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Die erste Stufe des Verfahrens für die Pyrolyse
von Abschnitten aus organischem Material besteht in der Beschickung
von ungefähr
einem zehntel der Charge auf einmal in den Reaktor. Der Reaktor wird
danach mit dem übrigen
Teil der Charge beschickt, aber nicht vor der vollständigen Pyrolysierung
des ersten Teils der Charge. Die Pyrolyse wird in einem mechanischen
Wirbelbettreaktor ausgeführt.
Der Reaktor besteht aus einem Gehäuse (1) (1), das mit einem umlaufenden Mischer
(2) ausgestattet ist, der durch einen Elektromotor angetrieben wird.
Das Gehäuse
(1) wird elektrisch beheizt. Der Reaktor ist mit Mess- und Aufnahmesysteme
für das
Reaktorgewicht, den elektrischen Stromfluss zu der Heizung und Elektromotor,
ausgestattet; zusätzlich
ist der Reaktor mit einem hier nicht beschriebenen System ausgestattet,
das das getrennte Auffangen von nicht kondensierbarem Gas, Oel und
festem kohlenartigem Rückstand
ermöglicht.
Die erforderliche Zeit zur Ausführung
der Pyrolyse kann mittels der Aufnahmen des Reaktorgewichtes und
sein Inhaltes, den elektrischen Stromfluss zur Heizung und den Elektromotor
bestimmt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Chargenvefahren für die Pyrolyse
von Abschnitten aus organischem Material, einschliesslich Abfallstoffe,
mittels der Benutzung eines mechanischen Wirbelbettreaktor, der ein
Gehäuse
umfasst, das mit einem umlaufenden Mischer ausgestattet ist, der
durch ein Elektromotor angetrieben wird, wobei das Gehäuse elektrisch
beheizt wird und Mittel umfasst, die das Gewicht des Inhaltes des
Gehäuses
und den elektrischen Strom zu der Heizung und dem Elektromotor überwachen.
Zusätzlich
ist der Reaktor mit einem hier nicht beschriebenen System ausgestattet,
das das getrennte Auffangen von nicht kondensierbaren Gas, Oel und
festem kohlenartigem Rückstand
ermöglicht.
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Molekülen des organischen Material
werden unter Einwirkung von Wärme
und Ausschluss von Sauerstoff in kleineren Molekülen zerlegt. Diese naturwissenschaftliche
Erscheinung ist unter dem Nahmen Pyrolyse oder Thermolyse bekannt,
wobei beide Wörter
den selben Meinungsbegriff überdecken.
Die Pyrolyse bildet eine allgemeine Zwischenstufe in jedem Verbrennungsverfahren.
Einfache Beispiele der Pyrolyse sind die Verbrennung von Holz oder
Zigaretten. In einem offenem Raum, z. B. ein Kaminfeuer, werden
die Pyrolyseprodukte nicht vollständig verbrennt, und mit dem
Abgas aus dem heissen Feuerbereich getrieben. Die Holzpyrolyse ist
ein des ersten industriellen Verfahren zur Gewinnung von Essigsäure, Methanol
und Phenolderivaten. Das Aufkommen der industriellen Erdoelchemie
hat die Holzpyrolyse verdrängt,
und die Pyrolyse als Industrielles Verfahren generell, ist in Vergessenheit
geraten.
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Die unendliche Zunahme der organischen Abfälle, und
das Verbot Abfälle
ohne Vorbehandlung zu Deponieren, hat das Interesse für die Pyrolyse
erweckt. Die meisten industriellen und häuslichen Abfälle sind
nicht einfach zu verbrennen, die für diesen Zweck bestimmten Oefen
müssen
dafür speziell
ausgerüstet
werden. Die angebrachten Verbesserungen sind in der Regel nicht
ausreichend um die Abgase ohne Reinigung ins Freie abzulassen. Um
die Abgase mit den Vorschriften in Einklang zu bringen, muss eine
Abgasreinigung ausgeführt
werden. Eine Abgasreinigungsanlage kostet ungefähr soviel wie der Ofen selbst,
und verteuert die Investition entsprechend. Die Pyrolyse bietet
eine attraktive alternative zur Verbrennung von Abfälle: der
Energiebedarf ist niedrig, das Verfahren produziert brennbares Gas, Oel
und ein festen kohlenartigen Rückstand,
wobei alle drei Produkte als Brennstoff in thermischen Kraftwerke
und Zementoefen einsetzbar sind. Die Pyrolyse produziert keine Abgase,
die ähnlich
derjenigen des Verbrennungsverfahren sind. Eine Abgaswäsche, wenn überhaupt
nötig,
fordert eine wesentlich geringere Investition, als bei einem Verbrennungsverfahren.
Die Pyrolyse wird allgemein in einem Temperaturbereich von 300° bis 600°C ausgeführt, damit kann
die Abwesenheit von Stickoxyde gewährt werden. Das Pyrolysegas
kann einem Abnehmer in der Nachbarschaft der Anlage abgegeben werden,
und falls keiner vorhanden ist, am Vorort eingesetzt oder abgefackelt
werden. Im letzten Fall muss das Gas vorerst gewaschen werde, doch
Dank dem geringerem Gasvolumen im Vergleich zu dem Verbrennungsverfahren
bei selber Abfallmenge, ist die notwendige Investition für das Gaswaschen
geringer. Das Gas ist als Brennstoff für ein Gasmotor geeignet, das
Oel hat sich mit langsam umlaufenden Zweitaktdieselmotoren bewährt, der
kohlenartige Rückstand wird
von Kraft- und Zementwerke aufgenommen. Ueber die Pyrolyse von Abfälle allgemein,
einschliesslich häusliche
Abfälle,
Holz, Papier, Pappe, Kunststoffe, Gummi, Altreifen, usw... ist viel
publiziert worden. Obwohl die Pyrolyse von den Verfasser als geeignetes
Verfahren für
Abfälle
anerkennt wird, sind heute sehr wenig industriellen Pyrolyseanlagen
weltweit im Betrieb. Dies kann teilweise durch den Misserfolg beim
Bau der ersten industriellen Anlage wenn man von einer Pilotanlage
ausgeht: die richtige Einschätzung
des Wärmeaustausches
zu und in den Abfälle,
die Wahl des geeigneten Reaktors, das optimale Mischverfahren der
Abfälle,
sind oft nicht richtig unterasucht worden. Der Friedhof der Pyrolyseanlagen die
nie im Betrieb genommen wurden, sind nicht nur von begeisterten
Bastler geplant worden, sonder auch grossen namhaften internationalen
Gesellschaften haben ihren Beitrag geleistet.
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Bei der Pyrolyse von festen organischen Substanzen,
besonders festen Abfälle,
müssen
zwei Schwierigkeiten beseitigt werden.
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Die erste Schwierigkeit besteht aus
der plastischen Transitionsphase. Die meisten Materialien die für die Pyrolyse
geeignet sind, durchschritten mehreren Stufen während der Umsetzung. Zuerst werden
die Materialien auf einer Temperatur erwärmt, bei der die Pyrolyse stattfinden
kann. Die meisten der erwähnten
Materialien schmelzen nicht in einem engen Temperaturbereich, sonder
werden unter Einwirkung der Wärme
allmählich
weich und klebrig. Dieses Verhalten wird als die plastische Transitionsphase
bezeichnet. Das Phänomen
wird zuerst an der Oberfläche
der Abschnitten beobachtet, der Kern derjenigen folgt mit Verzug.
Die Abschnitte neigen sich zusammenballen, und eine Massebilden, die
Schwierig zum Mischen ist. Der Elektromotor kann überladen
werden, und das Sicherheitsrelais schaltet aus. In diesem Fall kann
der Elektromotor nur selten durch Einschaltung des Sicherheitsrelais wieder
im Betrieb gesetzt werden, meistens muss man sich mit dem folgenden
Verfahren abfinden: die Elektroheizung ausschalten, warten bis der
Reaktor und sein Inhaltes auf Raumtemperatur abkühlt, und der Reaktor durch
das Mannloch entleeren. Es ist offensichtlich, dass Massnahmen getroffen
werden müssen,
um dieses Unheil yu vermeiden.
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Die zweite Schwierigkeit besteht
aus den Fremdmaterialien, die den Materialien zu Pyrolysieren, beigemischt
und für
die Umsetzung nicht geeignet sind. Metalle und Mineralien sind typische
Stoffe die oft anwesend sind, besonders in den Abfälle. Die meisten
Fremdmaterialien werden von den Hersteller zugegeben. Reifen enthalten
z. B. Stahldrähte,
Stahlkabel, Nylongewebe, eventuell noch Siliciumoxyd, wobei alle
bei der Herstellung zugegeben worden sind; dazu kommt noch Sand,
der während
dem Einsatz in die Rollfläche
eingedrungen ist; Papier, Pappe und Holz enthalten Silikaten, Draht-
und Heftklammer, und Nägel;
Kunststoffe können
Metallteile und Glasfasern, die in der Verpackungsindustrie zur
Anwendung kommen, enthalten. Die erwähnten Fremdmaterialien können sich
bei der Pyrolyse zusammenballen, dann allmählich grösser werden, bis der Betrieb
des Reaktors gestört
wird: der Ball kann z. B. den Ausgang der Feststoffe verstpfen,
oder die Förderanlage
der Feststoffe abwärts
des Reaktors blockieren. Das Verhalten der Freindmaterialien während dem
zusammenballen Lässt
sich in zwei Kategorien einteilen. Die erste Kategorie beinhaltet, Sand,
Glas, Metalle mit einem niedriegen Schmelzpunkt, z. B. Zink und
Aluminium. Eine Mischung der erwähnten
Materialien kann als Bindemittel wirken, und zur Bildung von harten
Klumpen führen.
In der zweite Kategorie fallen die Drähte aller Art die nicht pyrolysierbar
sind, z. B. die Stahldrähte
die zusammenballen können.
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Der erste Gedanken der einem Vorschwebt um
diese Schwierigkeit zu lösen,
ist die Trennung der Fremdmaterialien vor der Pyrolyse vorzunehmen. Dieser
Arbeitsgang ist nicht ausführbar,
wenn der Ertrag der Pyrolyseprodukte die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
sichern muss.
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Das Problem der plastischen Transitionsphase
ist mit der Erfindung des Patents US-A-6'046'370 richtig
gelöst,
wobei die Charge dem Reaktor zugegeben wird, der mit festem Pyrolyserückstand
gefüllt ist.
Der Rückstand
setzt sich an der Oberfläche
der Abschnitte ab, und die Zusammenballung während der plastischen Transitionsphase
wird damit verhindert, Der Drehmoment des Mischers nimmt nicht bedeutend
zu, und der Elektromotor ist nicht überlastet.
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Dennoch bleibt das Problem der Zusammenballung
beim erwähnten
Patent ungelöst.
Das Wachstum der Aggregate hängt
von der Bewegung der Materialien und der Zeit ab, die Abschnittsgrösseverteilung
verändert
sich von einer Menge von vielen kleinen Abschnitte zu einer Menge
von weniger und grösseren
Abschnitte. Ein Teil des Pyrolyserückstands, im Fall des erwähnten Patent,
wird nach jeder pyrolysierte Charge aus dem Reaktor genommen, wobei
der übrige
Teil darin bleibt. Die Teilung der Aggregate folgt ungefähr des Verhältnis zwischen
dem entleerten und den in dem Reaktor bleibenden Teil, so dass jede
Charge Aggregate enthalten, die bei vorigen Charge gebildet worden
sind. Da die im Reaktor bleibende Aggregate allmählich grösser werden, kann ein Aggregat
gross genug werden, um die Förderanlage
abwärts
des Reaktors zu blockieren, oder schlimmer, der Ausgang des festen
Pyrolyserückstand
des Reaktors. In diesem letzten Fall, muss man die Heizung ausschalten,
danach abwarten bis der Reaktor und sein Inhalt bis zur Raumtemperatur
abkühlen,
das Material durch das Mannloch austragen; nach Erledigung dieser
Vorbereitungsarbeit, kann endlich das für die Verstopfung verantwortlichen
Aggregat entfernt werden. Das im Patent US-A-6'046'370
beschriebene Verfahren ermöglicht die
Lösung
des Problems der plastischen Transitionsphase, aber verschlimmert
die Zusammenballung.
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Der Zweck der hier beschriebenen
Erfindung ist dem mechanischen Wirbelbett die notwendigen Aenderungen
anzubringen, um die durch die plastische Transitionsphase und Zusammenballung
erzeugten Schwierigkeiten gleichzeitig zu lösen.
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Die hier beschriebene Erfindung wird
im Anspruch 1 beschrieben. Die technische Umsetzung des Verfahrens
wird in den Ansprüche
von 2 zu 6 beschrieben.
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Die 1 ist
die Abbildung des Reaktors
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Die 2 ist
die Abbildung des Schnittes entlang der Linie II-II der 1
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Die 3 ist
die Abbildung eines Pflugscharmischers
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Die 4 ist
die Abbildung des Schnittes entlang der Linie IV-IV der 3
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Die 5 ist
die Abbildung eines Schaufelmischers
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Die 6 ist
die Abbildung des Schnittes entlang der Linie V-V der 5
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Die 7 und 8 sind die Abbildungen von modifizierten
Mischer der 3 und 5
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Die 9 bis 11 sind die graphische Abbildungen
des elektischen Strom (Ampere) zum Elektromotor, die Heizung und
das Gewicht (kg) des Materials in dem Reaktor in Bezug auf die Zeit;
die drei erwähnten
Parameter beziehen sich auf die einleitende Charge.
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Die 12 bis 14 sind die graphische Abbildungen
des elektrischen Strom (Ampere) zum Elektromotor, die Heizung und
das Gewicht (kg) des Materials in dem Reaktor in Bezug auf die Zeit;
die drei erwähnten
Parameter beziehen sich auf übrige
Charge, nämlich
diejenige nach der einleitenden Charge.
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Die hier beschriebene Erfindung betrifft
die industrielle Pyrolyse der festen organischen Materialien im
allgemeinen, einschliesslich die Abfalle. Die unvollständige Liste
der Materialien die nach dem Verfahren pyrolysierbar sind, umfasst
das Holz, das Papier, und die Pappe; Gummi und Elastomeren aller Art,
mit oder ohne Fluor, Chlor oder Stickstoff; Reifen aller Art; plastiche
Materialien und Polymeren im allgemeinen; Nahrungs- und Sclachthausabfälle, Tier- und
Fischmehl, usw....
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Die Materialien zur Pyrolyse müssen vorerst zu
2.54 cm grosse Abschnitte zerkleinert werden. Leichte Materialien,
die sich nicht einfach zerkleinern lassen, wie z. B. schaumartiger
Kunststoff aller Art, Filz, Fussel und Federn, usw... müssen mit
einem Verfahren, das den Stand der Technik entspricht, zuerst kompaktiert,
extrudiert und danach geschnetzelt werden. Die Zerkleinerung der
Materialien ist kein Teil der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft ein Pyrolyseverfahren mit
einem mechanischen Wirbelbett, wobei das Ziel die Pyrolyse der festen
organischen Materialien im allgemeinen ist, und beschreibt auch
spezifische Eigenschaften des erwähnten Reaktors vor.
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Reaktor mit der gesamte Charge auf
einmal beschickt wird. Die Zugabe einer geringe Die Erfindung wird
hier folgend in einer verständlicher
Art für den
Fachmann erklärt.
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Das für die Pyrolyse bestimmte Material muss
zuerst zu 2.54 cm (1 Zoll) Abschnitte zerkleinert werden. Bei diesem
Arbeitsgang wird ein teil des Fremdmaterials, z. B. Glasfasern,
Stahldrähte,
usw... aus den Abschnitte gerissen. Das Fremdmaterial kann von den
pyrolysierbaren Abschnitte mittels bekannten Verfahren in einer
einfacher Art getrennt werden, z. B. durch Einsatz eines Magnetfeldes,
eines Sichten, usw...
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Die Abschnitte enthalten nach der
Zerkleinerung meistens noch ein Teil des Fremdmaterials, der nach
der Pyrolyse vom festen kohlenartigen Rückstand mittels einer Methode
entsprechend der Stand der Technik getrennt wird.
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Das Gewicht der Charge wird so bestimmt, dass
nach Ende der Pyrolse, der feste kohlenartige Rückstand nicht mehr als 70%
des Volumen des Reaktors ausmacht. Eine Menge entsprechend ca. ein zehntel
der Charge, hier folgend die einleitende Charge bezeichnet, wird
dem leeren Reaktor auf einmal zugegeben. Dieser Arbeitsgang unterscheidet sich
vom Verfahren des Patentes US-A-6'046'370, bei
dem der mit festem kohlenartigem Rückstand gefüllte Menge von Material in
den leeren Reaktor macht es auch möglich, die plastische Transitionsphase
ohne Gefahr zu überstehen;
dieser Arbeitsgang ist dem Verfahren nach Patent US-A.6'046'370 in dieser Hinsicht
ebenbürtig.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Mischers ist während dieser Phase nicht kritisch,
doch wird ein Wert empfohlen, der im Bereich der Fluidisierung steht,
und der eine Froude-Zahl N(Fr) grösser als 2,5 entspricht. Wenn
die Pyrolysereaktion der einleitende Charge vollendet ist, wird
die Umdrehungsgeschwindigkeit des Mischers so eingestellt, dass
der Drehmoment minimal wird. Der übrige Teil der Charge wird
danach dem Reaktor kontinuierlich zugegeben, und der Durchsatz wird,
mittels der bei der Pyrolyse der einleitenden Charge erfasste Daten,
bestimmt. Die Berechnung des Durchsatzes wird in einem weiterem Abschnitt
erklärt.
Die Teilung der Charge in zwei Partien, die unterschiedlich behandelt
werden, bildet einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung. Um
eine Verwirrung im Gebrauch der Wörter zu vermeiden, werden die
erwähnten
Begriffe nochmals zusammengefasst: die Charge besteht aus der Summe
von zwei Partien, wobei die eine ca. in zehntel der Charge entspricht,
und wird als einleitende Charge bezeichnet; die zweite entspricht
ca, neun zehntel der Charge, und wird als übrige Charge bezeichnet. Der
minimale Drehmoment des Mischers entspricht dem minimalen Verhältnis des
elektrischen Strom (Ampere) dividiert durch die Umlaufgeschwindigkeit
(Radian/Sekunde).
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Die Daten des Gewichtes, des elektrischen Stroms
(Ampere) zur Heizung und zum Motor werden kontinuierlich gespeichert.
Mit diesen Daten ist es möglich
die Dauer einer Pyrolysereaktion zu bestimmen. Typische graphische
Darstellungen der Messparameter in Bezug auf die Zeit, und betreffend
die einleitende Charge, werden in 9 bis 11 abgebildet. Der Anfangszeitpunkt
der Pyrolysereaktion ist ts, und Endzeitpunkt te bezeichnet.
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Die 9 ist
die graphische Darstellung des elektrischen Stroms (Ampere) des
Motors in Bezug auf die Zeit bei der einleitenden Charge. Die Linie
A entspricht einem Material mit plastischer Transitionsphase, und
B ein Material ohne plastischer Transitionsphase. Der elektrische
Strom des Motors nimmt mit der Füllung
des Reaktors zu, mit einer merkbare Steigerung während der plastischen Transitionsphase.
Wenn die Pyrolysereaktion beendet ist, stabilisiert sich der elektrische
Strom um einen konstanten Wert.
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Die 10 ist
die graphische Darstellung des elektrischen Stroms der Heizung in
Bezug auf Zeit bei einer einleitenden Charge. Der elektrische Strom
nimmt mit der Füllung
des Reaktors zu, bedeutende Unterschiede können je nach Material im Reaktor
beobachtet werden. Die Form der Linie wird durch die Anzahl der
Zwischenstufen der Pyrolysereaktion, und die Enthalpie der Pyrolyse
des Materials, bestimmt Die Pyrolysereaktion ist beendet, wenn sich
der elektrische Strom um einen konstanten Wert stabilisiert.
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Die 11 ist
die graphische Darstellung des Gewichtes des Materials im Reaktor
in Bezug auf die Zeit bei einer einleitenden Charge. Das Gewicht nimmt
mit der Zugabe der einleitenden Charge schnell zu, nimmt danach
allmählich
ab, und stabilisiert sich um einen konstant Wert nach dem Ende der Pyrolysereaktion.
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Die richtige Auswertung der Daten
des elektrischen Stroms (Ampere) des Motors und der Heizung, des
Gewichtes (kg) des Materials im Reaktor, ermöglicht die Bestimmung des Endes
der Pyrolysereaktion.
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Die Menge der einleitenden Charge,
hier folgend ml bezeichnet, geteilt durch die Zeit t1 die für die Pyrolysereaktion
notwendig ist, ist dem Durchsatz der übrigen Charge gleich. Jede
Zugabe der übrige
Charge erfolgt in einem mit festem kohlenartigem Rückstand
gefüllten
Reaktor, wobei der Einfluss der plastischen Transitionsphase auf
den Drehmoment des Mischers bleibt gering. Der Massenfluss des Materials
zum pyrolysieren ist der Summe des Massenflusses der pyrolysierten
Produkte gleich.
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Wenn die Pyrolysereaktion der Charge
beendet ist, wird der Reaktor entleert. Dieser Arbeitsgang ist von
dem in dem Patent US-A-6'046'370 beschriebenen
Verfahren bei dem ein Teil des festen kohlenartigen Rückstand
im Reaktor bleibt, verschieden. Die Zusammenballung ist deshalb
bei der Erfindung auf die Zeit der Pyrolysereaktion beschränkt, ausserordentliche
grosse Zusammenballung können
sich deshalb wegen Zeitmangel nicht bilden. Graphische Darstellungen
von spezifischen Betriebsparameter in Bezug auf Zeit, sind für die übrige Charge
in der 12 und 14 abgebildet.
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Der Strom (Ampere) zu dem Elektromotor
in Bezug auf die Zeit für
die übrige
Charge wird in der 12 dargestellt.
Die Linie C entspricht einem Material ohne plastischer Transitionsphase,
und D mit plasticher Transitionsphase. Die Linien C und D entsprechen
Aufnahmen mit dem Verfahren der Erfindung. Die Linie E entspricht
einem Material mit plastischer Transitionsphase, das auf einmal
und grossen Durchsatz in den leeren Reaktor gegeben wird, also mit
einem Verfahren, das von der Erfindung abweichend ist. Die Linie
D weist eine Abweichung von der Linie C, die der plastischen Transitionsphase
entspricht.
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Die graphische Darstellung des Stroms
(Ampere) zur Elektroheizung ( 13)
und der Inhalt des Reaktors (kg) in Bezug auf die Zeit (14) gelten für die übrige Charge.
Eine Aehnlichkeit mit den Graphen der einleitenden Charge ist zu
merken.
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Ein für die Ausführung der Erfindung angewandter
mechanischer Wirbelbettreaktor ist in den Ansprüche 8 bis 10 beschrieben.
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Der mechanische Wirbelbettreaktor
besteht aus einem waagrechtem Stahlzylinder, an jedem Ende durch
eine Stahlplatte geschlossen, mit einer umlaufenden Welle 2 entlang
der Achse des Zylinders, wobei der Zylinder von aussen elektrisch
beheizt wird. Der zylindrischer Teil des Reaktors wir hier folgend
als Schale des Reaktors bezeichnet. Mischschaufeln 3, bevorzugsweise
der Pflugschartyp, sind an der Welle befestigt. Andere Mischertypen
sind auch möglich.
Die Welle wird durch den Elektromotor 4 angetrieben. Die
Welle 2 und die Mischschaufeln 3 bilden den Mischer.
Das Verhältnis
der Länge
des Schale des Reaktors zu seinem Durchmesser ist üblicherweise
zischen 2 und 3,5, wobei auch andere Werte möglich sind. Der Reaktor kann
mit Material bis zu 70% seines Volumeninhalt gefüllt werden. Der Reaktor ist
auf einem Rahmen festgemacht der auf Gewichtsfühler liegt, die die Messung
des Gewichtes des Materials im Reaktor ermöglichen. Die Elektroheizung
haltet die Temperatur der Schale des Reaktors bei einem Sollwert
zwischen 250° und
600°C. Der
Strom (Ampere) der Elektroheizung wird kontinuierlich erfasst.
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Das Material zum Pyrolysieren wird
vorzugsweise in den Reaktor durch ein senkrechtes Rohr 5, das
am oberen Teil des Reaktors und in seiner Mitte, angeschlossen ist,
wobei andere Ausführungen
auch möglich
sind. Die verdampften Kohlenwasserstoffe die von der Pyrolysereaktion
produziert werden, passieren das Rohr 5, das mit einem
Balgenkompensator ausgerüstet
ist, um die Bewegung des Reaktors aufzunehmen. Das Material zum
Pyrolysieren wird einem Trichter 7 durch ein Rohr 8 das
mit einem gasdichten Ventil 9 bestückt ist. Das Material zum Pyrolysiern
wird vom Trichter 7 zum Rohr 5 mittels einer Schnecke 10 befördert. Der
feste kohlenartige Rückstand
wird nach der Pyrolyse durch einem senkrechten Rohr 11,
vorzugsweise am unteren Teil des Reaktors und in seiner Mitte angeschlossen,
entleert, wobei andere Ausführungen
auch möglich
sind. Das Rohr 11 ist mit eine Balgenkompensator 12 und
ein gasdichtes Ventil 13 versehen.
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Die Ausführung des Verfahrens wird bei
einem Druck von 0.6 bar (abs) bis 1 bar (abs) im Reaktor empfohlen.
Der Reaktor kann auch bei anderen Druckwerte eingesetzt werden,
z. B. bei atmosphärischem
Druck, doch ohne Vorteil. Die Spülung
mit Inertgas ist im letztem Fall unerlässlich um die verdampften Kohlenwasserstoffe
aus dem Reaktor zu treiben, wobei Stickstoffund Kohlendioxyd zu
vorziehen sind.
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Wenn der Mischer langsam dreht, bleibt
das Material am Boden des Reaktors, der Wärmeaustausch zwischen der Schale
des Reaktors und dem Material ist nicht optimal. Wenn die Umlaufgeschwindigkeit
des Mischers zunimmt, dann wird ab einem bestimmten Wert das Material
im Reaktor aufgewirbelt oder fluidisiert. Der Uebergang vom abgesetztem
zu dem fluidisierten Zustand erfolgt in einem engen Umlaufgeschwindigkeitsbereich.
Fluidisiertes Material wird durch eine homogene Verteilung im Reaktor
gekennzeichnet. Der Drehmoment des Mischers tendiert zu einem Minimalwert
im Fluidisierungsbereich, und die Wärmedurchgangszahl liegt zwischen
250 und 350 Watt per Grad Kelvin und Quadratmeter, je nach Eigenschaften
des Materials und des Reaktors. Wenn die Umlaufgeschwindigkeit des
Mischers weiter zunimmt und ausserhalb des Fluidiserungsbereiches
steht, wird das Material gegen die innere Wand der Schale des Reaktors
gestossen, der Bereich um der Achse tendiert leer zu bleiben. Die
Zunahme der Wärmedurchgangszahl
ist gering, die Leistung des Elektromotors des Mischers nimmt bedeutend
zu. Die wirtschaftlichste Art den mechanischen Wirbelbettreaktor
zu benutzen ist, die Umlaufgeschwindikeit im Fluisisierungsbereich
einzustellen. Es ist bekannt, dass die Froude-Zahl N(Fr) zwischen
2 und 3 eingestellt werden muss, wobei N(Fr) der Umlaufgeschwindigkeit
(Radian/Sekunde) im Quadrat dividiert durch den Radius der Schale
des Reaktors (Meter) und die Erdbeschleunigung (Meter/Sekunde im
Quadrat) gleich ist. Die Froude-Zahl entspricht
dem minimalen Drehmoment des Mischers, wenn alle Parameter mit Ausnahme
der Umlaufgeschwindigkeit, unverändert
bleiben.
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Ein mechanischer Wirbelbettreaktor
gemäss der
Erfindung ist nicht mit den Nachteilen anderer erwähnten Reaktorentypen
behaftet, mit Hinweis auf den Wärmeaustausch
und die Mischung des Materials. Ferner ist der Einsatz des mechanischen
Wirbelbettreaktor, gemäss
der Erfindung, nicht auf spezifischen Abfälle beschränkt, sonder kann für organisches
Material im allgemeinen eingesetzt werden.
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Wenn eine Charge länger als
geplant im Reaktor bleibt, z. B. wenn eine Panne die Förderanlage abwärts des
Reaktors belastet, muss der Mischer im Betrieb bleiben. In einem
solchen Fall können überdurchschnittliche
grosse Zusammenballungen gebildet werden. Die hier folgend beschriebene
Vorrichtungen können
beitragen, die Zusammenballung zu reduzieren.
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3 und 7 sind die Abbildungen eines Pflugscharmischers,
und 5 und 8 diejenige eines Schaufelmischers.
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Die Kanten 31, 31' der beiden
Mischertypen 3, 3',
in der Nähe
der Schale des Reaktors, sind scharf geschliffen. Der Winkel alpha
(4 und 6) hat vorzugsweise ein Wert zwischen
5° und 15°, wobei andere
Werte auch möglich
sind, doch nicht unter 5°.
Die Kante 31, 31' wird
vorzugsweise auf der Seite die das Material schiebt mittels einem
geeigneten Verfahren gehärtet.
Die scharfen Kanten lösen
die Zusammenballungen auf. Diese Vorrichtung ist nicht auf die beiden
Mischertypen, die hier als Beispiel gegeben sind, beschränkt.
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Eine weiter Vorrichtung (7 und 8) hilft die Zusammenballung von Drähte zu reduzieren.
Ein Spiess 32, 32',
hier folgend mobiler Spiess bezeichnet, ist am Mischer 3, 3' befestigt,
abwärts
in Bezug auf die Bewegung des festen Material, in der Nähe der innere
Seite der Schale des Reaktors, die Spitze des Spiesses ist in die
Drehrichtung des Mischers gerichtet. Ein zweiter Spiess 33, 33', hier folgend
statischer Spiess bezeichnet, ist an der innere Seite der Schale
befestigt, in der Nähe
und parallel zum Plan in dem sich der mobile Spiess 32, 32' bewegt, und
die Spitze dem mobilen Spiess entgegen gerichtet.
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Eine Stahldrahtballe, durch den Mische 3, 3' geschlagen,
wird vorzugsweise in der Richtung des durch den Mische abgelenktes
Materials rollen, und kann zuerst durch den mobilen Spiess, danach
durch den statischen Spiess gestochen werden, was die Zerreissung
des Balles zur folge hat. Wenn d und h in den 7 und 8 in
einem Verhältnis
d/h zwischen 1 und 2 stehen, wobei d zwischen 60 und 100 mm misst,
werden die besten Resultate erziehlt. Die Länge der beiden Spiesse ist
die selbe, vorzugsweise zwischen 20 und 40 mm, und der Durchmesser
der Spiesse 32, 33 und 32', 33' misst höchstens 10 mm. Eine andere
Anpassung als diejenige mit den empfohlenen Masse, hat wenig Chancen
besser zu sein. Um die Vorrichtung zu proben, wurden eine Satz von Bälle aus
Stahldrähte
mit 0.5 mm Durchmesser, und ein zweiter Satz mit Bälle aus
Stahldrähte
mit 3 mm Durchmesser in einem Reaktor gemäss der Erfindung, frei von
anderem Material, und ohne die erwähnten Spiesse vorbereitet.
Der Mischer ist einige Tage betriebt worden, danach konnten einige
Bälle mit
einem ca. 300 mm nachgewiesen werden. Spiesse gemäss der Erfindung
sind danach eingebaut worden. Nach 8 Betriebstunden des Mischers,
betrug das höchste
Mass der Bälle
60 mm.
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Die Erfindung bietet einige zusätzlichen
Vorteile zu dem im Patent US-A-6'046'370 beschriebenen
Verfahren.
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- a. Die Entladung des Reaktors zwischen zwei Chargen
verursacht eine stille Zeit. Bei einer stillen Zeit gemäss der Erfindung,
sind mehrere stillen Zeiten bei dem Verfahren des Patentes US-A-6'046'370 notwendig. Die
Leistung eines Reaktors ist deshalb grösser, wenn nach der Erfindung
und nicht dem Verfahren nach dem erwähnten Patent operiert wird.
- b. Die Erfindung entspricht einem kontinuierlichem Verfahren
mit regelmässigen
Unterbrüche. Der
Massenfluss ist während
der Pyrolysephase konstant wenn Reaktor gemäss dem Verfahren betrieben
wird, wobei mit dem Verfahren gemäss dem erwähnten Patent, schwankt der
Massenfluss stark, und die Prozesslinie abwärts des Reaktors muss wesentlich
grösser
dimensioniert werden, was eine grössere Investition bedingt.