DE3738665C2 - Vorrichtung mit mehreren Herden und Verfahren zur thermischen Behandlung von kohlenstoffhaltigen Materialien - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung und das er­ findungsgemäße Verfahren finden ein breites Anwendungs­ gebiet für die Behandlung von organischen kohlenstoffhal­ tigen Materialien, die eine bestimmte Restfeuchte besit­ zen, unter gesteuertem Druck und erhöhten Temperaturen, um eine gewünschte physikalische und/oder chemische Mo­ difikation dieser Materialien zu bewirken und auf diese Weise ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, das als Brenn­ stoff geeignet ist. Genauer gesagt bezieht sich die Er­ findung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, mittels der bzw. dem kohlenstoffhaltige Materialien, die beträcht­ liche Mengen an Feuchtigkeit enthalten, im Rohzustand Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Druckes aus­ gesetzt werden, wodurch eine beträchtliche Herabsetzung des restlichen Feuchtigkeitsgehaltes des festen Reaktions­ produktes zusätzlich zu einer gewünschten thermischen und chemischen Restrukturierung des organischen Materiales erreicht wird, um verbesserte physikalische Eigenschaf­ ten einschließlich eines erhöhten Heizwertes auf einer trockenen, feuchtigkeitsfreien Basis zu erzielen.

Die Knappheit und die zunehmenden Kosten von herkömmli­ chen Energiequellen, einschließlich Erdöl und Erdgas, haben Forschungen nach alternativen Energiequellen be­ wirkt, die in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen, wie beispielsweise lignitische Kohlenarten, bitumenarme Kohlenarten, Cellulose-Materialien, wie beispielsweise Torf, Celluloseabfallmaterialien, wie beispielsweise Sä­ gemehl, Rinde, Holzschnitzel, Zweige und Späne aus Säge­ werken und Holzverarbeitungswerken, verschiedenartige landwirtschaftliche Abfallmaterialien, wie beispiels­ weise Baumwollpflanzenstengel, Nußschalen, Maiskolben o. a., und städtische Abfallpulpe. Derartige alterna­ tive 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 Viel­ zahl von Verfahren vorgeschlagen worden, um derartige Materialien in eine zur Verwendung als Brennstoff ge­ eignetere Form zu bringen, indem man ihren Heizwert auf einer feuchtigkeitsfreien Basis erhöht und zur gleichen Zeit ihre Beständigkeit in bezug auf Verwitterung, Trans­ port und Lagerung verbessert.

Typische derartige Vorrichtungen und Verfahren des Stan­ des der Technik sind in der US-PS 40 52 168 beschrieben, gemäß der lignitische Kohlearten durch eine gesteuerte thermische Behandlung chemisch umstrukturiert werden, wodurch ein aufgearbeitetes festes kohlenstoffhaltiges Produkt erzielt wird, das verwitterungsbeständig ist so­ wie einen erhöhten Heizwert aufweist, der sich dem von bituminöser Kohle annähert. In der US-PS 41 27 391 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem feine bituminöse Ab­ fallpartikel, die aus üblichen Kohlewasch- und Reini­ gungsvorgängen herrühren, thermisch behandelt werden und feste agglomerierte koksähnliche Produkte erzeugt wer­ den, die für einen direkten Einsatz als feste Brennstoffe geeignet sind. Schließlich ist in der US-PS 41 29 420 ein Verfahren beschrieben, gemäß dem in der Natur vor­ kommende Cellulosematerialien, wie beispielsweise Torf, sowie Celluloseabfallmaterialien durch einen gesteuerten thermischen Umstrukturierungsprozeß aufgearbeitet wer­ den, um feste kohlenstoffhaltige oder koksähnliche Pro­ dukte zu erzeugen, die als fester Brennstoff oder für Gemische mit anderen herkömmlichen Brennstoffen, wie beispielsweise Heizölschlämmen, geeignet sind. Eine Vor­ richtung und ein Verfahren zur Durchführung einer Aufar­ beitung von derartigen kohlenstoffhaltigen Beschickungs­ materialien der in den erwähnten amerikanischen Patenten beschriebenen Art sind in der US-PS 41 26 519 offenbart, wobei ein flüssiger Schlamm des Beschickungsmaterials in eine geneigte Reaktorkammer eingeführt und zunehmend er­ hitzt wird, um ein im wesentlichen trockenes festes Reak­ tionsprodukt mit einem erhöhten Heizwert zu erzeugen. Die Reaktion wird unter gesteuerten erhöhten Drücken und Temperaturen durchgeführt, wobei desweiteren der Ver­ weilzeit Beachtung geschenkt wird, um die gewünschte thermische Behandlung zu erreichen, die die Verdampfung des nahezu gesamten Feuchtigkeitsgehaltes des Beschic­ kungsmaterials sowie von mindestens einem Teil der flüch­ tigen organischen Bestandteile umfassen kann, während gleichzeitig eine gesteuerte partielle chemische Umstruk­ turierung oder Pyrolyse durchgeführt wird. Die Reaktion wird in einer nicht-oxidierenden Umgebung ausgeführt, und das feste Reaktionsprodukt wird dann auf eine Tem­ peratur gekühlt, bei der es ohne Verbrennung oder Zer­ setzung in Kontakt mit der Atmosphäre abgegeben werden kann.

Obwohl die in den vorstehend genannten amerikanischen Patentschriften beschriebenen Verfahren und Vorrichtun­ gen eine befriedigende Behandlung einer Vielzahl von koh­ lenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien zur Erzeugung eines aufgearbeiteten festen Reaktionsproduktes sichern, be­ steht immer noch ein kontinuierlicher Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren, die in bezug auf die kontinuierliche thermische Behandlung einer Vielzahl von derartigen feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmateria­ lien wirkungsvoller, vielseitiger, leichter und in der Steuerung einfacher durchführbar sind und mittels denen die Umwandlung und Erzeugung von festen Hochenergiebrenn­ stoffen als Ersatz und Alternative zu herkömmlichen Ener­ giequellen noch wirtschaftlicher gestaltet werden kann.

Im Oberbegriff der Patentansprüche 1, 7, 13 und 14 wird von der Vorrichtung und dem Verfahren nach dem US-Patent 4,626,258 ausgegangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren dieser Gattung so weiterzubilden, daß das Erhitzen des Beschicktungsmaterials mit verbessertem Wir­ kungsgrad durchgeführt und ein entsprechender Anstieg der Leistung der Vorrichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 7, 13 und 14 gelöst.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die eine Vielzahl von Herdelementen aufweisende Vorrichtung einen Druckbehälter, der eine Kammer bildet, welche eine Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herdelementen enthält, welche eine Reihe von oberen Herdelementen ein­ schließen, die nach unten in Richtung auf den Umfang der Kammer geneigt sind und eine Trocken- oder Vorheizzone aus­ bilden, in der Feuchtigkeit und chemisch gebundenes Wasser im Beschickungsmaterial extrahiert wird. Unterhalb der oberen Herdelemente befindet sich eine Reihe von unteren Herdelementen, die eine Reaktionszone bilden und Heizein­ richtungen einschließen, um heiße Strömungsmittel in Wärme­ austauschbeziehung zum Beschickungsmaterial zu injizieren und dadurch eine Erhitzung derselben auf eine gesteuerte erhöhte Temperatur unter gesteuertem überatmosphärischem Druck über eine bestimmte Zeitdauer zu erreichen, die aus­ reicht, um mindestens einen Teil der darin befindlichen flüchtigen Bestandteile zu verdampfen und flüchtige Reak­ tionsgase sowie ein festes Reaktionsprodukt mit einem erhöhten Heizwert auf feuchtig­ keitsfreier Basis zu erzeugen. Die in der Reaktionszone erzeugten heißen Reaktionsgase strömen in der Trocknungs­ zone im Gegenstrom im Wärmeaustausch mit dem Beschic­ kungsmaterial nach oben, so daß mindestens eine Teilkon­ densation ihrer kondensierbaren Teile auf dem eintreten­ den Beschickungsmaterial auftritt, wodurch eine Vorer­ hitzung des Beschickungsmaterials durch Freisetzung der latenten Verdampfungswärme und desweiteren eine Freiset­ zung von chemisch gebundenem Wasser im Beschickungsma­ terial bewirkt wird, das unter Druck von den geneigten Herdelementen zu einer Stelle außerhalb der Vorrichtung abgezogen wird.

Die Vorrichtung ist mit einer mittig angeordneten dreh­ baren Welle versehen, die eine Vielzahl von Kratz- bzw. Rührarmen aufweist, die benachbart zur Oberfläche eines jeden Herdelementes angeordnet sind und bei Drehung der Welle in Funktion treten, um eine fortschreitende Über­ führung des Beschickungsmateriales in Radialrichtung entlang eines jeden Herdelementes abwechselnd nach in­ nen und außen und dadurch eine kaskadenförmige Abwärts­ bewegung des Beschickungsmaterials von einem Herdelement zum nächsten darunter befindlichen Herdelement zu errei­ chen. Vorzugsweise finden in der Trocknungszone der Vor­ richtung ringförmige Leitelemente Verwendung, die über den Herdelementen und Kratz- bzw. Rührarmen angeordnet sind, um die Strömung der im Gegenstrom geführten heißen Reaktionsgase auf einen Bereich unmittelbar benachbart zum Beschickungsmaterial auf diesen Herdelementen zu begrenzen und dadurch den Kontakt und die Wärmeübertra­ gung zwischen den Beschickungsmaterialien und den Gasen zu verbessern.

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

In ihrem oberen Abschnitt ist die Vorrichtung mit einem Auslaß versehen, der dazu dient, die flüchtigen Reaktions­ gase unter Druck als ein Gasprodukt abzuziehen, das zur Verbrennung und Erhitzung in der Reaktionszone des Reak­ tors eingesetzt werden kann, falls dies gewünscht wird. Der obere Abschnitt der Vorrichtung ist ferner mit einem Einlaß versehen, über den das kohlenstoffhaltige Ausgangs­ material oder Mischungen davon über einen geeigneten Druckverschluß in die Reaktionskammer und auf das oberste Herdelement in der Trocknungszone geführt werden können.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung wird ein Trocknen und Vorer­ hitzen des Beschickungsmateriales in einer ersten Stufe durchgeführt, die außerhalb der mehrere Herdelemente auf­ weisenden Vorrichtung angeordnet ist, und das hieraus resultierende vorerhitzte und teilweise entwässerter Be­ schickungsmaterial wird danach in die die Reaktionszone bildende mehrere Herdelemente aufweisende Vorrichtung eingeführt, und zwar in entsprechender Weise wie bei der Reaktionszone, die den unteren Abschnitt der vorstehend beschriebenen kombinierten Vorrichtung mit mehreren Herd­ elementen bildet. In Verbindung mit beiden Ausführungs­ formen wird ferner vorgeschlagen, geeignete Reinigungsvor­ richtungen, wie beispielsweise Drahtbürsten, zum Entfer­ nen von Ansammlungen von Enkrustationen von den Außen­ flächen der ringförmigen Leitelemente zu verwenden, um dadurch einen optimalen Wirkungsgrad der Vorrichtung auf­ rechtzuerhalten.

Gemäß den Verfahrensmerkmalen der Erfindung werden die feuchten organischen kohlenstoffhaltigen Beschickungs­ materialien in eine Vorheizzone eingeführt, die vom Re­ aktor getrennt oder in diesen integriert ist. In dieser Vorheizzone wird das Beschickungsmaterial durch den Ge­ genstrom der Reaktionsgase auf eine Temperatur von etwa 150 bis etwa 260°C vorerhitzt. Gleichzeitig wird Feuch­ tigkeit, die auf dem kalten eingegebenen Ausgangsmaterial kondensiert, sowie durch Erhitzen des Ausgangsmaterials freigesetzte Feuchtigkeit dem Ausgangsmaterial entzogen und unter Druck aus der Vorheizzone über ein Entwässe­ rungssystem abgeführt. Das in einem teilweise entwässer­ ten Zustand befindliche Ausgangsmaterial dringt von der Vorheizzone nach unten durch die Reaktionszone und wird auf eine Temperatur von etwa 200 bis 650°C oder höher erhitzt, und zwar unter einem von etwa 21 bis 207 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 flüch­ tigen Substanzen und die Erzeugung einer gasförmigen Phase sowie eines festen Reaktionsproduktes zu errei­ chen.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

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

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel einer mehrere Herdelemente aufwei­ senden Vorrichtung;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Vorrich­ tung der Fig. 1, und zwar durch den Reaktor­ abschnitt derselben, bei dem die Anordnung der perforierten Herdelemente für die Strö­ mungsmittelinjektion zur direkten Erhitzung erkennbar ist;

Fig. 3 einen Teilvertikalschnitt durch ein in Fig. 2 gezeigtes ringförmiges Herdelement und durch die Strömungsmittelkammer, die in Verbindung mit der perforierten Oberfläche des Herdelemen­ tes steht;

Fig. 4 ein schematisches Flußdiagramm der Vorrich­ tung und der diversen Behandlungsströme bei der thermischen Behandlung des kohlenstoff­ haltigen Beschickungsmateriales; und

Fig. 5 eine Teilseitenansicht, teilweise im Schnitt, einer mehrere Herdelemente aufweisenden Vor­ richtung, die mit einer getrennten Vorerhit­ zungs- und Trocknungsstufe versehen ist, wel­ che vom Reaktorbereich getrennt ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Wie man den Fig. 1 bis 3 entnehmen kann, umfaßt eine Ausführungsform einer mehrere Herdelemente aufweisenden Vorrichtung einen Druckbehälter 10 mit einem domförmigen oberen Abschnitt 12, einem kreiszylindrischen Mittelab­ schnitt 14 und einem domförmigen unteren Abschnitt 16, die mit Hilfe von ringförmigen Flanschen 18 gasdicht an­ einander befestigt sind. Die Vorrichtung wird in einer im we­ sentlichen aufrechtstehenden Position von einer Reihe von Beinen 20 getragen, die an Anschlägen 22 befestigt sind, welche mit dem unteren Flansch 18 des Mittelab­ schnitts des Behälters verbunden sind. Der obere domför­ mige Abschnitt 12 ist mit einem mit einem Flansch ver­ sehenen Einlaß 24 zur Einführung von partikelförmigem feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial in das Innere des Behälters versehen. Ein ringförmiges Leit­ element 26 ist benachbart zum Einlaß 24 angeordnet und dient dazu, das eintretende Ausgangsmaterial in Richtung auf den Umfang der Reaktionskammer zu führen. Ein mit einem Flansch versehener Auslaß 28 ist auf der gegen­ überliegenden Seite des oberen Abschnittes 12 vorgese­ hen und dient dazu, flüchtige Reaktionsgase unter Druck von der Reaktionskammer abzuziehen, und zwar in einer Art und Weise, die nachfolgend in weiteren Einzelheiten erläutert wird. Ein sich nach unten erstreckender ring­ förmiger Vorsprung 30 ist am inneren mittleren Abschnitt des oberen Abschnittes 12 ausgebildet, in welchem ein Lager 32 zur drehbaren Lagerung des oberen Endes einer drehbaren Welle 34 angeordnet ist.

Die drehbare Welle 34 erstreckt sich in der Mitte des Innenraums der Kammer und ist an ihrem unteren Ende mit Hilfe eines Lagers 38 und einer strömungsmitteldichten Dichtungseinheit 40 in einem ringförmigen Vorsprung 36 gelagert, der im unteren Abschnitt 16 ausgebildet ist. Das nach außen vorstehende Ende der drehbaren Welle 34 ist mit einem abgestuften Stummelwellenabschnitt 42 ver­ sehen, der in einem Axialdrucklager 44 gelagert ist, wel­ ches in einem Lagerträger 46 montiert ist.

Eine Vielzahl von radial verlaufenden Kratz­ armen 48 ist in vertikalen Abständen entlang der drehba­ ren Welle 34 angeordnet und steht von dieser radial vor. Normalerweise können zwei, drei oder vier Kratzarme in der Vorheiz- oder Trocknungszone und bis zu sechs Kratz­ arme in der Reaktionszone Verwendung finden. Typischer­ weise sind vier Kratzarme auf jedem Niveau 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 so winklig orientiert, daß in Abhängigkeit von einer Dreh­ ung der Welle eine radial einwärts- und auswärtsgerich­ tete Überführung von Ausgangsmaterial entlang den meh­ reren Herdelementen erreicht wird.

Eine Drehung der Welle 34 und der daran befindlichen Kratzarmeinheiten wird mit Hilfe eines Motors 52 er­ reicht, der auf einer einstellbaren Basis 54 gelagert ist und ein Kegelrad 56 aufweist, das an seiner Ausgangs­ welle fixiert ist und in konstanter Weise mit einem an­ getriebenen Kegelrad 58 kämmt, das am unteren Endab­ schnitt der Welle fixiert ist. Bei dem Motor 52 handelt es sich vorzugsweise um einen solchen mit verändlicher Drehzahl, so daß die Drehzahl der Welle in gesteuerter leise verändert werden kann.

Um eine Expansion und Kontraktion der Welle in Längsrich­ tung und Veränderungen in der Vertikallage der davon vor­ stehenden Kratzarme in Abhängigkeit von Temperaturände­ rungen innerhalb der Vorrichtung zu ermöglichen, sind die Basis 54 und das auswärts vorstehende Ende der Wel­ le 34 auf einstellbaren Hubeinrichtungen 60 angeordnet, die durch einen strömungsmittelbetätigten Zylinder 62 unterstützt werden. Hierdurch kann die Höhe der Basis 54 wahlweise verändert werden, um eine geeignete Anord­ nung der Kratzzähne 50 relativ zu den Oberflächen der Herdelemente in der Vorrichtung zu erreichen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten speziellen Ausführungsform ist das Innere der Vorrichtung in eine obere Vorheiz- oder Entwässerungszone und eine untere Reaktionszone un­ terteilt. Die Vorheizzone umfaßt eine Vielzahl von über­ einander angeordneten, geneigten ringförmigen Herdele­ menten 64, die in Richtung auf den Umfang der Reaktions­ kammer abwärts geneigt sind. Die obere Vorheizzone ist mit einer kreiszylindrischen Auskleidung 66 versehen, die mit radialem Abstand innerhalb der Wand 14 des Mit­ telabschnitts angeordnet ist und an der die geneigten Herdelemente 64 befestigt sind. Das oberste Ende der Aus­ kleidung 66 ist mit einem auswärts geneigten Abschnitt 68 versehen, um das Eindringen von kohlenstoffhaltigem Be­ schickungsmaterial in den Ringraum zwischen der Ausklei­ dung und der Wand 14 des Mittelabschnitts zu verhindern. Das in Fig. 1 oberste Herdelement 64 ist an seinem Um­ fang mit der Auskleidung 66 verbunden und erstreckt sich nach oben und nach innen in Richtung auf die drehbare Welle 34. Das Herdelement endet in einem abwärts gerich­ teten kreisförmigen Leitelement 70, das einen Ringkanal bildet, durch den das Beschickungsmaterial kaskadenför­ mig nach unten auf den inneren Abschnitt des darunter befindlichen ringförmigen Herdelementes fällt. Das ab­ wärts geneigte ringförmige Herdelement 64, das unter dem obersten Herdelement 64 angeordnet ist, ist mit Hilfe von Armen 72 in Winkelabständen an der Auskleidung 66 befestigt und daran gelagert. Das zweite ringförmige Herd­ element 64 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 73 um seinen Umfang herum versehen, durch die das Beschickungs­ material kaskadenförmig auf das darunter befindliche nächste Herdelement abgegeben wird. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird feuchtiges kohlenstoff­ haltiges Ausgangsmaterial, das durch den Einlaß 24 einge­ führt wird, vom Leitelement 26 zum Außenumfang des ober­ sten Herdelementes 64 abgeleitet und danach mit Hilfe der Kratzzähne 50 aufwärts und einwärts in eine Lage über dem kreisförmigen Leitelement 70 gefördert, wo das Material nach unten auf das darunter befindliche Herd­ element fällt. In entsprechender Weise fördern die auf dem zweitobersten Herdelement vorgesehenen Kratzzähne 50 das Ausgangsmaterial nach unten und nach außen ent­ lang der Oberfläche des Herdelementes, bis es schließ­ lich durch die um den Umfang des Elementes herum ange­ ordneten Öffnungen 73 abgegeben wird. Das Ausgangsmate­ rial setzt seine Abwärtsbewegung in einer abwechselnd einwärts und auswärts gerichteten kaskadenförmigen Weise fort, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist, und wird schließlich in die untere Reaktionszone abge­ geben.

Während seiner kaskadenförmigen Abwärtsbewegung kontak­ tiert das Ausgangsmaterial die im Gegenstrom geführten erhitzten flüchtigen Gase, die eine Vorerhitzung des Ausgangsmateriales auf eine Temperatur zwischen etwa 94 und etwa 260°C bewirken. Um einen engen Kontakt des Ausgangsmaterial s mit den aufwärtsströmenden erhitzten Gasen zu erreichen, sind ringförmige Leitelemente 71 unmittelbar über den Kratzarmen 48 über mindestens eini­ gen der winklig geneigten Herdelemente 64 angeordnet, so daß die Strömung von diesen heißen Reaktionsgasen auf einen Bereich unmittelbar benachbart zur Oberflä­ che der ringförmigen Herdelemente begrenzt wird und hier ein Wärmeaustausch mit dem auf den Herdelementen befind­ lichen Ausgangsmaterial stattfinden kann. Eine Vorer­ hitzung des Ausgangsmaterials wird teilweise durch Kon­ densation von kondensierbaren Teilen des erhitzten Ga­ ses erreicht, wie beispielsweise von Dampf auf den Ober­ flächen des kalten eintretenden Ausgangsmaterials, so­ wie durch einen direkten Wärmeaustausch. Die kondensier­ ten Flüssigkeiten sowie das freigesetzte chemisch gebun­ dene Wasser in dem eintretenden Ausgangsmaterial werden abwärts und auswärts entlang den winklig geneigten Herd­ elementen entwässert und am Umfang dieser Herdelemente, die an ihren äußersten Enden mit der kreisförmigen Aus­ kleidung verbunden sind, über eine ringförmige Rinne 74 abgezogen, die mit einem Sieb 76, beispielsweise einem Johnson-Sieb, über ihrem Einlaßende versehen ist, wel­ ches mit Hilfe eines Kratzers oder einer Drahtbürste 77 am äußersten Kratzzahn des benachbarten Kratzarmes kon­ tinuierlich abgewischt werden kann. Die ringförmigen Rin­ nen 74 stehen in Verbindung mit Fallrohren 78, die inner­ halb des Ringraumes zwischen der Auskleidung 66 und der Wand des Mittelabschnitts 14 angeordnet sind. Die Flüs­ sigkeit wird aus dem Reaktionsbehälter über einen Konden­ satauslaß 80 abgezogen, wie in Fig. 1 gezeigt.

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

Das vorerhitzte und teilweise entwässerte Ausgangsmate­ rial gelangt vom untersten Herdelement in der Vorheiz­ zone zum obersten ringförmigen Herdelement 82 in der Re­ aktionszone unter einem kontinuierlich gesteuerten er­ höhten Druck und wird weiter erhitzt auf Temperaturen, die von etwa 200 bis etwa 650°C oder höher reichen. Die ringförmigen Herdelemente 82 in der Reaktionszone sind in einer im wesentlichen horizontalen Lage angeordnet, vorzugsweise mit einer geringfügig konischen Form aus strukturellen Gründen. Diese Herdelemente sind abwech­ selnd mit ihrem Umfang in abgedichteter Weise an einer kreiszylindrischen feuerfesten Auskleidung 84 an der In­ nenwand des Mittelabschnittes 14 angeordnet. Die Kratz­ zähne 50 an den Kratzarmen 48 in der Reaktionszone be­ wirken in entsprechender Weise eine abwechselnd radial einwärts und radial auswärts gerichtete Bewegung des Aus­ gangsmaterials durch die Reaktionszone in einer kaska­ denförmigen Weise, wie durch die Pfeile in Fig. 1 ange­ deutet ist. Das im wesentlichen feuchtigkeitsfreie und thermisch aufgearbeitete feste Reaktionsprodukt wird am Mittelpunkt des untersten Herdelementes 82 in einen ko­ nischen Kanal 86 abgegeben und vom Druckbehälter über einen mit einem Flansch versehenen Produktauslaß 88 ab­ geführt.

Um die Wärmeverluste des Druckbehälters weiter zu redu­ zieren, sind der zylindrische Abschnitt sowie der untere Abschnitt 16 mit einer äußeren Isolationsschicht 90 ir­ gendeiner bekannten Ausführungsform versehen. Der Mittel­ abschnitt ist vorzugsweise desweiteren mit einer äußeren Umhüllung 92 ausgestattet, um die darunter befindliche Isolation zu schützen.

Die Erhitzung des Ausgangsmaterials innerhalb der Reak­ tionszone wird bei einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß ein heißes Strömungs­ mittel, wie beispielsweise ein erhitztes Gas, durch die porösen Abschnitte der Herdelemente 82 in der Reaktions­ zone injiziert wird. Das erhitzte Gas kann irgendein Gas oder überhitzten Dampf umfassen, das bzw. der eine ange­ messene Wärmekapazität besitzt, um ein Erhitzen des Be­ schickungsmaterials in der Reaktionszone auf die gewünsch­ te erhöhte Temperatur zu bewirken. Beispielsweise kann das erhitzte Gas überhitzten Dampf umfassen, wie er aus einer Verbrennung der Produktgase, die aus der Vorrichtung über den Auslaß 28 abgezogen wurden, wie in Fig. 1 gezeigt, herrührt. Vorzugsweise umfaßt das erhitzte Gas mindestens einen Teil des Produktgases selbst, der auf eine erhöhte Temperatur und auf einen Druck geringfügig über dem innerhalb der Reaktionszone wiedererhitzt und wieder unter Druck gesetzt worden ist und der in das auf den Herdelementen 82 in der Reaktionskammer befindliche Ausgangsmaterial eingeführt worden ist. Das von der Vor­ richtung abgezogene Produktgas wird normalerweise einer weiteren Behandlung unterzogen, um die kondensierbaren organischen Bestandteile darin und den darin befindli­ chen Feuchtigkeitsgehalt zu extrahieren, die nachher fil­ triert und nach Wiederunterdrucksetzen mit Hilfe eines geeigneten Wärmetauschers behandelt werden können, um eine Erhitzung auf eine erhöhte Temperatur bis zu etwa 650°C oder höher zu bewirken. Normalerweise wird das Injektionsgas für die Reaktionszone auf eine Tempera­ tur erhitzt, die von etwa 590 bis etwa 620°C reicht, um ein Erhitzen des Ausgangsmaterials auf den Herdele­ menten innerhalb der Reaktionszone bis auf eine Tempe­ ratur von etwa 425°C zu erreichen. Das erhitzte Gas wird normalerweise auf einen Druck gebracht, der gering­ fügig über dem in der Reaktionszone vorhandenen Druck liegt, beispielsweise einem Druck von etwa 0,689 bar über dem Innendruck in der Reaktionszone. Das Wiederer­ hitzen des Produktgases oder des überhitzten Dampfes kann durchgeführt werden, indem ein Überschuß des er­ zeugten Produktgases einschließlich der aus der Vor­ richtung gewonnenen organischen Bestandteile eingesetzt wird. Der Einsatz von rückgeführtem Produktgas wird ge­ genüber der Verwendung von überhitztem Dampf bevorzugt, da überhitzter Dampf in der Vorheizzone ein Kondensat bildet, das die Extraktion von übermäßig großen Mengen an Kondensat erfordert, während das rückgeführte Produkt­ gas nur eine minimale Menge eines derartigen Kondensa­ tes erzeugt.

Die Erhitzung des Ausgangsmateriales innerhalb der Re­ aktionszone kann auch durch Hilfsheizvorrichtungen, wie beispielsweise elektrische Heizelemente, Wärmeaustausch­ rohrbündel u. ä., unterstützt werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein spiralförmiges Rohrbündel 94 gezeigt, das sich entlang der Innenwand der feuerfesten Auskleidung 84 erstreckt und mit einem mit einem Flansch versehenen Einlaß 98 sowie mit einem mit einem Flansch versehenen Auslaß 100 versehen ist, welche an eine äußere Quelle eines Wärmeübertragungs­ strömungsmittel, wie beispielsweise Kohlendioxid u. ä., angeschlossen sind. Üblicherweise ist der Einsatz von derartigen Hilfsheizvorrichtungen nicht erforderlich, da das Volumen und die Temperatur des direkt durch die Herdelemente 82 in die Reaktionszone eingeführten Heiz­ mittels ausreicht, um eine optimale Steuerung der Tem­ peratur des Ausgangsmateriales zu erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be­ sitzen die durchlässigen Herdelemente 82 in der Reak­ tionszone sechs kuchenförmige Segmente 95 mit jeweils 60°, die nach ihrem Zusammenbau ein kreisförmiges Herd­ element bilden. Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, besitzt jedes Segment 95 einen äußeren ring­ förmigen Rand 96, der mit einem aufrechtstehenden Ring­ flansch 97 versehen ist, an dem ein Strahlungsschild 99 beispielsweise durch Schweißen befestigt werden kann. Der innere Abschnitt eines jeden Segmentes 95 ist mit einem ringförmigen Rand 101 versehen, an den eine obere perforierte Wand 102 und eine untere Wand 103 geschweißt sind, welche zwischen sich eine Kammer 104 bilden. Wie in Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich der perforierte Abschnitt der oberen Wand 102 nur über einen Teil der Oberfläche des Seg­ mentes 95. Unterhalb der Oberfläche der perforierten Wand 102 ist ein poröses metallisches Sieb 105 vorgesehen, das verhin­ dert, daß auf der oberen Fläche des Herdelementes befindli­ ches Ausgangsmaterial in die Kammer 104 eindringt. Eine Be­ schickungsleitung 106 ist mit der unteren Wand 103 verbunden und steht mit der Kammer in Verbindung, um dieser unter Druck stehendes erhitztes Gas zuzuführen. Jedes Segment ist mit einer Beschickungsleitung 106 versehen, die wiederum an einen ringförmigen Verteiler 107 angeschlossen ist, der mit einem mit einem Flansch versehenen Einlaßrohr 108 in Verbindung steht, wie in Fig. 1 gezeigt. Ein Leit­ element 109 ist vorzugsweise an der Unterseite des porö­ sen Siebes 106 an einer Stelle befestigt, die zu dem Be­ schickungsrohr 106 ausgerichtet ist, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, um eine gleichförmigere Gasverteilung durch den porösen Abschnitt der oberen Wand 102 zu erreichen. Die obere Wand eines jeden kuchenförmigen Segmentes 95 ist vorzugsweise mit einer Öffnung 113 in alternierenden Herd­ elementen versehen, damit darauf angeordnetes Ausgangs­ material nach unten durch die Öffnung auf das darunter befindliche nächste Herdelement fallen kann. Diejenigen Herdelemente, auf denen das Ausgangsmaterial radial ein­ wärts geführt wird, benötigen derartige Öffnungen 113 nicht, da das Ausgangsmaterial nach unten über die inne­ re Kante des inneren ringförmigen Randes 101 in einer Weise geführt wird, wie sie vorher in Verbindung mit den oberen Herdelementen beschrieben worden ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der äußere ringförmige Rand 96 vorzugs­ weise mit einer Kerbe 115 entlang seiner äußeren Kante versehen, die mit vertikalen Säulen entlang der Innenwand der Vorrichtung zusammenwirken kann, um ein Lager für jedes Segment zu bilden und desweiteren das Segment in geeigneter winkliger Ausrichtung zu halten.

Obwohl die unteren Herdelemente 82 im wesentlichen in Horizontallage angeordnet sind, wird es aus strukturel­ len Überlegungen bevorzugt, eine geringfügige Aufwärts­ neigung vorzusehen, so daß eine konische Ausführungsform erhalten wird, die eine größere Festigkeit und Steifigkeit der Einheit mit sich bringt.

Wie man insbesondere dem Flußdiagramm der Fig. 4 ent­ nehmen kann, wird im Betrieb der Vorrichtung ein geeig­ netes 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 über die obere Vorheizzone 112 in der vorstehend beschriebenen Weise und in Wärmeaustauschkontakt mit den sich nach oben be­ wegenden erhitzten Gasen abwärts geführt, um eine Vor­ erhitzung des Ausgangsmaterials innerhalb eines Tempera­ turbereiches von etwa 94 bis etwa 260°C in der vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise zu errei­ chen. Danach dringt das vorerhitzte und teilweise entwäs­ serte Ausgangsmaterial nach unten in die Reaktionszone 114 der Vorrichtung ein, in der es auf eine erhöhte Tem­ peratur von etwa 200 bis etwa 650°C erhitzt wird, um eine gesteuerte thermische Umstrukturierung oder Teil­ pyrolyse des Materials zu erreichen, die von einer Ver­ dampfung nahezu des gesamten Restfeuchtigkeitsgehaltes sowie der organischen flüchtigen Bestandteile und der Pyrolysereaktionsprodukte begleitet wird. Der Druck in­ nerhalb der Vorrichtung wird in einem Bereich von etwa 21 bis etwa 207 bar oder höher gesteuert, je nach der verwendeten Art des Ausgangsmaterials und der gewünsch­ ten thermischen Umstrukturierung desselben, um das ge­ wünschte feste Endprodukt zu erzeugen. Die Anzahl der ringförmigen Herdelemente in der Vorheizzone und in der Reaktionszone der Vorrichtung wird in Abhängigkeit von der gewünschten Behandlungsdauer gesteuert, um eine Ver­ weilzeit des Materials in der Reaktionszone vorzusehen, die von etwa 1 min bis 1 h oder länger reicht. Das ent­ standene thermisch aufgearbeitete feste Reaktionsprodukt wird über den Produktauslaß 88 im unteren Abschnitt des Reak­ tors abgeführt und in einem Kühler 116 weiter bis auf eine Temperatur abgekühlt, auf der das feste Reaktionsprodukt ohne Verbrennung oder andere nachteilige Auswirkungen in Kontakt mit der Atmosphäre gebracht werden kann. Üblicherweise ist eine Abkühlung des festen Reaktionsproduktes auf eine Tempe­ ratur unter etwa 260°C, üblicherweise unter etwa 150°C, ange­ messen. Die Abgabeleitung vom Produktauslaß 88 ist ebenfalls mit einem Druckver­ schluß 118 versehen, den das Reaktionsprodukt passiert, um einen Druckverlust der Vorrichtung zu verhindern.

Die abgekühlten Gase umfassen ein Gemisch aus flüchti­ gen Gasen, die vom Ausgangsmaterial ausgetreten sind, und von den erhitzten Gasen, die in die Reaktionszone eingeführt worden sind. Dieses Gemisch wird vom oberen Ende des Reaktors durch den Auslaß 28 abgezogen und strömt über ein Druckreduzierventil 120 zu einem Konden­ sator 122. Im Kondensator 122 werden die organischen und kondensierbaren Teile des Gases kondensiert und als als Nebenprodukt anfallendes Kondensat abgezogen. Der den nicht kondensierbaren Teil umfassende Anteil des Produkt­ gases wird abgezogen, wobei der gesamte Teil oder nur ein Anteil davon zur Ergänzung der Beheizung der Reak­ tionszone eingesetzt werden kann. In entsprechender Wei­ se wird der vom Reaktor in der Vorheizzone abgezogene flüssige Anteil durch ein geeignetes Druckreduzierven­ til 124 als Abwasser abgezogen. Dieses Abwasser enthält häufig wertvolle gelöste organische Bestandteile und kann weiterbehandelt werden, um eine Extraktion dieser Be­ standteile zu erreichen. Alternativ dazu kann das Abwas­ ser, das die gelösten organischen Bestandteile enthält, direkt zur Herstellung eines wäßrigen Schlammes verwen­ det werden, der Teile des verkleinerten festen Reaktions­ produktes enthält, um einen Transport desselben zu einem vom Reaktor entfernten Punkt zu ermöglichen.

Wie man Fig. 4 entnehmen kann, kann das gekühlte Pro­ duktgas vom Kondensator 122 durch eine Pumpe 130 wieder auf einen Druck gebracht werden, der geringfügig über dem in der Vorrichtung vorherrschenden Druck liegt, wo­ nach es in einem Wärmetauscher oder Ofen 132 auf die ge­ wünschte erhöhte Temperatur erhitzt und danach durch die diversen Einlässe dem Verteiler 107 (Fig. 2 und 3) zur Einführung durch die durchlässigen Herdelemente in die Reaktionszone zugeführt wird. Je nach der Art des Ausgangsmaterials kann der Heizwert des Produktgases für die Prozeßheizung ausreichen oder nicht. Es wird jedoch das gesamte Gas, das erzeugt wird, zur Prozeßheizung zur Verfügung gestellt, nachdem das umgewälzte Gas angesam­ melt worden ist. Wenn überhitzter Dampf zur Einführung in die Vorrichtung verwendet wird, kann das gesamte Pro­ duktgas sofort als Heizquelle im Dampferzeuger verwendet werden. Diesbezüglich können Teile des aus der Vorheiz­ zone gewonnenen Abwassers zur Erzeugung von überhitztem Dampf zur Einführung in die Reaktionszone eingesetzt wer­ den.

Desweiteren zeigt das Flußdiagramm der Fig. 4 in sche­ matischer Weise Hilfsheizsysteme zur Umwälzung des Wär­ meübertragungsmediums durch den am Umfang angeordneten Wärmetauscherabschnitt der Reaktionszone 114. Wie dar­ gestellt, umfaßt das Wärmetauschsystem eine Pumpe 126 zum Umwälzen des Wärmeübertragungsmittels durch einen Wärmetauscher oder Ofen 128, um eine Wiedererhitzung des­ selben zu erreichen, und zur Abgabe in das Rohrbündel der Reaktionszone.

Der vorstehend beschriebene Reaktor und das entsprechen­ de Verfahren sind besonders geeignet zur Behandlung von kohlenstoffhaltigen Materialien oder Gemischen aus der­ artigen Materialien der vorstehend beschriebenen Art, die insbesondere dadurch gekennzeichnet sind, daß sie in ihrem Rohzustand einen hohen Feuchtigkeitsgehalt auf­ weisen. Der hier verwendete Begriff "kohlenstoffhaltig" soll Materialien bezeichnen, die einen hohen Gehalt an Kohlenstoff aufweisen und in der Natur vorkommende Lager­ stätten sowie Abfallmaterialien umfassen, die aus der Landwirtschaft und Forstwirtschaft resultieren. Derarti­ ge Materialien umfassen üblicherweise Kohlearten mit geringem Bitumengehalt (unterbituminöse Kohlen), ligni­ tische Kohlearten, Torf, Celluloseabfallmaterialien, wie beispielsweise Sägemehl, Rinde, Holzschnitzel, Zweige und Späne aus Sägewerken und Holzbearbeitungsfabriken, landwirtschaftliche Abfallmaterialien, wie beispielswei­ se Baumwollpflanzenstengel, Nußschalen, Maiskolben, Reis­ schalen o. a., und feste städtische Abfallpulpe, aus der Glas und metallische Verunreinigungen entfernt worden sind und die weniger als etwa 50 Gew.-% Feuchtigkeit, typi­ scherweise etwa 25 Gew.-% Feuchtigkeit, enthält. Der vor­ stehend beschriebene Reaktor und das entsprechende Ver­ fahren sind besonders geeignet zur Behandlung und Aufar­ beitung von derartigen Cellulosematerialien unter Bedin­ gungen und Verfahrensparametern, wie sie in den US-PS'en 40 52 168, 41 26 519, 41 29 420, 41 27 391 und 44 77 257 beschrieben sind.

Es versteht sich, daß die speziellen Temperaturen in den verschiedenen Zonen des Reaktors, der verwendete Druck und die Verweilzeit des Ausgangsmaterials innerhalb der verschiedenen Zonen variiert werden können, um die erforderliche thermische Aufarbeitung und/oder chemische Restrukturierung des Cellulose-Ausgangsmaterials in Ab­ hängigkeit von dessen Ausgangsfeuchtigkeitsgehalt, von dessen allgemeinem chemischen Aufbau und von dessen Koh­ lenstoffgehalt sowie die gewünschten Eigenschaften des festen Reaktionsproduktes zu erreichen. Die Vorheizzone des Reaktors kann daher so gesteuert werden, daß sie eine Vorerhitzung des eintretenden Ausgangsmaterials bei Raum­ temperatur auf eine erhöhte Temperatur bewirkt, die all­ gemein von etwa 94°C bis zu etwa 260°C reicht, wonach das Material beim Eintreten in die Reaktionszone weiter auf eine Temperatur von etwa 650°C oder höher erhitzt wird. Der Druck im Reaktor kann ebenfalls in einem Bereich von etwa 20,7 bis etwa 207 bar variiert werden, wobei Drücke von etwa 41,3 bis etwa 103 bar typisch sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäß­ en Vorrichtung, die in Fig. 5 dargestellt ist, wird die Vorheizzone durch eine geneigte Kammer 134 gebildet, deren oberes Auslaßende über einen Flansch 136 mit einem mit einem Flansch versehenen Einlaß 138 eines mehrere Herdelemente aufweisenden Reaktors 140 verbunden ist, die die Reaktionszone bildet. Die Kammer 134 ist an ihrem unteren Endabschnitt mit einem Einlaß 142 versehen, durch den das feuchte kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial ein­ tritt. Dieses Material wird über einen Schneckenförderer oder einen Bunkerverschluß 144 unter Druck in das untere Ende der Kammer geführt. Das kohlenstoffhaltige Ausgangs­ material wird unter Druck mit Hilfe eines Schneckenför­ derers 146, der sich über die Länge der Kammer erstreckt, durch die Kammer 134 nach oben geführt. Das obere Ende des Schneckenförderers wird durch eine Endkappe 148 ge­ lagert, die über Bolzen am oberen Ende der Kammer befe­ stigt ist, während das untere Ende des Förderers mit Hilfe einer Dichtungs- und Lagereinheit 150 gelagert wird, wel­ che an einem Flansch montiert ist, der über Bolzen am unteren Ende der Kammer befestigt ist. Die vorstehende Endwelle des Schneckenförderers 146 ist mit Hilfe einer Kupplung 152 an einen Elektromotor 154 mit veränderli­ cher Drehzahl angeschlossen.

Das obere Ende der Kammer 134 weist einen mit einem Flansch versehenen Auslaß 156 auf, der mit einer Bruch­ scheibe oder einem anderen geeigneten Druckentlastungs­ ventil versehen ist, um den Druck des Reaktorsystems bei Erreichen eines vorgegebenen überhöhten Druckniveaus abzu­ bauen. Der untere Abschnitt der geneigten Kammer ist mit einem zweiten mit einem Flansch versehenen Auslaß 158 versehen, der über ein geeignetes durchlässiges Sieb, beispielsweise ein Johnson-Sieb, in der Wand der Kammer 134 angeschlossen ist und durch den die nichtkondensier­ baren Gase vom System abgezogen werden. Der Auslaß 158 ist in einer in Fig. 4 gezeigten Weise über Ventil 120 an ein Behandlungs- und Wiedergewinnungssystem für ein als Endprodukt anfallendes Gas angeschlossen.

Eine Vorerhitzung und teilweise Entwässerung des kohlen­ stoffhaltigen Materials, das aufwärts durch die geneigte Kammer 134 gefördert wird, wird in Abhängigkeit von den im Gegenstrom geführten heißen flüchtigen Gasen, die aus dem Reaktor 140 über den Einlaß 138 nach außen geführt werden, durchgeführt. Wie bei der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform wird eine Vorerhitzung des Ausgangsmaterials zum Teil durch Kondensation der kondensierbaren Teile des Reaktionsgases, wie beispiels­ weise Dampf auf den Oberflächen des kalten eintretenden Materials, sowie durch einen direkten Wärmeaustausch er­ reicht. Die Vorerhitzung des Ausgangsmaterials erfolgt allgemein in einem Temperaturbereich von etwa 94°C bis etwa 260°C. Die kondensierten Flüssigkeiten und das che­ misch gebundene Wasser, das während der Vorerhitzung und Kompaktion des kohlenstoffhaltigen Materials in der Kam­ mer 134 freigesetzt wird, werden nach unten entwässert und aus dem unteren Abschnitt der Kammer durch eine Öff­ nung 160 abgezogen, und zwar in der Art und Weise, wie sie in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben worden ist. Die Öffnung 160 ist mit einem Druckreduzierventil 124 zur Abwasserbehandlung und Wiedergewinnung versehen. Die Wand der Kammer 134 benachbart zur Öffnung 160 ist mit einem geeigneten durchlässigen Sieb, beispielsweise einem John­ son-Sieb, versehen, um das Entweichen von festen Teilen des Ausgangsmateriales minimal zu halten.

Der in Fig. 5 dargestellte Reaktor 140 besitzt einen entsprechenden Aufbau wie der in Fig. 1 gezeigte Reaktor, mit der Ausnahme, daß das innere des Reaktors eine Reaktions­ zone bildet und nicht die winklig geneigten Herdelemente 64 enthält, die in Fig. 1 im oberen Vorheizabschnitt darge­ stellt sind. Der Reaktor 140 besitzt eine entsprechende Kon­ struktion und umfaßt einen domförmigen oberen Abschnitt 162, der mit einem kreiszylindrischen Mittelabschnitt 164 in gas­ dichter Weise über Ringflansche 166 verbunden ist. Ein ring­ förmiger Vorsprung 168 ist am inneren Mittelabschnitt des Ab­ schnitts 162 ausgebildet und nimmt ein Lager 170 auf, in dem das oberen Ende einer drehbaren Welle 172 gelagert ist, die eine Vielzahl von Kratzarmen 174 wie bei der vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform trägt. Jeder Kratzarm ist mit einer Vielzahl von winklig angeordne­ ten Kratzzähnen 176 versehen, die das Ausgangsmaterial radial einwärts und auswärts über eine Vielzahl von mit vertikalem Abstand angeordneten Herdelementen 178 fördern.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dringt das vorerhitzte und teilweise entwässerte Ausgangsmate­ rial, das vom oberen Ende der winklig geneigten Kammer 134 abgegeben wird, in den Reaktor durch den Einlaß 138, der mit einer Rinne 180 zur Verteilung des Materials über das oberste Herdelement 178 versehen ist, ein. In Abhän­ gigkeit von einer Drehung der Kratzarme bewegt sich das Material in der vorstehend beschriebenen und in Fig. 5 mit Pfeilen angedeuteten Weise abwechselnd kaskaden­ förmig nach unten. Da der untere Abschnitt des Reaktors 140 im wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten Reaktor ent­ spricht, ist keine spezielle Darstellung vorgesehen. Die Antriebs- und Lageranordnung der Fig. 1 kann in zufrie­ denstellender Weise auch für den Reaktor 140 eingesetzt werden.

Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist auch der Reaktor 140 der Fig. 5 mit einer zylindrischen Auskleidung 182 ver­ sehen, die die Innenwand der Reaktionszone bildet. Diese Aus­ kleidung ist mit einer äußeren Isolationsschicht versehen, die sich zwischen der Auskleidung und der Wand des Mittelab­ schnitts 164 befindet. In entsprechender Weise kann die Außen­ fläche der Wand und des domförmigen oberen Abschnittes mit einer Isolationsschicht 186 versehen sein, um Wärmeverluste minimal zu halten.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform besit­ zen die Herdelemente 178 eine Konstruktion, die der vor­ stehend in Verbindung mit den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung beschriebenen entspricht. Die Erhitzung des Ausgangsmaterials in der Reaktionszone wird durch direk­ te Injektion von erhitzten Gasen bei gesteuerten Tem­ peraturen und Drücken erreicht, wobei desweiteren wahl­ weise Hilfsheizvorrichtungen vorgesehen sein können, wie beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte spiralförmige Rohrbündel 94.

Nach einer langen Betriebsdauer kann eine unerwünschte Ansammlung von Teer und anderen Materialien auf den In­ nenflächen der in den Fig. 1 und 5 dargestellten Vor­ richtungen auftreten. In einem solchen Fall kann das In­ nere der Vorrichtung gereinigt werden, indem die weitere Einführung von Ausgangsmaterialien gestoppt wird. Nach­ dem der letzte Teil des Materials den Auslaß verlassen hat, kann Luft in das Innere der Vorrichtung eingeführt werden, um eine Oxidation und Entfernung der angesammel­ ten kohlenstoffhaltigen Ablagerungen zu bewirken.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist der Reaktor 140 vorzugsweise ebenfalls mit einem einen Flansch aufweisenden Auslaß 194 im domförmigen oberen Abschnitt versehen, der an eine geeignete Bruchscheibe oder ein Druckentlastungssystem angeschlossen sein kann, und zwar in entsprechender Weise wie der Auslaß 156 an der Kammer 134.

Die Betriebsbedingungen der in Fig. 5 dargestellten Vor­ richtung entsprechen im wesentlichen denen der vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung, wo­ bei ein aufgearbeitetes, chemisch umstrukturiertes, teil­ weise pyrolysiertes Produkt erzeugt wird.

Es wird nunmehr ein typisches Ausführungsbeispiel für die Betriebsweise einer der Ausführungsform der Fig. 5 entsprechenden Vorrichtung zur Aufarbeitung eines feuch­ ten Holz-Beschickungsmateriales beschrieben. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, dringt das Beschickungsmaterial unter einem Druck in den Einlaß 142 ein, der Atmosphärendruck entspricht, und mit einer Temperatur von etwa 16°C. Das nasse Holz dringt durch den Bunkerverschluß 144 und wird in das untere Ende der geneigten Kammer 134 mit einem Druck von 56,2 bar und einer Temperatur von etwa 18,5°C eingeführt. Das Ausgangsmaterial wird mit Hilfe des Schnec­ kenförderers durch die Kammer 134 nach oben geführt, wobei es in Gegenstromkontakt mit den erhitzten Gasen vom Reak­ tor 140 steht. Das eine Temperatur von etwa 200°C und einen Druck von etwa 56,5 bar aufweisende vorerhitzte Holz wird in den Einlaß 138 des Reaktors überführt. Produkt­ gas unter einer Temperatur von etwa 77°C und einem Druck von etwa 56,2 bar wird vom Auslaß 158 der Kammer 134 abgezogen, während Abwasser aus der Öffnung 160 unter einer Temperatur von etwa 200°C und einem Druck von etwa 56,2 bar abgezogen wird.

Das vorerhitzte Ausgangsmaterial wird durch Heißgaseinführung in den Reaktor 140 auf eine gewünschte Betriebstemperatur von beispielsweise 400°C weiter erhitzt, und zwar während seiner kaskadenförmigen Abwärtsbewegung durch die Reaktionszone. Da­ bei dringen die heißen Gase nach oben und werden im Gegen­ strom durch die Kammer 134 geführt. Das entstehende thermisch aufgearbeitete Festprodukt wird auf eine Temperatur, bei­ spielsweise unter etwa 94°C, weiter abgekühlt, wonach es über einen geeigneten Bunkerverschluß zur Lagerung unter Atmosphä­ rendruck abgegeben wird.

Claims (14)

1. Vorrichtung mit mehreren Herdelementen zur thermischen Behandlung von organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck mit einem Druckbehälter, der eine Kammer um­ grenzt, die eine Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herdelementen aufweist, die eine Reihe von oberen Herdelementen, die in Richtung auf den Umfang der Kammer abwärts geneigt sind, und eine Reihe von unteren Herdelementen, die im Abstand darunter angeordnet sind, enthalten, einer Einlaßeinrichtung im oberen Abschnitt des Behälters zur Einführung eines feuchten kohlenstoff­ haltigen Ausgangsmateriales unter Druck auf das oberste Herdelement, Kratz- bzw. Rühreinrichtungen, die über je­ dem Herdelement angeordnet sind und das Ausgangsmaterial radial entlang jedem Herdelement abwechselnd einwärts und auswärts fördern, um eine kaskadenförmige Abwärts­ bewegung des Ausgangsmaterials von einem Herdelement zum darunter befindlichen nächsten zu erzeugen, einer Auslaß­ einrichtung im oberen Abschnitt des Behälters zum Abzug von Reaktionsgasen unter Druck von der Kammer, Leiteinrich­ tungen, die die oberen Herdelemente und Kratzeinrichtungen überlagern und den aufwärts gerichteten Gegenstrom der Reaktionsgase benachbart zum Ausgangsmaterial führen, so daß eine Wärmeübertragung dazwischen stattfinden kann, Entwässerungseinrichtungen, die in Verbindung mit den oberen Herdelementen zum Abziehen von darauf befindli­ cher Flüssigkeit unter Druck aus der Kammer stehen, Heiz­ einrichtung in der Kammer, die im Bereich der unteren Herdelemente 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 flüchtigen Gasen und einem Reaktionsprodukt zu verdamp­ fen, und einer Abgabeeinrichtung im unteren Abschnitt des Behälters zum Abziehen des Reaktionsproduktes unter Druck aus der Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen mindestens eines der unteren Herdele­ mente (82) umfassen, das mit einer durchlässigen oberen Fläche versehen ist, die in Verbindung mit einer Kammer (104) zur Abgabe eines erhitzten Gases in Kontakt mit dem Beschickungsmaterial auf dem Herdelement (82) steht, und daß Zuführeinrichtungen zur Zufüh­ rung des erhitzten Gases zur Kammer (104) unter einer gesteuerten erhöhten Temperatur und unter einem Druck, der über dem Druck in der Kammer liegt, vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Reinigungseinrichtungen (Drahtbürsten 77) umfaßt, die zum Reinigen der Entwässerungseinrichtungen (76) dienen und den Kratzeinrich­ tungen (Kratzarmen 48) zugeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Herdelemente (82) eine Vielzahl von aneinander ange­ paßten Segmenten (95) umfassen, die mit einer durchlässigen Ober­ fläche über mindestens einen Teil ihrer oberen Fläche versehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die unteren Herdelemente (82) mit einer durch­ lässigen Oberfläche versehen sind, die eine oberen Wand (102) mit einer Vielzahl von Perforationen und ein poröses metallisches Sieb (105) umfaßt, das auf der unteren Fläche des Herdelementes ange­ ordnet ist und verhindert, daß Ausgangsmaterial in die Kammer (104) eindringt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen Hilfswärmeübertragungsein­ richtungen in der Kam­ mer zum Unterstützen der Erhitzung des Ausgangsmaterials durch das über die unteren Herdelemente (82) eingeführte erhitzte Gas umfassen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren Einrichtungen zum einstellbaren Lagern der Kratz- bzw. Rühreinrichtun­ gen (48) für eine Vertikalbewegung relativ zu den Ober­ flächen der oberen und unteren Herdelemente (64, 82) um­ faßt.

7. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck mit einer Vorheizkammer mit einem Einlaß an einem Ende zur Aufnahme des Ausgangsmaterials unter Druck und einem Auslaß am anderen Ende zur Abgabe des vorerhitzten Ausgangsmateri­ als, einer Fördereinrichtung zum Fördern des Ausgangsma­ terials durch die Kammer vom Einlaß zum Auslaß, einer Entwässerungseinrichtung in der Kammer zum Abziehen von darin befindlicher Flüssigkeit unter Druck aus der Kammer, einer Auslaßeinrichtung im oberen Abschnitt der Kammer zum Abziehen von flüchtigen Gasen unter Druck von der Kammer an einer Stelle, die im Abstand vom Auslaß ange­ ordnet ist, einer mehrere Herdelemente aufweisenden Vor­ richtung, die einen Druckbehälter mit einer Vielzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herdelementen auf­ weist, einer Einlaßeinrichtung im oberen Abschnitt des Behälters, die in Verbindung mit dem Auslaß der Kammer zur Einführung des vorerhitzten Ausgangsmaterials unter Druck auf das oberste Herdelement steht, Kratz- bzw. Rühr­ einrichtungen, die über jedem Herdelement angeordnet sind und das Material radial einwärts eines jeden Herdelemen­ tes abwechselnd einwärts und auswärts fördern, um eine kaskadenartige Abwärtsbewegung des Ausgangsmaterials von einem Herdelement zum nächsten darunter befindlichen Herd­ element zu erzeugen, Heizeinrichtungen im Behälter zum fortschreitenden Erhitzen des Ausgangsmateriales auf den Herdelementen auf eine erhöhte Temperatur über eine Zeit­ dauer, die zum Verdampfen von mindestens einem Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen zur Erzeugung von flüchtigen Gasen und einem Reaktionsprodukt ausreicht, Einrichtungen zum Lenken der flüchtigen Gase nach oben durch den Behälter und durch die Vorheizkammer im Gegen­ strom zur Bewegung des Ausgangsmaterials zur Auslaßein­ richtung und einer Abgabeeinrichtung im unteren Abschnitt des Behälters zur Abgabe des Reaktionsproduktes unter Druck vom Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz­ einrichtungen mindestens ein ringförmiges Herdelement (178) umfassen, das mit einer durchlässigen Oberfläche versehen ist, die in Verbindung mit einer Kammer zur Ab­ gabe eines erhitzten Gases in Kontakt mit dem Beschic­ kungsmaterial auf dem Herdelement (178) steht, und daß Zuführeinrichtungen zur Zuführung des erhitzten Gases zur Kammer auf einer gesteuerten erhöhten Temperatur und einem Druck über dem Druck im Behälter vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung in der Kammer einen Schnecken­ förderer (146) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizeinrichtungen Hilfswärmeübertra­ gungseinrichtungen im Druckbehälter zur Ergänzung der Erhitzung des Ausgangsmaterials durch das über die Herd­ elemente (178) eingeführte erhitzte Gas umfassen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Herdelemente (178) eine Vielzahl von aneinandergepaßten Abschnitten umfassen, die mit einer durchlässigen Oberfläche über mindestens einen Teil ihrer oberen Fläche versehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Herdelemente (178) mit einer durchlässigen Oberfläche versehen sind, die eine obere Wand mit einer Vielzahl von Perforationen und ein poröses Metallsieb umfaßt, das auf der unteren Fläche des Herdelementes vorgesehen ist und verhindert, daß Aus­ gangsmaterial in die Kammer eindringt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß sie desweiteren Einrichtungen zum einstellbaren Lagern der Kratz- bzw. Rühreinrichtun­ gen im Reaktor für eine Vertikalbewegung relativ zu den oberen Flächen der Herdelemente aufweist.

13. Verfahren zur thermischen Behandlung von feuchten organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck mit den folgenden Schritten:

• a) Einführen eines feuchten kohlenstoffhaltigen Materials, das unter Druck behandelt werden soll, in eine mehrere Herdelemente aufweisende Vorrichtung, die einen Druck­ behälter aufweist, welcher eine Vielzahl von überein­ ander angeordneten ringförmigen Herdelementen umfaßt, die eine Reihe von oberen Herdelementen, welche in Richtung auf den Umfang des Behälters abwärts geneigt angeordnet sind, und eine Reihe von unteren Herdele­ menten, die im Abstand darunter angeordnet sind, um­ fassen,
• b) Absetzen des Ausgangsmaterials auf dem obersten Herd­ element und Fördern desselben radial entlang eines jeden Herdelementes abwechselnd einwärts und auswärts, um eine kaskadenförmige Abwärtsbewegung des Materials von einem Herdelement zum nächsten darunter befindli­ chen Herdelement zu erreichen,
• c) Inkontaktbringen des Ausgangsmaterials mit im Gegen­ strom geführten erhitzten flüchtigen Gasen, um eine Vorerhitzung des Ausgangsmaterials auf den oberen Herdelementen auf eine Temperatur von etwa 94 bis etwa 260°C zu erreichen,
• d) Entfernen von Flüssigkeit von den oberen Herdelemen­ ten, die aus der freigesetzten Feuchtigkeit des Aus­ gangsmaterials und von kondensierbaren Flüssigkeiten in den flüchtigen Gasen stammt, unter Druck aus dem Inneren des Behälters,
• e) Erhitzen des vorerhitzten Ausgangsmaterials auf den unteren Herdelementen auf eine erhöhte Temperatur und
• f) Abziehen der verbleibenden Reaktionsgase aus dem obe­ ren Abschnitt des Behälters und Abgeben des festen Reaktionsproduktes unter Druck vom unteren Abschnitt des Behälters,
  dadurch gekennzeichnet, daß das vorerhitzte Ausgangsma­ terial dadurch erhitzt wird, daß man ein erhitztes Gas in Wärmeaustauschkontakt mit dem Ausgangsmaterial auf mindestens einigen der unteren Herdelemente über eine Zeitdauer einführt, die ausreicht, um mindestens einen Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen zu verdampfen und flüchtige Gase und ein festes Reaktions­ produkt zu erzeugen.

14. Verfahren zur thermischen Behandlung von feuchten organischen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Druck mit den folgenden Schritten:

• a) Einführen eines feuchten kohlenstoffhaltigen Ausgangs­ materials, das unter Druck behandelt werden soll, in eine Vorheizkammer und Vorerhitzen des Ausgangsmate­ rials auf eine Temperatur von etwa 94 bis etwa 260°C durch Wärmeübertragung mit im Gegenstrom geführten erhitzten flüchtigen Gasen,
• b) Entfernen jeglicher Flüssigkeit, die sich in der Vor­ heizkammer gebildet hat, unter Druck aus der Kammer,
• c) Einführen des vorerhitzten Ausgangsmaterials unter Druck in eine mehrere Herdelemente aufweisende Vorrich­ tung, die einen Druckbehälter umfaßt, der eine Viel­ zahl von übereinander angeordneten ringförmigen Herd­ elementen besitzt,
• d) Verteilen des vorerhitzten Ausgangsmaterials auf das oberste Herdelement und Fördern des Ausgangsmaterials radial entlang eines jeden Herdelements abwechselnd nach innen und außen, um eine abwärts gerichtete kas­ kadenförmige Bewegung des Ausgangsmaterials von einem Herdelement zum nächsten darunter befindlichen Herd­ element zu erreichen,
• e) Erhitzen des Ausgangsmaterials in der Vorrichtung auf eine erhöhte Temperatur,
• f) Führen der erhitzten flüchtigen Reaktionsgase im Ge­ genstrom zum Ausgangsmaterial durch den Druckbehälter und in die Vorheizkammer und
• g) Abgeben des festen Reaktionsproduktes unter Druck von der Vorrichtung,
  dadurch gekennzeichnet, daß man zum Erhitzen des Ausgangs­ materials ein erhitztes Gas in Wärmetauschkontakt mit dem Ausgangsmaterial auf mindestens einigen der ringförmi­ gen Herdelemente über eine Zeitdauer einführt, die aus­ reicht, um mindestens einen Teil der darin befindlichen flüchtigen Substanzen zu verdampfen und flüchtige Gase sowie ein festes Reaktionsprodukt zu erzeugen.