DE4317411A1 - Anlage zum thermischen Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material - Google Patents

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.