DE4317411A1 - Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material - Google Patents
Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoffhaltigem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum thermischen
Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material in einem
mit Wärmeenergie beaufschlagbaren Schachtofen.
Es ist bekannt, kohlenstoffhaltiges Material in mit
Wärmeenergie beaufschlagbaren Schachtöfen zu behan
deln und im Ergebnis dessen Holzkohle oder Aktiv
kohle herzustellen. Zur Herstellung von Holzkohle
oder Aktivkohle sind bereits Schachtöfen bekannt,
die diskontinuierlich mit kohlenstoffhaltigen Aus
gangsstoffen beschickt werden, die nach Erreichen
eines bestimmten Füllungsgrades der thermischen Be
handlung unterworfen werden. Dabei werden dem
Schachtofen Wärmeenergie und die für die Behandlung
notwendigen Prozeßgase über geeignete Einlaßöff
nungen zugeführt. Sowohl die Wärmeenergie als auch
die Prozeßgase durchströmen dabei das kohlenstoff
haltige Material innerhalb des Schachtofens in der
Regel im Gegenstrom, so daß überschüssige Wärme
energie und Prozeßabgase am oberen Ende des
Schachtofens herausgeführt werden müssen. Diese be
kannten Schachtöfen besitzen den Nachteil, daß das
zu behandelnde kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial
über einen für die Pyrolyse und/oder Aktivierung
erforderlichen Gesamtzeitraum in dem Schachtofen
verbleiben muß und nach Abschluß der Behandlung der
gesamte Schachtofen entleert werden kann. Für eine
neue Charge ist dann jedesmal eine Neubefüllung des
Schachtofens notwendig. Weiterhin ergeben sich
durch die gemeinsame Führung der Wärmeenergie und
der Prozeßgase durch das kohlenstoffhaltige Aus
gangsmaterial Schwierigkeiten bei der Prozeßfüh
rung, die zu einem nicht gleichmäßigen Endzustand
des behandelten kohlenstoffhaltigen Materials füh
ren. Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden,
innerhalb des Schachtofens Führungsbleche anzuord
nen, die ermöglichen sollen, daß einmal eingeführ
tes kohlenstoffhaltiges Material in einer bestimm
ten Höhe des Schachtofens aufgehalten werden kann
und somit erreicht werden soll, daß das kohlen
stoffhaltige Material in der bestimmten Höhe einer
ausreichenden Wärmebehandlung unterzogen werden
kann, so daß ungleichmäßige Qualitäten beim Austrag
vermieden werden können. Diese Schachtöfen haben
neben dem komplizierten Aufbau, der darüber hinaus
nur bei sehr großen Einheiten eingesetzt werden
kann, den Nachteil, daß die Führungsflächen regel
mäßig zu Brückenbildungen führen, die den ganzen
Prozeß der Aktivkohleherstellung behindern.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
eine Anlage der gattungsgemäßen Art zu schaffen,
mit der in einfacher Weise eine kontinuierliche
thermische Behandlung von kohlenstoffhaltigem Ma
terial zur vorzugsweisen Herstellung von Holzkohle
und/oder Aktivkohle möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An
spruch 1 genannten Merkmale gelöst. Es wurde gefun
den, daß wenn der Schachtofen wenigstens einen Re
aktor enthält, der eine Einfülleinrichtung für das
kohlenstoffhaltige Material, eine Auslaßeinrichtung
für das behandelte kohlenstoffhaltige Material und
eine Einlaßöffnung für Prozeßgas sowie eine Aus
laßöffnung für Prozeßabgase aufweist, eine konti
nuierliche thermische Behandlung der kohlenstoff
haltigen Materialien durchgeführt werden kann, ohne
daß die die benötigte Wärmeenergie übertragenden
Medien direkt durch das kohlenstoffhaltige Material
geführt werden müssen und damit die hiermit ver
bundenen Nachteile sicher vermieden werden. Damit
bietet sich die Möglichkeit einer gleichmäßigen
gesteuerten Prozeßführung, die auf optimale Pro
duktausbeute, homogene Produktqualität und gleich
mäßig geringe Emission ausgerichtet ist. Weiterhin
können mit einer derartig aufgebauten Anlage auch
kohlenstoffhaltige Materialien in geringen Mengen
thermisch behandelt werden. Gerade diese Möglich
keit bietet den Vorteil, eine derartige Anlage
schnell und problemlos in der Nähe des Anfalls des
benötigten kohlenstoffhaltigen Materials, das ins
besondere Laubholzstücken oder Laubholzhack
schnitzel aber auch andere Materialien, wie bei
spielsweise Kokosnußschalenkoks, Erdnußschalenkoks,
Bambus oder ähnliches sein kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Anlage ist vorge
sehen, daß der Schachtofen zwei bis fünfzehn, vor
zugsweise fünf bis zehn, insbesondere acht Reak
toren besitzt. Somit ist sehr vorteilhaft möglich,
daß in einem einzigen Schachtofen mehrere kleinere
vollkommen getrennt aufgebaute Reaktoren angeordnet
sein können, so daß es sehr vorteilhaft möglich
ist, in jedem der einzelnen Reaktoren innerhalb
eines Schachtofens unterschiedliche Chargen von
Holz- und/oder Aktivkohlen herzustellen und diese
in einfacher Weise durch eine Prozeßführung,
beispielsweise die Einstellung der Verweilzeit des
kohlenstoffhaltigen Materials, in einem Reaktor
eingestellt werden können.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Anlage
ist vorgesehen, daß die Reaktoren eine gemeinsame
Einfüllvorrichtung besitzen, die vorzugsweise eine
Eintragsschleuse aufweist, deren Schleuseneingang
mit einer Zuführung und deren Schleusenausgang mit
einer Verteilung in Verbindung bringbar sind.
Hierdurch ist sehr vorteilhaft möglich, daß für die
einzelnen Reaktoren eine gemeinsame Aufbereitung
des kohlenstoffhaltigen Materials erfolgen kann,
die insbesondere die Herstellung der notwendigen
Stückgrößen und bespielsweise eine Entrindung bein
halten kann und erst unmittelbar vor dem Schacht
ofen eine Zuordnung zu den einzelnen Reaktoren
erfolgen kann.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Anlage
ist vorgesehen, daß die Verteilung eine Ver
teilerrinne ist, deren Einlaß mit dem Schleusen
ausgang der Eintragsschleuse in Verbindung steht
und deren Auslaß mit den Reaktoren in Verbindung
bringbar ist. Hiermit ergibt sich sehr vorteilhaft
die Möglichkeit, selbst für mehrere Reaktoren eine
gemeinsame Schleuse vorzusehen, die zur Vermeidung
des Austritts von Prozeßabgasen in die Atmosphäre
notwendig ist und nach der Schleuse eine Zuführung
der kohlenstoffhaltigen Materialien in die einzel
nen Reaktoren erfolgen kann. Dadurch, daß die Ver
teilerrinne bevorzugt an der Eintragsschleuse
schwenkbar angelenkt ist und bei Verschwenkung mit
ihrem Auslaß einen Kreisbogen beschreibt, innerhalb
dessen die Reaktoren angeordnet sind, kann durch
einfache Winkelverstellung der Verteilerrinne je
weils ein anderer Reaktor mit kohlenstoffhaltigem
Material gefüllt werden. Die Reihenfolge der Befül
lung bzw. die Menge der Befüllung der einzelnen
Reaktoren sind von der Prozeßführung abhängig und
sind leicht steuerbar.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Anlage
ist vorgesehen, daß die Reaktoren Reaktionsrohre
sind, die über ein Übergangsrohr mit der Verteilung
in Verbindung stehen und die bevorzugterweise
zylindrisch oder mit einer konischen Erweiterung
ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung der Reaktoren
erlaubt es, innerhalb eines Schachtofens eine An
zahl von einzelnen als Reaktionsrohre ausgebildeten
Reaktoren beabstandet zueinander anzuordnen, und
trotzdem innerhalb des Schachtofens eine Beauf
schlagung der Reaktionsrohre mit Wärmeenergie
durchzuführen, so daß eine indirekte thermische Be
handlung des in den Reaktionsrohren eingefüllten
kohlenstoffhaltigen Materials erfolgen kann. Durch
die Ausbildung als Reaktionsrohre wird gleichzeitig
erreicht, daß auf einem möglichst geringen Raum
eine relativ große Anzahl einzelner Reaktoren ange
ordnet werden kann.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Anlage
ist vorgesehen, daß der Schachtofen drei Bereiche
aufweist, die vorzugsweise durch waagerechte zur
Aufnahme der Reaktionsrohre Durchgangsöffnungen
aufweisende Zwischenböden gebildet sind, die die
Reaktionsrohre in ihrer Höhe übergreifen. Damit
wird erreicht, daß die Reaktionsrohre bzw. die
Reaktoren in unterschiedliche thermische Bereiche
einteilbar sind, in denen gleichzeitig eine Trock
nung und/oder Pyrolyse und/oder Aktivierung des
kohlenstoffhaltigen Materials erfolgen kann und
damit diese unterschiedlichen Prozesse miteinander
gekoppelt werden können. Vorteilhafterweise wird
damit erreicht, daß diese Vorgänge unabhängig von
einander steuerbar und damit leicht zu beherrschen
sind. Durch diese Prozeßkopplung der einzelnen Pro
zeßstufen Trocknung, Pyrolyse und Aktivierung in
einem durchgehenden Reaktionsrohr bzw. Reaktor, der
drei thermische Bereiche aufweist, ist in einfacher
Weise eine kontinuierliche Fahrweise der gesamten
Anlage möglich. Diese Fahrweise wird dadurch er
reicht, daß in Abhängigkeit von über die Auslaß
einrichtung für das behandelte kohlenstoffhaltige
Material der Reaktoren bestimmte Auslaßmengen ent
nommen werden, eine entsprechende Menge kohlen
stoffhaltiges Ausgangsmaterial über die Einführein
richtung bzw. die Eintragsschleuse und die Verteil
rinne zugeführt werden kann.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Anlage erge
ben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Aus
führungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Anlage zum
thermischen Behandeln von kohlenstoff
haltigem Material im Teilschnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht gemäß Fig. 1 im Schnitt
und
Fig. 3 den schematischen Aufbau der in den Fi
guren 1 und 2 gezeigten Anlage.
In Fig. 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete
Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoff
haltigem Material gezeigt. Die Anlage 10 besitzt
zwei Schachtöfen 12, wobei der Aufbau im nachfol
genden nur anhand eines Schachtofens 12 näher er
läutert wird. Der Schachtofen 12 weist in seinem
Inneren achsparallel angeordnete als Reaktoren die
nende Reaktionsrohre 14 auf. Der Schachtofen 12
weist weiterhin Zwischenböden 16 und 18 auf, die
den Reaktor in die Bereiche 20, 22 und 24 auf
teilen. Die Zwischenböden 16 und 18 besitzen
Durchgangsöffnungen 26, durch die die Reaktions
rohre 14 hindurchgeführt sind. Innerhalb des Berei
ches 20 sind die Reaktionsrohre 14 doppelwandig
ausgeführt und besitzen eine Einlaßöffnung 28 für
die Zuführung eines Kühlmediums, insbesondere Was
ser. Innerhalb des Bereiches 22 besitzen die Re
aktionsrohre 14 eine Einlaßöffnung 30 für Prozeß
gase, insbesondere Heißdampf. Der Bereich 22 des
Schachtofens 12 ist weiterhin über eine hier nicht
dargestellte Brennkammer 32 mit Wärmeenergie beauf
schlagbar. Der Bereich 22 besitzt weiterhin eine
hier nicht dargestellte Auslaßöffnung 34, die mit
einem Wärmetauscher 36 in Verbindung steht. Der
Bereich 24 des Schachtofens 12 besitzt eine eben
falls nicht dargestellte Einlaßöffnung 38, die mit
dem Wärmetauscher 36 in Verbindung steht. Weiterhin
besitzt der Bereich 24 eine Auslaßöffnung 40, die
zu der Brennkammer 32 führt. Die Auslaßöffnung 40
steht dabei in Verbindung mit den Reaktionsrohren
14 und dient der Abführung der anfallenden Reak
tionsabgase. Oberhalb des Schachtofens 12 enden die
Reaktionsrohre 14 in einem Übergangsrohr 42, das
mit einer Verteilung 44 in Verbindung steht. Der
Verteilung 44 zugeordnet ist eine Eintragsschleuse
46, deren Schleuseneingang 48 mit einer Zuführung
50 und deren Schleusenausgang 52 mit der Verteilung
44 in Verbindung steht. Der Schleuseneingang 48 und
der Schleusenausgang 52 weisen dabei hier nicht
dargestellte als gasdichte Schieber ausgebildete
Absperrorgane auf. Innerhalb der Verteilung 44 ist
eine Verteilerrinne 54 angeordnet, die an der Ein
tragsschleuse 46 schwenkbar angelenkt ist, und deren
Auslaß 56 den einzelnen Übergangsrohren 42 zu
ordenbar ist. Die Reaktionsrohre 14 besitzen unter
halb des Bereiches 20 eine Auslaßeinrichtung 58,
wobei jede Auslaßeinrichtung 58 eines Reaktions
rohres 14 einer reversierbaren Austragsschnecke 60
zugeordnet ist.
In der in Fig. 2 gezeigten Draufsicht wird der
Aufbau der Anlage 10 weiter verdeutlicht. Gleiche
Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugs
zeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
In der Fig. 2 wird deutlich, daß die beiden
Schachtöfen 12 identisch aufgebaut sind und im
Innern auf einer Kreisbogenlinie angeordnet jeweils
acht Reaktionsrohre 14 enthalten. Jedem dieser
Reaktionsrohre 14 ist an dem bereits in Fig. 1
erwähnten unteren Auslaß eine Austragsschnecke 60
zugeordnet. Die Austragsschnecken 60 sind mit Sam
melschnecken 62 verbunden, die zu einem hier nicht
dargestellten Sammelplatz führen.
In der in Fig. 3 gezeigten schematischen Übersicht
sind nochmals die acht Reaktionsrohre 14 gezeigt,
die die bereits in den Fig. 1 und 2 erwähnte
Ausgestaltung besitzen. Anhand der schematischen
Übersicht in Fig. 3 wird die Funktion der Anlage
10 gemäß der nachfolgenden Erläuterung besonders
deutlich. Gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2
sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Anordnung 10
übt folgende Funktion aus:
Das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial wird bei
spielsweise als Laubholzstücken in der für eine
Holzkohle und/oder Aktivkohleherstellung notwendi
gen Größe bereitgestellt und mit Hilfe eines nicht
dargestellten Förderers der Zuführung 50 bzw. der
Eintragsschleuse 46 zugeführt. Der Eintragsschleuse
46 wird diskontinuierlich eine Holzmenge direkt zu
geführt, die der Nachfüllung eines Reaktionsrohres
14 entspricht. Der Förderer arbeitet also nur nach
Abruf durch eine Füllstandskontrolle, die innerhalb
der Übergangsrohre 42 angeordnet ist und in den
Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt ist.
Die Eintragsschleuse 46 hat dabei neben der Do
sierung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials
eine Abdichtung der Reaktionsrohre 14 gegenüber der
Umgebung zur Aufgabe. Das Volumen der Eintrags
schleuse ist dabei vorzugsweise um 30% größer als
das je Füllzyklus zu dosierende Einsatzgut, damit
der Schleuseneingang 48 nicht durch Überfüllung
verklemmen kann. Die Eintragsschleuse 46 besteht
beispielsweise aus einem zylindrischen Rohr. Der
Schleuseneingang 48 und der Schleusenausgang 52
weisen dabei als gasdichte Schieber ausgebildete
Absperrorgane auf, die beispielsweise mechanisch
angetrieben werden und über eine Sicherung gegen
Überlastung verfügen. Im Betrieb des Reaktors bzw.
der Reaktionsrohre 14 sind die Schieber gegen
gleichzeitiges Öffnen gesichert.
Die Befüllung des Reaktors bzw. der Reaktionsrohre
14 wird nunmehr folgendermaßen durchgeführt. Der im
Schleuseneingang 48 angeordnete Schieber wird ge
öffnet, wenn sichergestellt ist, daß der im Schleu
senausgang 52 angeordnete Schieber geschlossen ist.
Über den Förderer wird die Eintragsschleuse 46 mit
einer Menge an Holzstücken oder Hackschnitzeln
gefüllt, die beispielsweise 70% des Schleusen
volumens entsprechen. Nunmehr wird der im Schleu
seneingang 48 angeordnete Schieber geschlossen,
während der im Schleusenausgang 52 angeordnete
Schieber geöffnet werden kann. Durch die Öffnung
des im Schleusenausgang 52 angeordneten Schiebers
gelangt das Einsatzgut in die Verteilrinne 54 und
damit in das gerade der Verteilrinne 54 zugeordnete
Reaktionsrohr 14. Nunmehr wird der innerhalb des
Schleusenausgangs 52 angeordnete Schieber wieder
geschlossen. Während des Schleusenvorgangs wird bei
geöffnetem unteren Schieber und Auslauf des Ein
satzgutes die Eintragsschleuse 46 mit dem Reaktions
rohr 14 verbunden, während bei geöffnetem oberen
Schieber während des Einfüllens des Einsatzgutes in
die Eintragsschleuse 46 das in der Eintragsschleuse
46 vorhandene Gas in die Atmosphäre verdrängt wird.
Damit bei diesem Verfahrensablauf kein Gas aus dem
Reaktionsrohr 14 an die Umgebung abgegeben werden
kann, muß eine Spülung der Eintragsschleuse 46 oder
eine Absaugung erfolgen. Um dies zu erreichen, kann
beispielsweise während des Auslaufens des Einsatz
gutes in die Verteilrinne 54 tangential in die
Eintragsschleuse 46 Stickstoff eingeschleust werden.
Hierdurch wird erreicht, daß während der Öffnung
des Schleusenausgangs 52 kein Prozeßabgas, insbe
sondere Pyrolyseabgas oder Aktivierungsabgas, in
die Eintragsschleuse 46 und in den Bereich der
Verteilrinne 54 gelangen können. Weiterhin ist
denkbar, daß während des Öffnens des Schleusen
eingangs 48 über ein Gebläse das verdrängte Gas der
Brennkammer 32 zugeführt wird, so daß sicher
gestellt ist, daß kein während des Öffnens des
Schleusenausgangs 52 in die Eintragsschleuse 46
gelangtes Pyrolysegas in die Atmosphäre gelangen
kann.
Die Verteilung des diskontinuierlich in die Reak
tionsrohre 14 eingebrachten Holzes erfolgt über die
schwenkbare Verteilrinne 54, die das Holz aufnimmt
und dem Übergangsrohr 42 zuführt, dessen Füll
standsanzeige die Nachspeisung anfordert. Die Ver
teilung 44, innerhalb der die Verteilrinne 54 ange
ordnet ist, ist in die Abgasführung der aus der
Reaktorbeheizung kommenden Verbrennungsgase einbe
zogen, so daß hier eine Unterkühlung und damit eine
Kondensatabscheidung vermieden wird.
Die schwenkbare Verteilrinne 54 reagiert auf ein
Signal der bereits erwähnten Füllstandsanzeigen.
Damit ist nicht vorausgesetzt, daß eine Befüllung
der Reaktionsrohre 14 in der Reihenfolge ihrer An
ordnung erfolgen muß. Über eine optische Anzeige,
die beispielsweise in einer Meßwarte angeordnet
sein kann, ist eine Kontrolle der Arbeit der Ver
teilrinne 54 möglich, so daß kontrolliert werden
kann, ob eventuell ein Reaktionsrohr 14 über länge
re Zeit nicht befüllt wurde.
Die Übergangsrohre 42 bilden eine Verbindung zwi
schen den Reaktionsrohren 14 und dem Verteiler 44,
so daß ein Abzug der Pyrolysegase in den Gas
sammelraum innerhalb des Bereiches 24 möglich ist,
ohne daß die Pyrolysegase in den Verteiler 44 ge
langen können.
Der Durchmesser der Übergangsrohre 42 ist so be
messen, daß sich zwischen den Reaktionsrohren 14
und den Übergangsrohren 42 ein Spalt ergibt, so daß
die Pyrolysegase in den Gassammelraum entweichen
können.
Die Reaktionsrohre 14 werden innerhalb des Be
reiches 22 durch über die Brennkammer 32 bereit
gestellte Wärmeenergie von außen erhitzt.
Diese Beaufschlagung der Reaktionsrohre 14 mit den
Heizgasen führt zu einer indirekten Erwärmung der
innerhalb der Reaktionsrohre 14 eingefüllten koh
lenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien. Zur Ver
meidung einer Brückenbildung innerhalb der Reak
tionsrohre 14 wird der lichte Durchmesser der
Reaktionsrohre 14 beispielsweise in einem Verhält
nis von 1 : 5 zwischen Stückgröße der eingefüllten
Holzstücke und dem lichten Durchmesser gewählt. Zur
Vermeidung von Brückenbildungen können die Reak
tionsrohre 14 auch eine konische Erweiterung auf
weisen, die im Bereich der thermischen Prozesse,
also in den Bereichen 22 und 24, beispielsweise ca.
5° betragen kann. Im Falle einer Brückenbildung in
nerhalb der Reaktionsrohre 14 erkennt die Ver
teilerrinne 54, daß ein Reaktionsrohr 14 nicht
regelmäßig gefüllt wird und signalisiert diese
Brückenbildung weiter. Durch Zuführung von Reak
tionsdampf über die Einlaßöffnung 30 wird die
Brückenbildung beseitigt und dieses Reaktionsrohr
14 normal weiter befüllt.
Das in die Reaktionsrohre 14 dosierte Holz wird
durch die hohe Außentemperatur im Bereich 22 des
Schachtofens 12 einer intensiven thermischen Bean
spruchung unterzogen. Die Trocknung des Holzes
erfordert wesentlich mehr Wärme, als sie zur Ver
dampfung des Wassers erforderlich wäre. Durch
hygroskopische Sprengarbeit wird mit abnehmendem
Wassergehalt der Energieaufwand beim Trocknen stän
dig höher und erreicht ca. 150% der Verdampfungs
wärme für das Wasser. Die für die Trocknung erfor
derlichen Zeiten sind daher nicht genau bestimmbar,
man erreicht jedoch bei einer Steigerung der
Temperatur des Schachtofens auf über 350°C und
einer stetig weitersteigenden Pyrolysetemperatur,
daß die Holzkohle einen Rest flüchtigen Gehalt von
15 bis 18% aufweist. Die Exothermie der Holz
pyrolyse unterstützt dabei die Durchkohlung der
Holzstücke wesentlich. Hierdurch wird es möglich,
daß die Reaktionsrohre 14 so beheizt werden, daß
während der Holzverkohlung im Bereich 22 die
Temperatur außerhalb der Reaktionsrohre 14 bei ca.
750°C liegt, während die Temperatur im Bereich 24
oberhalb von 300°C liegen kann. Eine Abstimmung
der Temperaturführung mit der Anlagenleistung und
der gewünschten Holzkohlequalität ist dabei ent
sprechend der Prozeßführung einstellbar.
Die erwähnte Temperaturführung innerhalb des
Schachtofens 12 im Bereich 22 ist insbesondere für
den gesamten Anlagenbetrieb günstig, da die Brenn
kammer 32 somit stets oberhalb einer sicheren Zünd
temperatur, die bei ca. 750°C liegt, betrieben
werden kann und die hohen Temperaturen im Bereich
24 eine Kondensation von Teeren und Ölen, die
innerhalb der Prozeßabgase vorhanden sind, vor
Erreichen der Brennkammer 32 sicher verhindert.
Während der thermischen Behandlung der eingesetzten
Holzstücke folgt nach der Trocknung die thermische
Zersetzung, bei der folgende Produkte entstehen:
- - Zersetzungswasser 32%
- - kondensierbare Bestandteile (Teer, Methanol, Essigsäure) 25%
- - gasförmige Bestandteile 16,5%
- - Holzkohle 26,5%.
Die gasförmigen und kondensierbaren Produkte ge
statten es, in der Brennkammer 32 durch über
stöchiometrische Verbrennung ausreichend Wärme zu
erzeugen, so daß die Schachtöfen 12 mit dem Abgas
beheizt werden können und noch ein erheblicher
Energieüberschuß verbleibt. Die Reaktionsrohre 14
erweitern sich im Bereich der Einlaßöffnung 30 zu
einem Ringraum, in dem die Einspeisung des Akti
vierungsdampfes erfolgt. Der Aktivierungsdampf wird
über einen Wärmetauscher 64 gewonnen, der mit über
schüssigem nicht für die Beheizung des Bereiches 22
benötigten Heizgas gespeist wird. Die Einführung
des Aktivierungsdampfes über die Einlaßöffnung 30
bewirkt in dem dortigen Bereich des Reaktionsrohres
14 eine endotherme Reaktion, das heißt, die für die
Überhitzung des Aktivierungsdampfes benötigte Wärme
wird der Holzkohle entzogen und diese damit ge
kühlt. Durch die Zuführung von Aktivierungsdampf
wird einerseits durch die Wirkung als Spülgas eine
verbesserte Wärmeübertragung innerhalb der Reak
tionsrohre 14, insbesondere innerhalb der Bereiche
22 und 24, erreicht und damit eine Erhöhung der
Holzkohleausbeute möglich.
In dem Bereich 20 des Schachtofens 12 findet eine
Kühlung statt, die insbesondere dadurch verbessert
wird, daß in diesem Bereich die Reaktionsrohre 14
doppelwandig ausgeführt sind und in den sich da
durch ergebenden Raum Kühlwasser eingeleitet werden
kann. Zur Verbesserung der Kühlwirkung können die
Reaktionsrohre 14 zusätzlich Kühlrippen aufweisen.
Soll mit der Anlage 10 anstelle der bisher be
schriebenen Holzkohleherstellung Aktivkohle herge
stellt werden, werden entsprechende Hackschnitzel
über die Eintragsschleuse 46 in die Reaktionsrohre
14 eingebracht. Die dabei zu beachtenden Vorgänge
sind bereits weiter oben ausführlich erläutert und
sollen hier nicht wiederholt werden. Durch eine
dichtere Lagerung der Hackschnitzel verbessern sich
die Wärmeübergangsbedingungen innerhalb der Reak
tionsrohre 14. Eine Trocknung und eine Pyrolyse der
Hackschnitzel werden daher bereits vor Erreichen
der Einlaßöffnung 30, also der erwähnten Erwei
terung der Reaktionsrohre 14, erreicht. Somit ist
zu diesem zeitigen Zeitpunkt bereits Holzkohle
entstanden, die nunmehr teilvergast wird. Hierbei
reagiert ein Teil des Kohlenstoffs der Holzkohle
mit gebundenem Sauerstoff und führt zu einer Poren
bildung, die die spezifische Oberfläche der Holz
kohle so erweitern, daß sie als Adsorptionsmittel
verwendet werden kann.
Während bei der üblichen Aktivkohleerzeugung aus
Holzkohle der Aktivierungsprozeß nach Abkühlung der
Holzkohle in einem separaten Reaktor durchgeführt
wurde, wird hier durch die Kopplung der Prozesse
Trocknung, Pyrolyse und Aktivierung auf die Ener
gieverluste durch Abkühlung und Wiedererwärmung für
die Teilvergasung verzichtet. Der Prozeß arbeitet
also im Bereich zwischen der Holzpyrolyse und der
totalen Holzvergasung.
Innerhalb der Reaktionsrohre 14 laufen dabei fol
gende Vorgänge ab. Der Bereich 22, in dem die ther
mische Behandlung des Einsatzmaterials durchgeführt
wird, wird vom Heizgas der Brennkammer 32 nach
Temperierung auf die gewünschte Reaktortemperatur
beheizt. Zur Temperierung dient beispielsweise ein
Wärmetauscher 65. Zur gleichmäßigen Verteilung der
Heizgase kann im Zentrum des Reaktors, bzw. des
Schachtofens 12, das heißt innerhalb der durch die
Reaktionsrohre 14 gebildeten Kreisform, ein Ver
dränger angeordnet sein, so daß der Kern des
Schachtofens 12 nicht vom Heizgas durchströmt wird.
Zur Verbesserung der Heizgasverteilung und des
Wärmeübergangs vom Heizgas auf die Reaktionsrohre
14 wird der Zwischenraum innerhalb der Reaktions
rohre 14 mit Schichten von Füllkörpern ausgefüllt.
Diese Schichten werden auf eine Lochplatte aufge
baut, unter der die heißen Heizgase über den
Querschnitt des Schachtofens 12 verteilt werden.
Die mit der Auffüllung erreichte Trägheit in der
Wärmeübertragung bewirkt eine Konstanthaltung der
Temperaturverteilung innerhalb des Bereiches 22.
Vor allem ergeben sich Vorteile für die Prozeß
führung, da die Füllkörperschüttung einen Druckver
lust in den Heizgasweg einbringt, der es gestattet,
den Druck im oberen Bereich des Schachtofens 12
leichter konstant zu halten. Oberhalb des Bereiches
22 werden die Heizgase durch die Auslaßöffnung 34
dem Wärmetauscher 36 zugeführt. In den Bereich 22
können weiterhin, bisher nicht erwähnte, im unteren
Teil, das heißt unterhalb der Verkokungszone und
damit unterhalb der erwähnten Lochbleche für die
Heizgasverteilung zum Anheizen Brenner 66 angeord
net sein. Diese Brenner 66 dienen lediglich zum
Anfahren der Anlage und werden automatisch abge
schaltet, wenn die Reaktionstemperatur erreicht ist
und die Brennkammer 32 auf Verbrennung von Prozeß
abgasen aus dem Schachtofen 12 umgeschalten ist.
Der Bereich 24, das heißt die Trockenzone, wird
nunmehr von dem Heizgas durchströmt, das über die
Auslaßöffnung 34 dem Wärmetauscher 36 zugeführt
wurde. Damit ist eine Temperierung des Bereiches 24
auf ca. 350°C möglich, und die Trocknung kann der
Feuchte des gelieferten Ausgangsmaterials angepaßt
werden. Das Heizgas durchströmt nach der Trocken
zone auch den Gassammelraum für das Pyrolysegas
bzw. Aktivierungsabgas und verhindert dadurch, wie
bereits erwähnt, eine Ablagerung von Kondensaten
aus diesem Gas.
In dem Bereich 20 wird das erzeugte Reaktions
produkt, wie bereits weiter oben erwähnt, bei
spielsweise durch Wasser gekühlt. Der Bereich 20
ist dabei von den Bereichen 22 und 24 gasdicht ge
trennt.
Die unterhalb der Reaktionsrohre 14 angeordneten
Austragsschnecken 60 nehmen das aus jedem zuge
ordneten Reaktionsrohr 14 anfallende Produkt auf.
Hiermit ist erreicht, daß für jedes Reaktionsrohr
14 der Durchsatz separat geregelt werden kann.
Sollte eine Brückenbildung in einem Reaktionsrohr
14 registriert werden, wird die zugehörige Aus
tragsschnecke 60 solange angehalten, bis die
Brückenbildung durch Vergasen eines Teils der Holz
kohle beseitigt und eine Nachfüllung des be
treffenden Reaktionsrohres 14 mit Frischholz er
folgt ist. Damit wird erreicht, daß bei einer
größeren Nachfüllmenge, als der normalen Dosierung
entspricht, die Austragsschnecke 60 erst zuge
schaltet wird, wenn das Holz im Reaktionsrohr 14
durchgekohlt ist. Der Austrag von Holz wegen un
zureichender Verweilzeit im Reaktionsrohr 14 wird
auf diese Weise verhindert. Eine Brückenbildung im
Reaktionsrohr 14 wird durch einen Temperaturabfall
im Schüttkegel der Austragsschnecken 60 erkannt, da
keine Holzkohle mehr in die Austragsschnecke 60
gelangt. Die Vergasung zur Beseitigung der Brücken
bildung erfolgt durch verstärkte Zugabe von Prozeß
dampf über die Einlaßöffnung 30. Die
Austragsschnecken 60 fördern das Produkt
beispielsweise in die angeordneten Sammelschnecken
62, die es einer weiteren Verarbeitung und/oder
Konfektionierung zuführen. Alle Schnecken 60 bzw.
62 sind langsam laufende Druckschnecken, die das
Produkt nur wenig mechanisch beanspruchen und die
vorzugsweise mit einer Wasserdosierung versehen
sind. Diese Wasserzugabe bewirkt eine endgültige
Abkühlung des Produktes und stellt den erwünschten
Wassergehalt von 2% ein. Eine Erhöhung des
Feuchtegehaltes, beispielsweise auf einen Wert von
8%, erfolgt bei der späteren Konfektionierung.
Aus dem innerhalb des Bereiches 24 angeordneten
Gassammelraum dem Schachtofens 12 wird das
Pyrolysegas über die Auslaßöffnung 40 in die Brenn
kammer 32 überführt. Da je Tonne Holz (wasserfrei)
ca. 110 m³ Pyrolysegas mit einem Gehalt von ca. 1,3
kg Teer und weiteren 1,0 kg kondensierbaren An
teilen in die Brennkammer 32 überführt werden, ist
es für die Prozeßführung von wesentlicher Be
deutung, daß keine Möglichkeit der Abscheidung von
Kondensaten durch einen Temperaturabfall besteht.
Für diesen Prozeß ist es typisch und wesentlich,
daß die Pyrolysegase auf dem Weg bis zur Ver
brennung nicht unter 250°C abgekühlt werden.
Bleiben die kondensierbaren Stoffe bis zur Ver
brennung gasförmig, kann mit einem guten Ausbrand
und geringen Emissionen gerechnet werden. Der Über
gang der Pyrolysegase zwischen dem Schachtofen 12
und der Brennkammer 32 wird daher, wie bereits
erwähnt, durch die Heizgase, die aus dem Bereich 24
austreten, beheizt. Durch die Verbrennung innerhalb
der Brennkammer 32 werden Heizgase erreicht, die
Temperaturen von 1100°C bis 1200°C betragen. Die
Verbrennung wird dabei mit einem Luftüberschuß
betrieben. Indem diese sehr heißen Heizgase über
den Wärmetauscher 65 geführt werden, kann die be
nötigte Temperatur innerhalb des Bereiches 22 des
Schachtofens 12 eingestellt werden. Die dem Heizgas
entzogene Wärmeenergie wird dabei gleichzeitig zur
Überhitzung des Aktivierungsdampfes, der über die
Einlaßöffnung 30 zuführbar ist, verwendet.
Zur Reduzierung einer auf Grund der hohen Tempera
tur zu erwartenden Stickoxidbildung wird die
Brennkammer 32 vorzugsweise zweistufig ausgelegt,
wobei die erste Stufe nach intensiver Vermischung
des Prozeßabgases mit der Verbrennungsluft mit
einer Luftüberschußzahl betrieben wird, während in
der zweiten Stufe durch Sekundärluftzufuhr die end
gültige Luftüberschußzahl eingestellt wird. Hiermit
wird erreicht, daß eine Minimierung der Emissions
belastungen realisiert werden kann. Zur Vermeidung
des Austritts von Emissionen, beispielsweise im
Störfall, kann die Brennkammer 32 einen Sicher
heitsschornstein besitzen, der es gestattet, die
brennbaren Bestandteile des Prozeßabgases durch
eine automatisch zu schaltende Stützflamme zu ver
brennen. Während der Anfahrphase der Anlage 10 wird
die Brennkammer vorerst über einen zusätzlich ange
ordneten Brenner 68 erwärmt, bis die Umstellung auf
die Verbrennung der Prozeßabgase erfolgen kann.
Claims (21)
1. Anlage zum thermischen Behandeln von kohlen
stoffhaltigem Material in einem mit Wärmeenergie
beaufschlagbaren Schachtofen, dadurch gekennzeich
net, daß der Schachtofen (12) wenigstens ein Reak
tionsrohr (14) enthält, das eine Einfülleinrichtung
für das kohlenstoffhaltige Material, eine Auslaß
einrichtung für das behandelte kohlenstoffhaltige
Material und eine Einlaßöffnung (30) für Prozeßgase
sowie eine Auslaßöffnung (40) für Prozeßabgase auf
weist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schachtofen (12) 2 bis 15, vorzugsweise 5
bis 10, insbesondere acht Reaktionsrohre (14) be
sitzt.
3. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (14)
eine gemeinsame Einfülleinrichtung besitzen.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einfülleinrichtung
eine Eintragsschleuse (46) aufweist, deren Schleu
seneingang (48) mit einer Zuführung (50) und deren
Schleusenausgang (52) mit einer Verteilung (44) in
Verbindung bringbar sind.
5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schleuseneingang
(48) und der Schleusenausgang (52) jeweils ein,
vorzugsweise als gasdichten Schieber ausgebildetes
Absperrorgan besitzen.
6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung (44)
eine Verteilrinne (54) aufweist, deren Einlaß mit
dem Schleusenausgang (52) in Verbindung steht und
dessen Auslaß (56) mit den Reaktionsrohren (14) in
Verbindung bringbar ist.
7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilrinne (54)
an der Eintragsschleuse (46) schwenkbar angelenkt
ist und bei Verschwenkung mit ihrem Auslaß (56)
einen Kreisbogen beschreibt, innerhalb dessen die
Reaktionsrohre (14) angeordnet sind.
8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (14)
über ein Übergangsrohr (42) mit der Verteilung (44)
in Verbindung stehen.
9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (14)
zylindrisch oder mit einer konischen Erweiterung
ausgebildet sind.
10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (14)
innerhalb des Schachtofens (12) beabstandet zuein
ander angeordnet sind.
11. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (12)
Bereiche (20, 22, 24) aufweist, die die Reaktions
rohre (14) übergreifen.
12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (20, 22,
24) durch zur Aufnahme der Reaktionsrohre (14)
Durchgangsöffnungen (26) aufweisende Zwischenböden
(16, 18) gebildet sind.
13. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (14)
innerhalb des Bereiches (20) doppelwandig ausge
bildet sind.
14. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (22) einen
mit der Brennkammer (32) in Verbindung stehende
Eintrittsöffnung für Brenngase und eine mit einem
Wärmetauscher (36) in Verbindung stehende Auslaß
öffnung (34) aufweist.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß die Eintrittsöffnung über einen Wärmetau
scher (64) mit der Brennkammer (32) in Verbindung
steht.
16. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Bereiches
(22) wenigsten ein Brenner (66) angeordnet ist.
17. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (24) eine
mit dem Wärmetauscher (36) in Verbindung stehende
Einlaßöffnung und eine zu der Brennkammer (32)
führende Auslaßöffnung (40) aufweist.
18. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, daß innerhalb des Bereiches (24) ein Gassam
melraum (68) zur Aufnahme der die Reaktionsrohre
(14) verlassenden Prozeßabgase angeordnet ist und
dieser mit der Brennkammer (32) in Verbindung
steht.
19. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (14)
innerhalb des Bereiches (22) die Einlaßöffnung (30)
für Prozeßgase aufweisen.
20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich
net, daß die Einlaßöffnung (30) über den Wärme
tauscher (36) mit der Brennkammer (32) in Verbin
dung steht.
21. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung
durch eine jedem Reaktionsrohr (14) zugeordnete
Austragsschnecke (60) gebildet wird.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4317411A DE4317411A1 (de) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material |
CZ952907A CZ290795A3 (en) | 1993-05-18 | 1994-04-28 | Process and apparatus for heat treatment of carbon-containing material |
DE59401864T DE59401864D1 (de) | 1993-05-18 | 1994-04-28 | Anlage und verfahren zum thermischen behandeln von kohlenstoffhaltigem material |
AT94915135T ATE149194T1 (de) | 1993-05-18 | 1994-04-28 | Anlage und verfahren zum thermischen behandeln von kohlenstoffhaltigem material |
PCT/EP1994/001335 WO1994026842A1 (de) | 1993-05-18 | 1994-04-28 | Anlage und verfahren zum thermischen behandeln von kohlenstoffhaltigem material |
EP94915135A EP0699223B1 (de) | 1993-05-18 | 1994-04-28 | Anlage und verfahren zum thermischen behandeln von kohlenstoffhaltigem material |
AU66495/94A AU6649594A (en) | 1993-05-18 | 1994-04-28 | Thermal treatment process and installation for carbon-containing material |
FI955548A FI955548A (fi) | 1993-05-18 | 1995-11-17 | Laite ja menetelmä hiilivetypitoisen materiaalin lämpökäsittelyä varten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4317411A DE4317411A1 (de) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4317411A1 true DE4317411A1 (de) | 1994-11-24 |
Family
ID=6488889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4317411A Withdrawn DE4317411A1 (de) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4317411A1 (de) |
Cited By (1)
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- 1993-05-18 DE DE4317411A patent/DE4317411A1/de not_active Withdrawn
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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