DE4336503C2

DE4336503C2 - Device and method for performing endothermic chemical reactions

Info

Publication number: DE4336503C2
Application number: DE4336503A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Koenigsdorff; Thorsten Dipl Ing Denk
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: IL111411A; DE4336503A1; AU672137B2; IL111411A0; AU7590294A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung endothermer chemischer Reaktionen unter Beteiligung von Partikeln, bei welchem in einem Reaktionsgefäß die Partikel durch elektromagnetische Strahlung aufgeheizt werden, um die chemische Reaktion ablaufen zu lassen.The invention relates to a method for performing endothermic chemical reactions involving Particles in which the in a reaction vessel Particles heated up by electromagnetic radiation to allow the chemical reaction to take place.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durch führung des genannten Verfahrens, mit einem Reaktions gefäß, das ein Fenster für den Eintritt elektromagne tischer Strahlung, insbesondere Solarstrahlung, in eine Aufheizzone aufweist.The invention further relates to a device for through implementation of the above method, with a reaction vessel that has a window for entry electromagnetic table radiation, especially solar radiation, in one Has heating zone.

Aus den VDI-Berichten Nr. 704, S. 227-253, 1988 ist eine solche Vorrichtung bekannt, bei der die aus der Solarstrahlung aufgenommene Energie zur Durchführung einer endothermen Reaktion benutzt wird.From VDI reports No. 704, pp. 227-253, 1988 such a device is known in which the from Energy used to carry solar radiation an endothermic reaction is used.

Im Rahmen von Forschungsprojekten wurde beispielsweise die Vergasung von Ölschiefer mit Hilfe von elektromagne tischer Strahlung als kohlenstoffhaltiges Material in stationären Wirbelschichten im Labormaßstab untersucht, wobei die Wirbelschichtapparaturen von außen bestrahlt wurden.For example, in the context of research projects gasification of oil shale with the help of electromagnetic radiation as a carbonaceous material stationary fluidized beds examined on a laboratory scale, the fluidized bed apparatus being irradiated from the outside were.

Das Problem bei diesen bekannten Lösungen besteht darin, daß sie in großtechnischem Maßstab wenig effizient sind.The problem with these known solutions is that they are not very efficient on an industrial scale.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei welcher eine optimierte Anpassung der ab sorbierten Strahlungsleistung an eine im wesentlichen vollständige Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials möglich ist.The invention is therefore based on the object, a Ver drive and a device of the generic type create, in which an optimized adaptation of the sorbed radiation power to an essentially complete gasification of the carbonaceous material is possible.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der vorstehend genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektromagnetische Strahlung in einer Aufheizzone auf trifft, in welcher an der chemischen Reaktion nicht be teiligte Absorberpartikel oder an der chemischen Reaktion nicht beteiligte Absorberpartikel und die an der chemischen Reaktion beteiligten Partikel durch die Strah lung direkt aufgeheizt werden, und daß eine auf die Auf heizzone folgende Verweilzone vorgesehen ist, in welcher die aufgeheizten Absorberpartikel Wärme an die Partikel abgeben, um die chemische Reaktion zu unterhalten.This task is accomplished in a method of the above mentioned type according to the invention solved in that the electromagnetic radiation in a heating zone in which the chemical reaction does not affect involved absorber particles or in the chemical reaction Absorber particles not involved and those in the chemical reaction involved particles through the beam be heated directly, and that one on the on heating zone following dwelling zone is provided, in which the heated absorber particles heat the particles dispense to maintain the chemical reaction.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reaktionsgefäß einen auf die Aufheizzone folgenden Verweilbehälter zum Aufrechterhalten der chemischen Reaktion umfaßt.The task mentioned at the beginning is for a device of the type described in the introduction solved that the reaction vessel one on the heating zone following retention tank to maintain the chemical reaction.

Die erfindungsgemäße Lösung ist somit darin zu sehen, einerseits die Strahlung in geeigneter Weise zu absor bieren und andererseits dann die Wärme so lange den Partikeln zur Verfügung zu stellen, daß diese zu einer möglichst optimalen chemischen Reaktion fähig sind.The solution according to the invention can thus be seen in on the one hand to absorb the radiation in a suitable manner beers and then the heat To make particles available that this becomes a are capable of optimal chemical reaction.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere darin zu sehen, daß einerseits in der Aufheizzone ein Aufheizen von Absorberpartikeln oder Absorberpartikeln und Partikeln erfolgt und dann die in den Absorber partikeln gespeicherte Wärme eine ausreichend lange Zeit zur Verfügung steht, um dem endothermen Reaktionsprozeß mit den Partikeln eine ausreichend große Wärmemenge zur Verfügung zu stellen und dadurch ein im wesentlichen vollständiges Reagieren mit den Partikeln zu erreichen.The advantage of the solution according to the invention is in particular to see that on the one hand in the heating zone Heating of absorber particles or absorber particles and particles occurs and then those in the absorber particles stored heat for a sufficiently long time is available to the endothermic reaction process with the particles a sufficient amount of heat To provide and thereby an essentially to achieve complete reaction with the particles.

Die Aufheizzone kann unterschiedlich ausgebildet sein. So wäre es beispielsweise möglich, in der Aufheizzone die Absorberpartikel über eine waagrechte Strecke zu fördern.The heating zone can be designed differently. So it would be possible, for example, in the heating zone To convey absorber particles over a horizontal distance.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Aufheizzone eine von der Strahlung durchsetzte Fallstrecke für die Absorberpartikel oder die Absorberpartikel und Partikel aufweist. Der Vorteil einer derart ausgebildeten Aufheiz zone ist darin zu sehen, daß durch die Fallstrecke die Partikel frei fliegen und somit nicht die Notwendigkeit besteht, die sich in der Aufheizzone stark aufheizenden Partikel in Wärmekontakt mit einer aufwendigen, hoch temperaturbeständigen Fördereinrichtung zu halten und damit Wärme zu verlieren.However, it is particularly advantageous if the heating zone a falling path penetrated by the radiation for the Absorber particles or the absorber particles and particles having. The advantage of such a heating zone can be seen in the fact that the Particles fly freely and therefore no need exists, which heats up strongly in the heating zone Particles in thermal contact with an elaborate, high keep temperature-resistant conveyor and thereby losing heat.

Um zu verhindern, daß das Fenster durch Absorberpartikel oder Partikel verunreinigt wird, die wegen der hohen Temperaturen auf diesem festbacken, ist vorzugsweise das Fenster mit einer Freispüleinrichtung versehen, welche das Absetzen von Absorberpartikeln oder Partikeln auf einer Innenseite des Fensters verhindert. Hierbei erweist sich besonders auch noch das Vorsehen der Fallstrecke in der Aufheizzone als vorteilhaft, da der Spülgasbedarf deutlich geringer gehalten werden kann, im Gegensatz zu in einem Fördergasstrom transportierten Absorberpartikeln und Partikeln, da die Turbulenzen geringer sind. To prevent the window from being absorbed by particles or particles that are contaminated because of the high Baking temperatures on this is preferably that Provide windows with a flushing device, which the deposition of absorber particles or particles prevents an inside of the window. Here it turns out especially the provision of the fall distance in the heating zone as advantageous because the purge gas requirement can be kept significantly lower, in contrast to absorber particles transported in a conveying gas stream and particles because the turbulence is less.

Vorzugsweise ist die Freispüleinrichtung so ausgebildet, daß sie einen Spülgasstrom erzeugt, welcher das Fenster auf seiner den Absorberpartikeln oder Partikeln zuge wandten Innenseite freispült.The flushing device is preferably designed such that that it creates a purge gas stream which is the window on its the absorber particles or particles flushed inside.

Als Spülgas kann beispielsweise ein Inertgas zum Einsatz kommen. Um auch in diesem Fall eine aufwendige Trennung von Spülgas und Produktgas zu vermeiden, ist vorteil hafterweise vorgesehen, daß als Spülgas der Freispül einrichtung das Produktgas verwendet wird, so daß auch dieses wieder über die bereits für das Reaktionsgefäß vorgesehene Produktgasabfuhr abgeführt werden kann.An inert gas, for example, can be used as the purge gas come. In this case too, an elaborate separation Avoiding purge gas and product gas is an advantage provided that the purge as the purge gas device the product gas is used so that also this again over that already for the reaction vessel provided product gas removal can be removed.

Vorzugsweise wird ein Vermischen der Absorberpartikel und der Partikel dadurch erreicht, daß stromaufwärts der Aufheizzone eine Mischzone für die Absorberpartikel und die Partikel angeordnet ist. Die Mischzone wird vorzugs weise durch einen Mischer gebildet, welcher die beiden freifallenden Partikelströme ineinander überführt.Mixing of the absorber particles and of the particles in that upstream of the Heating zone a mixing zone for the absorber particles and the particle is arranged. The mixing zone is preferred wisely formed by a mixer which the two free-flowing particle streams are converted into one another.

Vorzugsweise ist der Verweilbehälter so ausgebildet, daß in diesem die Absorberpartikel und die Partikel eine Schüttung bilden, in welcher die Absorberpartikel und die Partikel direkt in vorzugsweise körperlichem Wärmekontakt miteinander stehen. The indwelling container is preferably designed such that that in this the absorber particles and the particles form a bed in which the absorber particles and the particles directly in preferably physical Stand in thermal contact with each other.

Prinzipiell könnte die erfindungsgemäße Lösung so arbei ten, daß die Absorberpartikel und die Partikel oder Reste derselben nach der Verweilzone gemeinsam das Reaktionsge fäß verlassen.In principle, the solution according to the invention could work in this way that the absorber particles and the particles or residues the same after the dwell zone, the reaction gene leave barrel.

Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn im Reaktions gefäß eine Rückfördereinrichtung für die Absorberpartikel vorgesehen ist, um die Absorberpartikel in einem Kreis lauf durch die Aufheizzone und die Verweilzone zu führen, da damit die Notwendigkeit entfällt, große Mengen von Absorberpartikeln durch geeignete Schleusen beispiels weise zu dem Reaktionsgefäß zu- und aus diesem abzu führen.However, it is particularly useful if in the reaction vessel a return device for the absorber particles is provided to the absorber particles in a circle run through the heating zone and the dwell zone, because it eliminates the need to store large amounts of Absorber particles through suitable locks, for example point to and from the reaction vessel to lead.

Diese Rückführung kann in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann diese Rück fördereinrichtung mechanisch arbeiten. Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Rückfördereinrichtung mit einem Fördergas arbeitet, weil damit die Probleme bewegter Teile bei hohen Temperaturen vermieden werden.This return can be of various types and Be trained. For example, this return mechanical work conveyor. Even more advantageous it is, however, if the return conveyor with a Production gas works because it makes the problems more moving Parts can be avoided at high temperatures.

Ferner ist im Fall einer mit Fördergas arbeitenden Rück fördereinrichtung vorgesehen, daß die Rückführung der Absorberpartikel zu einem Abscheider führt, welcher das Fördergas von den Absorberpartikeln trennt.Furthermore, in the case of a return working with production gas conveyor provided that the return of the Absorber particles leads to a separator, which the Feed gas separates from the absorber particles.

Vorzugsweise ist der Abscheider im Anschluß an die Rück fördereinrichtung angeordnet und erzeugt eine frei fallende Absorberpartikelschicht. The separator is preferably connected to the rear arranged conveyor and generates a free falling absorber particle layer.

Um zusätzlich noch eine Vorwärmung der Absorberpartikel in der Rückfördereinrichtung zu erreichen, ist vorzugs weise vorgesehen, daß die Rückfördereinrichtung ebenfalls durch die Strahlung aufheizbar ist.To additionally preheat the absorber particles Reaching in the return conveyor is preferred provided that the return device also can be heated by the radiation.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht dabei vor, daß die Rückfördereinrichtung eine Strahlungs absorberfläche aufweist.A particularly advantageous embodiment sees doing so that the return conveyor a radiation has absorber surface.

Rein theoretisch könnte die Strahlungsabsorberfläche so angeordnet werden, daß sie separat von Strahlung beauf schlagt wird, während an einer anderen Stelle im Reak tionsgefäß die Absorberpartikel alleine oder als Mischung mit den Partikeln ebenfalls von Strahlung beaufschlagt werden.In theory, the radiation absorber surface could be like this be arranged so that they are separated from radiation is struck while elsewhere in the reak absorbent particles alone or as a mixture with the particles also exposed to radiation become.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Absorber partikel oder die Absorberpartikel mit den Partikeln einen Absorbervorhang vor der Strahlungsabsorberfläche der Rückfördereinrichtung bilden.However, it is particularly advantageous if the absorbers particles or the absorber particles with the particles an absorber curtain in front of the radiation absorber surface form the return conveyor.

Dieser Absorbervorhang wird vorzugsweise so dünn gewählt, daß die nicht auf Absorberpartikel oder Partikel auf treffende Strahlung auf die Strahlungsabsorberfläche der Rückführung trifft, und über diese die in der Rückführung zurückgeführten Absorberpartikel aufheizt, so daß keine Strahlungsenergie verloren geht. This absorber curtain is preferably chosen to be so thin that that the is not based on absorber particles or particles radiation striking the radiation absorber surface of the Repatriation meets, and through this the in repatriation returned absorber particles heated, so that none Radiation energy is lost.

Im einfachsten Fall ist die Rückfördereinrichtung so aus gebildet, daß sie einen Rückführungskanal aufweist, dessen der Strahlung zugewandte Vorderseite zumindest im Aufheizbereich die Strahlungsabsorberfläche bildet.In the simplest case, the return conveyor is so formed that it has a return channel, whose front facing the radiation at least in Heating area forms the radiation absorber surface.

Alternativ dazu ist es aber ebenfalls denkbar, die Ver weilzone als weitere Fall- oder Förderstrecke für Absor berpartikel und Partikel vorzusehen, in welcher diese sich fortbewegen.Alternatively, it is also conceivable that the Ver because zone as another drop or conveyor line for Absor provide particles and particles in which these to move.

Da der Verweilzone ständig neue Absorberpartikel und Partikel zugeführt werden, ist es erforderlich, diese wieder aus der Verweilzone abzutransportieren.Because the dwell zone is constantly new absorber particles and Particles are fed, it is necessary to be removed again from the dwelling zone.

Hierfür ist vorzugsweise eine Abführung für die Absorber partikel und die nach der Vergasung übrig bleibenden Reste der Partikel vorgesehen.For this there is preferably a discharge for the absorbers particles and those remaining after gasification Remnants of the particles are provided.

Im Fall eines Verweilbehälters ist im einfachsten Fall die Abführung so ausgebildet, daß sie einen aus diesem wegführenden Kanal, vorzugsweise einen der Schwerkraftrichtung folgenden Kanal bildet.In the case of a retention tank is in the simplest case the evacuation so designed that one of them leading channel, preferably one of the Direction of gravity forms the following channel.

Um ferner nach der Verweilzone Absorberpartikel wieder der Rückfördereinrichtung zuführen zu können, ist vor zugsweise stromabwärts des Verweilbehälters ein Separator zum Abführen zumindest eines Teils der Reste der chemisch reagierten Partikel vorgesehen. To continue again after the dwell zone absorber particles to be able to feed the return conveyor is before preferably a separator downstream of the retention tank for removing at least part of the residues of the chemically reacted particles provided.

Die Partikel können entweder selbst einen Stoff tragen, der einer endothermen chemischen Reaktion unterzogen wird. Es ist aber auch denkbar, daß die Partikel selbst einen Katalysator darstellen, der bei Erhitzung durch die elektromagnetische Strahlung zur Katalyse von chemischen Reaktionen dient.The particles can either carry a substance themselves, which undergoes an endothermic chemical reaction becomes. But it is also conceivable that the particles themselves represent a catalyst that when heated by the electromagnetic radiation for the catalysis of chemical Reactions serves.

Besonders gut eignet sich die erfindungsgemäße Lösung dann wenn die chemische Reaktion eine Vergasungsreaktion ist, bei welcher ein Produktgas entsteht.The solution according to the invention is particularly suitable then if the chemical reaction is a gasification reaction is where a product gas is generated.

Vorzugsweise kommen als Materialien für die Partikel kohlenstoffhaltige Materialien in Frage, deren Kohlen stoff vergast wird.Preferably come as materials for the particles carbonaceous materials in question, their carbons material is gasified.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß die Absorber partikel Aschepartikel beispielsweise vergaster Partikel sind, so daß keine exakte Trennung zwischen den Resten der Partikel und den Absorberpartikeln durchzuführen ist, sondern die sich in der Verweilzone sammelnde Asche nach derselben in dem Maß abgeführt wird, indem in der Verweilzone neue Asche entsteht, während der übrige Teil der Aschepartikel als Absorberpartikel über die Rück führung zur Aufheizzone geführt werden und dort sich aufgrund der Strahlung aufheizen und danach in der Ver weilzone ihre Wärme auf die Partikel übertragen, um bei spielsweise den Vergasungsprozeß der Partikel aufrecht zu erhalten.A particularly advantageous embodiment of the solution according to the invention provides that the absorbers particles Ash particles, for example, gasified particles are, so that no exact separation between the residues the particles and the absorber particles are to be carried out, but the ashes collecting in the dwelling zone the same is discharged to the extent that in the Dwelling zone new ash is created, while the rest of the part the ash particle as an absorber particle via the back guide to the heating zone and there yourself heat up due to the radiation and then in the ver because zone their heat is transferred to the particles in order to for example, the gasification process of the particles upright receive.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung könnte beispielsweise das Fördergas für die Absorberpartikel ein Inertgas sein. In the solution according to the invention, for example the conveying gas for the absorber particles is an inert gas.

Dies hätte jedoch den Nachteil, daß das Inertgas stets wiederum von dem bei der Vergasung der Partikel ent stehenden Produktgas zu trennen ist.However, this would have the disadvantage that the inert gas is always again from the ent in the gasification of the particles standing product gas is to be separated.

Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn als Fördergas Produktgas zum Einsatz kommt, so daß keine auf wendige Trennung zwischen dem Fördergas und dem Produkt gas in dem Reaktionsgefäß erforderlich ist, sondern eine gemeinsame Abführung von Produktgas vorgesehen sein kann, aus dem wiederum Fördergas gewonnen wird.For this reason, it is particularly advantageous if as Conveying gas product gas is used so that none agile separation between the conveying gas and the product gas is required in the reaction vessel, but a joint discharge of product gas can be provided from which in turn production gas is obtained.

Hinsichtlich der Aufheizzone wurde bislang nur dargelegt, daß in dieser durch elektromagnetische Strahlung die Ab sorberpartikel oder Absorberpartikel und Partikel aufge heizt werden.With regard to the heating zone, it has only been explained so far that the Ab by electromagnetic radiation absorber particles or absorber particles and particles be heated.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Aufheizzone so ausgebildet ist, daß die diese passierenden Absorber partikel oder Absorberpartikel und Partikel direkt die von Spiegelsystemen zum Reaktionsgefäß reflektierte Solarstrahlung absorbieren. In diesem Fall läßt sich in besonders einfacher Weise aus Solarstrahlung Energie gewinnen, nämlich dadurch, daß diese direkt von einem Spiegelsystem oder einem großen Spiegelfeld auf das Reaktionsgefäß und in die Aufheizzone hinein reflektiert werden. Vorzugsweise ist das Spiegelsystem so ausge bildet, daß es die Solarstrahlung auf die Aufheizzone fokussiert, wobei die Größe der Aufheizzone von der Fokussierung abhängig ist. However, it is particularly advantageous if the heating zone is designed so that the absorbers passing through it particles or absorber particles and particles directly the reflected from mirror systems to the reaction vessel Absorb solar radiation. In this case, energy from solar radiation in a particularly simple manner win, namely, that these directly from one Mirror system or a large mirror field on that Reaction vessel and reflected in the heating zone become. The mirror system is preferably designed in this way it forms the solar radiation on the heating zone focused, the size of the heating zone from the Focus is dependent.

Als Spülgas kann beispielsweise ein Inertgas zum Einsatz kommen. Um auch in diesem Fall eine aufwendige Trennung von Spülgas und Produktgas zu vermeiden, ist vorteil hafterweise vorgesehen, daß als Spülgas der Freispülein richtung das Produktgas verwendet wird, so daß auch dieses wieder über die bereits für das Reaktionsgefäß vorgesehene Produktgasabfuhr abgeführt werden kann.An inert gas, for example, can be used as the purge gas come. In this case too, an elaborate separation Avoiding purge gas and product gas is an advantage provided that the purge gas as the purge gas direction the product gas is used, so that this too again over the one already provided for the reaction vessel Product gas removal can be removed.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Verfahrens sind bereits im Zusammenhang mit den vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erwähnt. Further advantageous embodiments of the fiction procedures are already in connection with the advantageous embodiments of the invention Device mentioned.

Als Materialien für die Partikel kommen vorzugs weise Ölschiefer, Braunkohle, Steinkohle, Biomasse oder ähnliche Stoffe zum Einsatz.Preferred materials for the particles wise oil shale, brown coal, hard coal, biomass or similar fabrics are used.

Die Temperaturen in der Aufheizzone liegen vorzugsweise bei mehr als 800°C, noch besser bei mehr als 1000°C ab hängig von der Art der chemischen Reaktion, insbesondere der Vergasung.The temperatures in the heating zone are preferably at more than 800 ° C, even better at more than 1000 ° C depending on the type of chemical reaction, in particular the gasification.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne rischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.Further features and advantages of the invention are opposed stood the following description and the drawing representation of an exemplary embodiment.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs gemäßen Vergasungseinrichtung; Figure 1 is a schematic representation of a gasification device according to the Invention.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Reaktionsgefäß und Fig. 2 shows a longitudinal section through the reaction vessel and

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Reaktionsgefäß längs Linie 3-3 in Fig. 2. Fig. 3 is a cross section taken through the reaction vessel line 3-3 in Fig. 2.

Ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vergasungseinrichtung umfaßt ein Solarkollektorsystem 12, welches Solarstrahlung in Rich tung eines als Ganzen mit 14 bezeichneten Reaktionsgefäßes reflektiert. An embodiment of a gasification device according to the invention designated as a whole by 10 comprises a solar collector system 12 which reflects solar radiation in the direction of a reaction vessel designated as a whole by 14 .

Dieses Reaktionsgefäß 14, als Ganzes in Fig. 2 darge stellt, umfaßt ein thermisch isoliertes Gehäuse 16 mit einem in diesem angeordneten Strahlungsfenster 18, durch welches von den Solarkollektorsystem 12 fokussierte Strah lung 20 in ein Inneres des Reaktionsgefäßes 14 eintritt.This reaction vessel 14 , as a whole in Fig. 2 Darge, comprises a thermally insulated housing 16 with a radiation window 18 arranged therein, through which radiation from the solar collector system 12 focused radiation 20 enters an interior of the reaction vessel 14 .

Die Strahlung 20 trifft dabei auf einen über eine Fall strecke 22 aufgrund der Wirkung der Schwerkraft herab fallenden Absorbervorhang 24 aus Absorberpartikeln und Materialpartikeln des zu vergasenden Materials. Der Absor bervorhang 24 wird dabei beim Durchlaufen einer Aufheiz zone 26 von der fokussierten Strahlung aufgeheizt.The radiation 20 strikes a falling distance 22 due to the effect of gravity falling absorber curtain 24 made of absorber particles and material particles of the material to be gasified. The absorber curtain 24 is heated by the focused radiation when passing through a heating zone 26 .

Die aufgeheizten Absorberpartikel des Absorbervorhangs 24 gelangen im Anschluß an die Aufheizzone 26 in eine Verweilzone 28, welche durch einen Verweilbehälter 30 gebildet wird. In diesem Verweilbehälter 30 werden die Absorberpartikel und die Materialpartikel des zu vergasenden Materials ge sammelt und stehen miteinander in Wärmekontakt, so daß die Absorberpartikel die Möglichkeit haben, Wärme an die Materialpartikel abzugeben, damit die bereits in der Auf heizzone 26 begonnene endotherme Vergasungsreaktion bei den Materialpartikeln so lange aufrecht erhalten werden kann, bis die Materialpartikel im wesentlichen unter Auf nahme von Wärme aus den Absorberpartikeln im wesentlichen vollständig vergast sind.The heated absorber particles of the absorber curtain 24 arrive at the heating zone 26 in a dwell zone 28 , which is formed by a dwell container 30 . In this indwelling container 30 , the absorber particles and the material particles of the material to be gasified are collected and are in thermal contact with one another, so that the absorber particles have the possibility of emitting heat to the material particles, so that the endothermic gasification reaction already started in the heating zone 26 on the material particles can be maintained until the material particles are substantially completely gasified, essentially by absorbing heat from the absorber particles.

Aus dem vorzugsweise als thermisch isolierten Behälter ausgebildeten Verweilbehälter 30 gelangt die Mischung aus Absorberpartikeln und im wesentlichen vergasten Materialpartikeln über ein Standrohr 31, welches zur Kompensation der Druckverhältnisse dient, zu einem als Ganzes mit 32 bezeichneten Separator, in welchem durch eine Gaszufuhr 34 die Absorberpartikel zum großen Teil in eine Rückfördereinrichtung 36 gefördert werden und zum geringen Teil zu einer Ascheabfuhr 38. From the preferably formed as a thermally insulated container retention tank 30, the mixture passes from absorber particles and substantially gasified material particles via a standpipe 31, which is used to compensate the pressure conditions to a designated as a whole with 32 a separator, in which by a gas supply 34, the polymer particles for a large part are conveyed to a return conveyor 36 and a small part to an ash removal 38.

Die Rückfördereinrichtung 36 umfaßt einen Rückführungs kanal 37 in welchem über eine Fördergaszufuhr 40 noch zu sätzlich Fördergas zugeführt wird, welches in dem Rückfüh rungskanal 37 die Absorberpartikel von dem Separator 32 zu einem Abscheider 42 fördert. Dabei verläuft der Rückfüh rungskanal 37 vorzugsweise ausgehend von dem Separator 32 entlang einer dem Strahlungsfenster 18 gegenüberliegenden Rückseite 44 des Gehäuses 16 bis zu dem oberhalb der Auf heizzone 26 angeordneten Abscheider 42. In dem Abscheider 42 erfolgt eine Trennung zwischen dem Fördergas und den Absorberpartikeln, die eine längs einer dem Strahlungs fenster 18 zugewandten Vorderseite des Rückführungskanals 37 herabfallende Absorberpartikelschicht 48 bilden, welche in einen Mischer 50 fällt, in welchem der Absorberpar tikelschicht über eine Zufuhreinrichtung 52 Materialpar tikel zugegeben und mit dieser vermischt werden, so daß der bereits genannte Absorbervorhang 24 aus dem Mischer 50 austritt und ebenfalls längs der Vorderseite 46 des Rück führungskanals 37 über die Fallstrecke 22 durch die Auf heizzone 26 fällt.The return device 36 comprises a return channel 37 in which, via a conveying gas supply 40, additional conveying gas is also supplied, which in the return channel 37 promotes the absorber particles from the separator 32 to a separator 42 . Here, the return- 37 extends approximately channel preferably starting from the separator 32 along the radiation window 18 opposite rear side 44 of the housing 16 to the above on heating zone 26 disposed separator 42. In the separator 42, a separation between the feed gas and the absorber particles form a along a radiation window 18 facing the front of the return channel 37 falling absorber particle layer 48 , which falls into a mixer 50 , in which the absorber particle layer is added via a feed device 52 material particles and mixed with it, so that the already mentioned absorber curtain 24 the mixer 50 exits and also falls along the front 46 of the return guide channel 37 over the drop distance 22 through the heating zone 26 .

Die Vorderseite 46 des Rückführungskanals 37 ist im Be reich der Aufheizzone 26 als Strahlungsabsorberfläche 54 ausgebildet, welche die durch den Absorbervorhang 24 nicht vollständig absorbierte Strahlung 20 ihrerseits absor biert, zu einer Erhitzung des Rückführungskanals 37 in diesem Bereich beiträgt und dabei bereits eine Vorer hitzung der in dem Rückführungskanal 37 geförderten Absor berpartikel bewirkt, so daß diese bereits Vorerwärmt in dem Abscheider 42 ankommen.The front 46 of the return duct 37 is in the loading of the heating rich designed as a radiation absorber surface 54 of 26 which in turn biert are not completely absorbed by the absorber curtain 24 radiation 20 sublingually, contributes in this area to a heating of the return duct 37 and thereby already overheating a Vorer the in the return channel 37 promoted absorber particles, so that they arrive preheated in the separator 42 .

Durch die Aufheizung der den Absorbervorhang 24 bildenden Absorberpartikel und Materialpartikel setzt bereits in der Aufheizzone 26 die Vergasungsreaktion bei den Materialpar tikeln ein und es entsteht Produktgas. Die Vergasungs reaktion dauert auch nach Verlassen der Aufheizzone 26 an und wird in der Verweilzone 28 noch durch Wärmeübertrag von den Absorberpartikeln auf die Materialpartikel auf recht erhalten, so daß in der Verweilzone 28 die Material partikel im wesentlichen vergasen. Das dabei auftretende Produktgas tritt vorzugsweise aus einer den Absorbervor hang 24 auffangenden Öffnung 56 des Verweilbehälters 30 aus und strömt über das Innere des Reaktionsgefäßes 14 zu einer im Bodenteil 60 des Gehäuses 16 angeordneten Pro duktgasabfuhr 62. Von der Produktgasabfuhr 62 wird das Produktgas einem Partikelabscheider 64, vorzugsweise einem Zyklon, zugeführt, welches noch verbleibende Aschepartikel aus dem Produktgas abscheidet und das Produktgas dann einem Produktgaszwischenspeicher 66 zuführt, wobei vor zugsweise noch eine Kühlung in einen zwischen dem Parti kelabscheider 64 und dem Produktgaszwischenspeicher 66 vorgesehenen Kühler 68 erfolgt. Bereits vor Verlassen des Reaktionsgefäßes 14 wird das Produktgas in einem Wärme tauscher 70, welche im Bodenteil 60 angeordnet ist, abge kühlt, wobei der Wärmetauscher 70 ein von dem zur Förder gaszufuhr 40 strömenden Fördergas durchsetztes Wärmetauscherelement 72 aufweist, das dem abströmenden Produktgas und der abgeführten Asche bereits Wärme ent zieht und das zur Fördergaszufuhr 40 strömende Fördergas entsprechend aufheizt.As a result of the heating of the absorber curtain 24 and material particles forming the absorber curtain 24, the gasification reaction in the material particles begins in the heating zone 26 and product gas is produced. The gasification reaction continues even after leaving the heating zone 26 and is still maintained in the dwell zone 28 by heat transfer from the absorber particles to the material particles, so that the debris zone 28 essentially gasifies the material particles. The product gas that occurs preferably emerges from an opening 56 of the indwelling container 30 that catches the absorber element 24 and flows over the interior of the reaction vessel 14 to a product gas discharge 62 arranged in the bottom part 60 of the housing 16. From the product gas discharge 62 , the product gas becomes a particle separator 64 , preferably a cyclone, which separates remaining ash particles from the product gas and then feeds the product gas to a product gas buffer store 66 , with cooling preferably taking place in a cooler 68 provided between the particle separator 64 and the product gas buffer store 66 . Even before leaving the reaction vessel 14 , the product gas is cooled in a heat exchanger 70 , which is arranged in the base part 60 , the heat exchanger 70 having a heat exchanger element 72 which is traversed by the feed gas flowing to the feed gas supply 40 and which has the outflowing product gas and the exhaust gas Ash already draws heat and heats the conveying gas flowing to the conveying gas supply 40 accordingly.

Vorzugsweise wird als Fördergas ebenfalls Produktgas aus dem Produktgaszwischenspeicher 60 verwendet, welches über einen Verdichter 74 dem Wärmetauscherelement 72 zugeführt wird. Desgleichen ist ein Verdichter 76 vorgesehen, welcher ebenfalls Produktgas aus dem Produktgaszwischen speicher 66 verdichtet und der Gaszufuhr 34 des Separators 32 zuführt, wobei auch dieser Gasstrom über einen Wärme tauscher aufgeheizt werden kann.Product gas from the product gas buffer store 60 , which is fed to the heat exchanger element 72 via a compressor 74 , is preferably also used as the conveying gas. Likewise, a compressor 76 is provided, which also compresses product gas from the product gas intermediate store 66 and supplies the gas supply 34 to the separator 32 , it also being possible for this gas stream to be heated via a heat exchanger.

Darüber hinaus wird vorzugsweise die erfindungsgemäße Ver gasungsvorrichtung so betrieben, daß als Absorberpartikel bei der Vergasung der Materialpartikel übrig bleibende Aschepartikel zum Einsatz kommen, so daß sich nach der Vergasungsreaktion aus dem Materialpartikeln automatisch Absorberpartikel bilden. Dabei ist über die Ascheabfuhr 38 jeweils soviel Asche abzuführen, daß die Menge der Absor berpartikel im Reaktionsgefäß ungefähr gleich groß bleibt.In addition, the gasification device according to the invention is preferably operated in such a way that residual ash particles are used as the absorber particles in the gasification of the material particles, so that absorber particles automatically form after the gasification reaction from the material particles. As much ash is to be removed via the ash removal 38 that the amount of absorber particles in the reaction vessel remains approximately the same.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist ferner noch zur Freihaltung des Strahlungsfensters 18, insbesondere auf seiner dem Absorbervorhang 24 zugewandten Seite, das Strahlungs fenster 18 mit einer Freispüleinrichtung 80 versehen, welche einen Spülgasfilm 82 über eine dem Absorbervorhang 24 zugewandte Innenseite des Strahlungsfensters 18 strömen läßt, wobei dieser Spülgasfilm das Anhaften von Absorberpartikeln oder Materialpartikeln auf der Innenseite 84 des Strahlungs fensters 18 verhindert. Dieser Spülgasfilm 82 wird ge speist über eine Spülgaszufuhr 86, welche ebenfalls vom Verdichter 76 oder von einem zusätzlichen Verdichter ver sorgt wird, so daß auch als Spülgas Produktgas zum Einsatz kommt. Auch hier ist eine Aufheizung über einen Wärme tauscher möglich.As shown in Fig. 3, the radiation window 18 facing in particular on its absorber curtain 24 side, the radiation is still further for keeping provided window 18 with a Freispüleinrichtung 80 which flow a Spülgasfilm 82 via the absorber curtain 24 facing the inside of the radiation window 18 lets, this purge gas film prevents the adhesion of absorber particles or material particles on the inside 84 of the radiation window 18 . This purge gas film 82 is fed via a purge gas supply 86 , which is also provided by the compressor 76 or by an additional compressor, so that product gas is also used as the purge gas. Here too, heating via a heat exchanger is possible.

Das gesamte Reaktionsgefäß 14 ist somit in seinem Inneren lediglich von Produktgas durchsetzt, das einerseits in diesem entsteht und andererseits diesem zugeführt wird, um eine definierte Menge von Absorberpartikeln im Kreislauf zu führen und andererseits im Separator 32 die entspre chend den zugeführten Materialpartikeln entstehende Asche menge abzutrennen und gleichzeitig auch die Freispülein richtung 80 für das Strahlungsfenster 18 zu betreiben.The entire reaction vessel 14 is thus penetrated in its interior only by product gas, which on the one hand arises in this and on the other hand is fed to it in order to circulate a defined amount of absorber particles and, on the other hand, to separate the amount of ash produced in accordance with the supplied material particles in the separator 32 and at the same time to operate the Freispülein device 80 for the radiation window 18 .

Vorzugsweise erstreckt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, der Rückführungskanal 37 als bogensegmentartig ausgebil deter Flachkanal über die Rückseite 44 des Gehäuses 16 und umgreift mit seiner Strahlungsabsorberfläche 54 die ge wölbte oder flache Innenseite 84 des Strahlungsfensters 18, so daß dadurch über den Abstand des Strahlungsfensters 18 eine Homogenisierung von dessen Temperatur möglich ist, da jeder Punkt des Strahlungsfensters 18 einen großen Teil der Strahlungsabsorberfläche 54 "sieht" und somit die thermische Rückstrahlung aus nahezu dem gesamten Bereich der Strahlungsabsorberfläche 54 und des Absorbervorhangs 24 empfängt, so daß eine lokale und nachteilige Über hitzung des Strahlungsfensters 18 vermieden wird. Preferably, as shown in Fig. 3, the return channel 37 as a curved segment-like flat channel extends over the back 44 of the housing 16 and encompasses with its radiation absorber surface 54 the curved or flat inside 84 of the radiation window 18 , so that thereby the distance of the radiation window 18 is a homogenization of the temperature possible, because each point of the radiation window 18 "sees" a large part of the radiation absorber surface 54, and receives therefore the thermal reflection from virtually the entire area of the radiation absorbing surface 54 and the absorber curtain 24, so that a local and adverse Over heating of the radiation window 18 is avoided.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise der Absorbervorhang 24 so ausgebildet, daß stets ein festgelegter Bruchteil der Strahlung 20 auf die Strahlungsabsorberfläche 54 trifft, von dieser absorbiert wird und somit zu einer definierten Aufheizung der von dem Fördergas durch den Rückführungskanal 37 geförderten Absorberpartikeln führt.In addition, the absorber curtain 24 is advantageously designed such that a fixed fraction of the radiation 20 always strikes the radiation absorber surface 54 , is absorbed by it and thus leads to a defined heating of the absorber particles conveyed by the conveying gas through the return duct 37 .

Durch die Wölbung der Strahlungsabsorberfläche 54 ist ebenfalls sichergestellt, daß die auftretende Strahlungs flußdichte der Strahlung 20 über die gesamte Strahlungsab sorberfläche 54 im wesentlichen homogen ist.The curvature of the radiation absorber surface 54 also ensures that the radiation flux density of the radiation 20 occurring over the entire radiation absorber surface 54 is essentially homogeneous.

Um die erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung ohne bereits entstandenes Produktgas anfahren zu können, ist vorzugs weise zusätzlich noch ein Inertgasspeicher 90 vorgesehen, mit welchem zum Umwälzen der Absorberpartikel Inertgas der Fördergaszufuhr 40 über den Verdichter 74 zuführbar ist. Dieses Inertgas kann auch zur Spülung der Anlage verwendet werden.In order to be able to start up the gasification device according to the invention without already having produced product gas, an inert gas storage device 90 is also preferably provided, with which inert gas can be supplied to the conveying gas supply 40 via the compressor 74 for circulating the absorber particles. This inert gas can also be used to purge the system.

Claims

1. A method for carrying out endothermic chemical reactions involving particles, in which the particles are heated by electromagnetic radiation in a reaction vessel in order to allow the chemical reaction to take place, characterized in that the electromagnetic radiation strikes in a heating zone in which the absorber particles not involved in the chemical reaction or absorber particles not involved in the chemical reaction and the particles involved in the chemical reaction are heated directly by the radiation, and that a dwelling zone following the heating zone is provided, in which the heated absorber particles give off heat to the particles, to keep the chemical reaction going.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, with a reaction vessel having a window for the entry of electromagnetic radiation, in particular solar radiation, into a heating zone, characterized in that the reaction vessel ( 14 ) has a retention tank following the heating zone ( 26 ) ( 28 ) for maintaining the chemical reaction.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the heating zone ( 26 ) has a falling path ( 22 ) penetrated by the radiation ( 20 ) for the absorber particles or the absorber particles and the particles.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the window ( 18 ) is provided with a flushing device ( 80 ).

5. The device according to claim 4, characterized in that the flushing device ( 80 ) is designed such that it generates a flushing gas stream ( 82 ) which flushes the window ( 18 ) on its inside ( 84 ) facing the absorber particles or particles.

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the flushing gas of the flushing device ( 80 ) is product gas.

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that a mixing zone ( 50 ) for the absorber particles and the particles is arranged upstream of the heating zone.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the indwelling container ( 28 ) is designed such that in this the absorber particles and the particles form a bed in which the absorber particles and the particles are in direct thermal contact with one another.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that in the reaction vessel ( 14 ) a return device ( 36 ) is provided for the absorber particles to the absorber particles in a circuit through the heating zone ( 26 ) and the retention tank ( 28 ) to lead.

10. The device according to claim 9, characterized in that the return conveyor ( 36 ) works with conveying gas.

11. The device according to claim 10, characterized in that the return conveyor ( 36 ) leads to a separator ( 42 ) for separating the conveying gas from the absorber particles.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the separator ( 42 ) is designed such that a freely falling absorber particle layer ( 48 ) is generated.

13. Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the return conveyor ( 36 ) by the radiation ( 20 ) can be heated.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the return conveyor ( 36 ) has a radiation absorber surface ( 54 ).

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the absorber particles or the absorber particles with the particles form an absorber curtain ( 24 ) in front of the radiation surface ( 54 ) of the return conveyor ( 36 ).

16. Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that a separator ( 32 ) is provided downstream of the indwelling container ( 28 ) for removing at least part of the residues of the chemically reacted particles.

17. The device according to one of claims 2 to 16, characterized characterized in that the absorber particles ash particles are gasified material particles.

18. Device according to one of claims 10 to 17, characterized characterized in that the feed gas in the gasification of the Particulate product gas is.

19. Device according to one of claims 2 to 18, characterized in that the heating zone ( 26 ) is designed such that the absorber particles or absorber particles and particles passing through it directly reflect the solar radiation ( 20 ) reflected by mirror systems ( 12 ) to the reaction vessel ( 14 ). absorb.