ihrem "Rohzustand" einen hohen FeuchtigKoitsgehalt aufweisen. Der hier verwendete Begriff "kohlenstoffhaltig" soll Materialien bezeichnen, die einen hohen Gehalt an Kohlcnstoff aufweisen und in der Natur vorkommende Lagerstätten sowie Abfallmaterialion umfassen, die aus der Landwirtschaft und der Forstwirtschaft resultieren. Derart!;;^ Materialien umfassen üblicherweise Kohlearten nit qcrin^cn

Bitumcngehalt, lignitischc Kohlcarten, Torf, Zelluloscabfallmaterialien, wie beispielsweise Sägemehl, Rinde, Holzschnitzel, Zweige und Späne aus Sägewerken und Holzbearbeitungsfabriken, landwirtschaftliche Abfallmatcrialien, wie beispielsweise Baumwollpflanzenstengol, Nußschalen, Maiskolben, Reisschalen o.a., und feste städtische Abfallpulpe, aus der die metallischen Verunreinigungen entfernt worden sind und die weniger als etwa 50 Gew. % Feuchtigkeit, typischerweise etwa 25 Gew. % Feuchtigkeit, enthält. Der vorstehend beschriebene Reaktor und das entsprechende Verfahren sind besonders geeignet zur Behandlung und Aufarbeitung von derartigen Zellulosematerialien unter Bedingungen und Verfahrensparametern, wie sie in den US-PS' en 4 052 168, 4 126 519, 4 129 420, 4 127 391 und 4 477 257 beschrieben sind.

Es wird nunmehr ein typisches Beispiel in bezug auf die Betriebsweise des in Figur 1 dargestellten Reaktors zur Aufarbeitung von geringbitumenhaltiger Kohle beschrieben, die etwa 30 Gew. % Feuchtigkeit im Ausgangszustand enthält. Die unbohandelte Kohle wurde, wie in Figur 4 gezeigt, von Bunker 110 durch den Druckverschluß 111 mit einer Temperatur von etwa 15° C und unter atmosphärischem Druck in den Reaktor eingeführt, der auf einem Druck von etwa 5 7 bar gehalten wurde. Die Kohle wurde in der Vorheizzone 112 des Reaktors während ihrer Abwärtsbewegung von ihren 15° C erhitzt und dann in die Reaktions zone 114 mit einer Temperatur von etwa 260° C ein. Das aus der Vorheizzonc abgezogene Wasser wurde mit einer Temperatur von etwa 160° C und einem Druck von etwa 5 7 bar entfernt. Vom oberen Abschnitt der Vorheizzonc wurde Gas entfernt, das die gleiche Temperatur und den gleichen Druck aufwies. Das Reaktionsgas von der Reaktionszone drang in den unteren Abschnitt der Vorheizzone mit einer

Temperatur von etwa 260° C und einem Druck von 57 bar ein. Das entstandene feste Reaktionsprodukt wurde vom Boden der Reaktionszone mit einer Temperatur von etwa 380° C und einem Druck von 57 bar abgezogen, wonach es auf eine Tcmperatur von etwa 94° C abgekühlt und auf atmosphärischen Druck abgegeben wurde.

Ein typischer Durchsatz des Ausgangsmaterials betrug 23,52 t pro Stunde, wobei dieses Ausgangsmaterial 7,22 t pro Stunde Wasser enthielt. Das gewonnene Wasser betrug 9,21 t pro Stunde, während das gewonnene Gas 2,51 t pro Stunde zusätzlich zu 0,15 t pro Stunde Dampf betrug. Der Durchsatz des vom Reaktor abgegebenen festen Reaktionsproduktes betrug 11,49 t pro Stunde, während das nach Extraktion der kondcnsierbaren Teile verbleibende Gas 2,51 t pro Stunde zusätzlich zu 0,15 t pro Stunde Wasser betrug.

Bei einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art besaß die zugeführte feuchte Kohle einen Heizwert von 78.606 kJ/h (754085 Btu/h) , während das auf 94° C abgekühlte feste Reaktionsprodukt einen Heizwert von 1.348.867 kJ/h (1278547 Btu/h) aufwies. Das gewonnene Gas besaß einen Heizwert von 1130825 kJ/h (1071872 Btu/h), während das heiße abgezogene Wasser einen Heizwert von 628071 kJ/h (5955518 5 Btu/h) aufwies.

Der vorstehend beschriebene Verfahrensablauf sowie die entsprechenden Bedingungen sind typisch für die Behandlung von bitumcnarmen Kohlearten. Es versteht sich, daß die speziellen Temperaturen in den verschiedenen Zonen des Reaktors, die angewendeten Drücke und die Verweildauer des Ausgangsmateriales innerhalb der verschiedenen Zonen verändert werden können, un die aforderliche thermische Aufarbeitung und/oder chemische Umstrukturierung des Zellulosc-Ausgangsmaterials in

O O '4 ^i ^ -j

Abhängigkeit von seinem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt, dem allgemeinen chemischen Aufbau und dem Kohlenstoffgehalt desselben sowie den gewünschten Eigenschaften des gewonnenen festen Reaktionsproduktes zu erzielen. Die Vorheizzone des Reaktors kann daher so gesteuert werden, daß eine Vorerhitzung des mit Raumtemperatur eintretenden Ausgangsmaterials auf eine erhöhte Temperatur erreicht wird, die allgemein zwischen etwa 94° C und etwa 260° C liegt, wonach das Material bei Eintreten in die Reaktionszone auf eine Temperatur von etwa 65Ü° C oder mehr erhitzt wird. Der Druck innerhalb des Reaktors kann ebenfalls in einem Bereich von etwa 21 bis etwa 207 bar variiert werden, wobei Drücke von etwa 41 bis etwa 103 bar typisch sind.

Es wird nunmehr ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reaktors anhand der Figur 5 beschrieben. Bei diesem Reaktor wird die Vorheizzonc durch eine geneigte Kammer 134 gebildet, deren oberes Auslaßende v:bcr einen Flansch 13ü mit einem mit einem Flansch versehenen Einlaß 138 eines mehrere Ilcrdclcmente aufweisenden Reaktors 140 verbunden ist, der die Reakt ions zone umgrenzt. Die Kammer 134 ist an ihrem unteren Endabschnitt mit einem Einlaß 14 2 verschen, durch den das feuchte kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial eintritt. Dieses Material wird übor einen Schneckenförderer oder einen Bunkcrverschluü 14-unter Druck in das untere Ende der Kammer geführt. Das Ausgangsmatcrial wird unter Druck mit Hilfe eines Schneckenförderers 146, der sich über die Länge der Kammer erstreckt, in der Kammer 134 aufwärts gefördert. Das obere Ende des Schnecken!⁷ürdcrcrs wird durch eine Endkappe 14S gelagert, die über Bolzen am oberen Ende der Kaa;.icr jofcstigt ist, während das untere Ende des Förderers r.it Hilfe einer Dichtung und Lagereinheit 150 gelagert

uird, welche an einem Flansch montiert ist, der über Bolzen an unteren Ende der Kammer befestigt ist. Die vorstehend Endwellc des Schneckcnfördcrs 146 ist r.nt Ililic einer Kupplung 152 an einen Elektromotor 154 mit veränderlicher Drehzahl angeschlossen.

Das obere Ende der Kammer 134 weist einen mit einem Flansch versehenen Auslaß 156 auf, der mit einem geeigneten Druckentlastungsventil, beispielsweise einer Bruchscheibe, vcrsehen ist, um den Druck des Reaktorsystcnis bei Erreichen eines vorgegebenen Druckniveaus abzubauen. Der untere Abschnitt der gleichen Kanner ist mit einen zweiten Mit einen Flansch versehenen Auslaß 158 versehen, der über ein geeignetes Sieb, beispielsweise ein Johnson-Sieb, mit der Wand der Kammer 134 verbunden ist. Durch diesen Auslaß werden die nicht kondensierbaren Gase vom System abgeführt. Der Auslaß 158 ist in einer in Figur 4 dargestellten Weise über ein Ventil 120 an ein Behandlung- und Wiedorgewinnungssysten für ein als Endprodukt anfallendes Gas angeschlossen.

Eine Yorerhitzung und teilweise Entwässerung des kohlenstoffhaltigen Materials, das aufwärts durch die geneigte ^anncr 134 gefördert wird, wird in Abhängigkeit von Jen in Gcgenstron geführten Reaktionsgasen, die aus dem Reaktor 140 über den Einlaß 138 abgeführt werden, durchgeführt. Wie bei der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform wird eine Vorerhitzung des Ausgangsmaterials zum Teil durch Kondensation der kondensierbaren Teile des Reaktionsgases, wie beispielsweise Dampf auf den Oberflächen des kalten eintretenden Materiales, sowie teilweise durch einen direkten Wärmeaustausch erreicht. Die Vorerhitzung des Ausgangsmatcrials erfolgt in einem Temperaturbereich von etwa 94 bis etwa 260° C. Die kondensierten Flüssigkeiten und das chemisch gebundene Wasser, das während der Vorerhitzung und Kompaktion des kohlenstoffhaltigen Materials in der Kammer

ORIGINAL INSPECTED

134 freigesetzt wird, worden nach unten entwässert und aus dem unteren Abschnitt dor Kammer durch eine Öffnung 160 abgezogen, und zwar in der Art und Weise, wie sie in Verbindung mit Figur 4 beschrieben worden ist. Die Öffnung 160 ist mit einem geeigneten Ventil 124 zur Abwasserbehandlung und Wiedergewinnung versehen. Die Wand der Kammer 134 benachbart zur Öffnung 160 ist mit einem geeigneten Sieb, beispielsweise einen Johnson-Sieb, versehen, um das Entweichen von festen Teilen des Ausgangsmateriales minimal zu halten.

Der in Figur 5 dargestellte Reaktor 140 besitzt einen entsprechenden Aufbau wie der in Figur 1 gezeigte Reaktor, mit der Ausnahme, daß das Innere des Reaktors eine Reaktionszone bildet und nicht die winklig geneigten Hcrdelementc 64 ent-

1Γ) hält, die in Figur 1 im oberen Vorheizabschnitt des Reaktors dargestellt sind. Der Reaktor 140 besitzt eine entsprechende Konstruktion und umfaßt einen domförmigen oberen Abschnitt 162, der mit einem kreiszylindrischen Mittelabschnitt 164 in gasdichter Weise über Ringfiansche 166 verbunden ist. Ein ringförmiger Vorsprung 168 ist an inneren Mittelabschnitt des domförmigen Abschnitts 162 ausgebildet und nimmt ein Lager 170 auf, in den das obere Ende einer drehbaren Welle 172 gelagert ist, die eine Vielzahl von Kratz- bzw. Rührarmen 174 wie bei der vorstehend in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Ausführungsform trägt. Jeder Kratzarm ist mit einer Vielzahl von winklig angeordneten Kratzzähnen 176 versehen, die das Ausgangsmatcrial radial einwärts und auswärts über eine Vielzahl von nit vertikalem Abstand angeordneten Herden lementen 178 fördern.

Das vorerhitzte und teilweise entwässerte Ausgangsnaterial, das vom oberen Ende der geneigten Kammer 134 abgegeben wird, dringt durch den mit einem Flansch versehenen Einlaß 138, der

BAD ORIGINAL

mit einer Rinne 18 0 zur Verteilung des Materials über das oberste Ilcrdclemcnt 178 versehen ist, in den Reaktor ein. In Abhängigkeit von einer Drehung der Kratzarme bewegt sich das Material in der vorstehend beschriebenen und in Figur 5 mit Pfeilen angedeuteten Weise abwechselnd kaskadcnförmig nach unten. Da der untere Abschnitt des Reaktors 140 im wesentlichen dem in Figur 1 gezeigten Reaktor entspricht, ist keine spezielle Darstellung vorgesehen. Die Antriebs- und Lageranordnung der Figur 1 kann in zufriedenstellender Weise für den Reaktor 140 eingesetzt werden.

Wiu bei dem Reaktor der Figur 1 ist auch der Reaktor 14 0 der Figur 5 mit einer zylindrischen Auskleidung 182 verscicn, die die Innenwand der Reaktionszone bildet. Zwischen der Auskleidung und der Reaktorwand 164 befindet sich eine äußere Isolationsschicht 1S4. In entsprechender Weise kann die Außenfläche der Wand und des domförmigcn oberen Abschnittes mit einer Isolationsschicht 186 verseilen sein, um Wärmeverluste minimal zu halten.

Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform wird das Ausgangsmaterial auf der Oberfläche eines jeden Hcrdelementes 178 durch eine elektrische Heizvorrichtung erhitzt, die schematisch bei 188 dargestellt ist. Diese Heizvorrichtung wird durch eine ringförmige leitende Abschirmung 190, die an der Unterseite des Herdclementes befestigt ist, nahezu vollständig umschlossen. Die Abschirmung 190 verhindert die Ablagerung von Teer und anderen thermischen Zcrsct^u- ^produkten auf den Heizelementen, die sonst den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung herabsetzen wurden. Derartige Abschirmungen 190 können in gleicher Weise bei der in Figur 1 dargestellten Ausführun^sform zum Umhüllen der Rohre 94 und 96 Verwendung finden, um in entsprechender Weise eine Abscheidung von Kohlenstoff und anderen Fremdmaterialicn zu verhindern.

BAD ORIGINAL

Bei der Ausführungsform der Figur 5 werden mindestens die unteren Flächen der ringförmigen Abschirmungen 190 mit Hilfe von geeigneten Kratzelementen, vorzugsweise Drahtbürsten, gereinigt, welche bei 192 dargestellt und am oberen Rand der Kratzarme 174 befestigt sind sowie sich radial zu diesem oberen Rand erstrecken. Eine Drehung der Welle 172 und der daran befestigten Kratzarme bewirkt daher eine kontinuierliche Reinigung der Unterseite der Abschirmungen, so daß eine Wärmeübertragung mit hohem Wirkungsgrad von den darin angeordneten Heizelementen sichergestellt wird.

N'ach einer langen Betriebsdauer kann eine unerwünschte Ansammlung von Teer und anderen Materialien auf den Innenflächen der in den Figuren 1 und 5 dargestellten Reaktoren auftreten. In einem solchen Fall kann das Innere des Reaktors gereinigt werden, indem die weitere Einführung von Ausgangsmaterialicn gestoppt wird. Nachdem der letzte Teil des Materiales den Auslaß vorlassen hat, kann Luft in das Innere des Reaktors eingeführt werden, um eine Oxidation und Entfernung der angesammelten kohlenstoffhaltigen Ablagerungen zu bewirken.

Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist der Reaktor 14 0 vorzugsweise mit einem einen Flansch anweisenden Auslaß 194 im domförmigen oberen Abschnitt desselben versehen, der an eine geeignete Bruchscheibe oder ein Druckcntlastunjssystem angeschlossen sein kann, und zwar in entsprechender Weise wie der Auslaß 156 der Kammer 134.

Die Betriebsbedingungen des in Figur Γ dargestellten Reaktors entsprechen in wesentlichen denen des Reaktors der Figur 1, v. ob ei ein aufgearbeitetes, chemisch umstrukturiertes, teilweise pyrolysiortcs Produkt erzeugt wird.

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Reaktor mit mehreren Ilerdelementen zur thermischen Behandlung von organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck, gekennzeichnet durch einen Druckbehälter ClO), der eine Kammer umgrenzt, die eine Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herdclementon aufweist, die eine Reihe von oberen Herdelementen (64) , die in Richtung auf den Umfang der Kammer abwärts geneigt sind, und eine Reihe von unteren Herdelementen (8 2), die im Abstand darunter angeordnet sind, enthalten, eine Einlaßeinrichtung (24) im oberen Abschnitt (12) des Behälters (10) zur Einführung eines feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmateriales unter / Druck auf das oberste Herdelement (64) , Kratz- bzw. ■„

Rühreinrichtungen (48), die über jedem Herdelement angeordnet sind und das Ausgangsmaterial radial entlang jedem Herdelement abwechselnd einwärts und auswärts fördern, 'um eine kaskadenförmige Abwärtsbewegung des Ausgangsmaterials von einem Herdelement zum darunter befindlichen nächsten zu erzeugen, eine Auslaßeinrichtung (2S) im oberen Abschnitt des Behälters zum Abzug von Reaktionsgasen unter Druck von der Kammer, Leiteinrichtungen (72), die die oberen Herdelementc und Kratzeinrichtungen überlagern und den aufwärts gerichteten Gegenstrom der Reaktionsgasc benachbart zum Ausgangsmaterial führen, so daß eine Wärmeübertragung dazwischen stattfinden kann, Entwässerungscinrichtungen (74, 76, 78, 80), die in Verbindung mit den oberen Hcrdelemcnten zum Abziehen von darauf befindlicher Flüssigkeit unter Druck aus der Kammer stehen,

Heizeinrichtungen (94, 96) in der Kammer, die in Bereich der unteren Hcrdelcmente (8 2) angeordnet sind und das darauf befindliche Ausgangsmaterial über eine ausreichende Zeitdauer auf eine erhöhte Temperatur bringen, um mindestens einen Teil der flüchtigen Substanzen desselben zur Erzeugung von Reaktionsgasen und einem Reaktionsprodukt zu verdampfen, und eine Abgabeeinrichtung (88) im unteren Abschnitt (16) des Behälters (10) zum Abziehen des Reaktionsproduktes unter Druck aus der Kammer. 10

2. Reaktor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß er desweitcrcn Reinigungseinrichtungen (77) umfaßt, die zum Reinigen der Entwässerungseinrichtungen (76) dienen und den Kratzeinrichtungen (48) zugeordnet sind.

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3. Reaktor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (94) in Unfangs-

\ richtung um das Innere der Kammer herum angeordnet sind.

4. Reaktor nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizeinrichtungen (96) in Abständen in Querrichtung innerhalb der Kammer und benachbart zur Unterseite eines jeden unteren Herdelcmentes (82) erstrecken.

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5. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (94, 96) innerhalb einer leitenden Abschirmung (190) angeordnet sind und desweitcrcn Schabeinrichtungen (192) an den Kratzeinrichtungen zum Entfernen von Ablagerungen von mindestens einem Teil der Außenflächen der Abschirmung (190) aufweisen.

ORJGfNAL INSPECTED

6. Reaktor nach Anspruch 1, d a d urch gekennzeichnet, daß er Einrichtungen (60, 62) zur einstellbaren Lagerung der Kratzeinrichtungen (48) für eine Vertikalbcwcgung relativ zu den Oberflächen cor oberen und unteren Ilerdclemcnte (64,82) aufweist.

7. Reaktor zur thermischen Behandlung von organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck, gekennzeichnet durch eine Vorheizkammer

(134) mit einem Einlaß (14 2) an einem Ende zur Aufnahme des Ausgangsmaterials unter Druck und einem Auslaß am anderen Ende zur Abgabe des vorerhitzten Ausgangsmaterials, eine Fördereinrichtung (146) zum Fördern des Ausgangsmatcrials durch die Kammer vom Einlaß (142) zum Auslaß, eine Entwässerungseinrichtung (160) in der Kammer zum Abziehen von darin befindlicher flüssigkeit unter Druck aus der Kammer, eine Auslaßeinrichtung (156) im oberen * Abschnitt der Kammer zum Abziehen von Reaktionsgasen unter / Druck von der Kammer an einer Stelle, die im Abstand vom *·· Auslaß angeordnet ist, einen mehrere Hcrdelemcntc aufweisenden Reaktor (140), der einen Druckbehälter mit einer Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herdelementcn (17S) aufweist, eine Einlaßeinrichtung (138) im oberen Abschnitt (162) des Behälters, die in Verbindung mit dem Auslaß der Kammer zur Einführung des vorerhitzten Ausgangsmaterials unter Druck auf das oberste Hcrdelemcnt steht, Kratz- bzw. Rühreinrichtungen (174, 176), die über jedem Ilcrdclement angeordnet sind und das Material radial entlang eines jeden Herdclenentes abwechselnd einwärts und auswärts fördern, um eine kaskadenartige Abwärtsbewegung des Ausgangsmaterials von einem Hcrdelement zum nächsten darunter befindlichen !Icrdelement zu erzeugen, Heizeinrichtungen (188) im Behälter

zum fortschreitenden Erhitzen des Ausgangsmateriales auf den Herdelementen auf eine erhöhte Temperatur über eine Zeitdauer, die zum Verdampfen von mindestens einem Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen zur Erzeugung von Reaktionsgasen und einem Reaktionsprodukt ausreicht, Einrichtungen zum Lenken der Reaktionsgase nach oben durch den Behälter und durch die Vorheizkanmer im Gegenstrom zur Bewegung des Ausgangsmaterials zur Auslaßeinrichtung und eine Abgabeeinrichtung im unteren Abschnitt des Behälters zur Abgabe des Reaktionsproduktes unter Druck vom Reaktor.

8. Reaktor nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Fördereinrichtung

(146) in der Kammer um einen Schneckenförderer handelt.

9. Reaktor nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß die Ileizeinrichtungen (94) in Umfangsrichtung um den Umfang des Behälterinncren angeordnet sind.

10. Reaktor nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizrichtungen (96) im Abstand voneinander in Querrichtung durch das Innere des Behälters benachbart zur Unterseite eines jeden Herdelementes erstrecken.

11. Reaktor nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (188) innerhalb einer leitenden Abschirmung (190) angeordnet sind und desweiteren Schabeinrichtungen (192) auf den Kratz-

ORIGlNAL !NSFECTED

einrichtungen zum Entfernen von Ablagerungen von mindestens einem Teil der Außenflächen der Abschirmung umfassen.

Reaktor nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren Einrichtungen (60,

62) zur einstellbaren Lagerung der Kratzeinrichtungen (174) im Reaktor für eine Vertikalbewegung relativ zu den Oberflächen der Herdclemcntc (178) aufweist.

13. Verfahren zur thermischen Behandlung von feuchten organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Einführen eines feuchten kohlenstoffhaltigen Materials, das unter Druck behandelt werden soll, in einen mehrere Herdelemente aufweisenden Reaktor, der einen Druckbehälter aufweist, welcher eine Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Ilerdclementen umfaßt, die eine Reihe von oberen Herdelementen, welche in Richtung auf den Umfang des Behälters abwärts geneigt angeordnet sind, und eine Reihe von unteren Hcrdclcmcnten, die im Abstand darunter angeordnet sind, umfassen,

(b) Absetzen des Ausgangsmaterials auf dem obersten Herdeiemcnt und Fördern desselben radial entlang eines jeden llerdclemontcs abwechselnd einwärts und auswärts, um eine kaskadcnförmige Abwärtsbewegung des Materials von einem Herdelcmcnt zum nächsten darunter befindlichen Herdelement zu erreichen,

(c) Inkontaktbringcn des Ausgangsmaterials mit in Gegcnstroni geführten Reaktionsgasen, um eine Vorerhitzung des Ausgangsmaterials auf den oberen Herdelementcn auf eine Temperatur von etwa 94 bis etwa 260° C zu erreichen,

Cd) Entfernen von Flüssigkeit von den oberen Hcrdelementen, die aus der freigesetzten Feuchtigkeit des Ausgangsmaterials und von kondensicrbaren Flüssigkeiton in den Reaktionsgasen stammt, unter Druck aus dem Inneren des Behälters,

Ce) Erhitzen des vorerhitzten Ausgangsmaterials auf den unteren Herdelemcnten auf eine erhöhte Temperatur über eine Zeitdauer, die zum Verdampfen von mindestens einem Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen und zur Erzeugung von Reaktionsgasen und einem festen Reaktionsprodukt ausreicht, und

Cf) Abziehen der verbleibenden Reaktionsgase aus dem oberen Abschnitt des Behälters und Abgeben des festen Reaktionsproduktes unter Druck vom unteren Abschnitt des Behälters.

14. Verfahren zur thermischen Behandlung von feuchten organischcn kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Ca) Einführen eines feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmatcriales, das unter Druck behandelt werden soll, in eine Vorheizkanmer und Vorerhitzen des Ausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa

94 bis etwa 260° C durch Wärmeübertragung mit im Gegenstrom geführten Reaktionsgasen,

Cb) Entfernen jeglicher Flüssigkeit, die sich in der Vorheizkammer gebildet hat, unter Druck aus der Kammer,

Cc) Einführen des vorerhitzten Ausgangsmaterials unter Druck in einen mehrere Herdelcmcnte aufweisenden Reaktor, der einen Druckbehälter aufweist, welcher eine Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herdelemcnten besitzt,

(d)Verteilen des vorerhitzten Ausgangsmaterials auf das oberste Herdelement und Fördern des Ausgangsmaterials radial entlang einem jeden Herdelement abwechselnd nach innen und außen, um eine abwärts gerichtete kaskadenförmige Bewegung des Ausgangsmaterials von einem Herdelcment zum nächsten darunter befindlichen Hcrdelement zu erreichen,

(e) Erhitzen des Ausgangsmaterials im Reaktor auf eine erhöhte Temperatur über eine Zeitdauer, die zum Verdampfen von mindestens einem Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen und zur Erzeugung von Reaktionsgasen und einem festen Reaktionsprodukt ausreicht,

Cf) Führen der Reaktionsgase im Gegenstrom zum Ausgangsmaterial durch den Druckbehälter und in die Vorheizkammer, und

Cg) Abgeben des festen Reaktionsproduktes unter Druck vom Reaktor.