DE69310151T2

DE69310151T2 - Verfahren und apparat zur kontrollierten reduktion organischer materialien

Info

Publication number: DE69310151T2
Application number: DE69310151T
Authority: DE
Inventors: Charles Emery
Original assignee: Emery Microwave Management Inc
Current assignee: Emery Microwave Management Inc
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2013-01-27
Also published as: NO942838L; ATE152000T1; ES2072829A1; ES2072829B1; BR9305889A; DE69310151D1; CH685431A5; BG99010A; EP0626871A1; NO942838D0; BG61435B1; HUT67576A; NO307502B1; GR3024194T3; NZ246544A; HK1006949A1; WO1993014821A1; AU669873B2; SK91794A3; AU3341993A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung organischer Materialien mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung.
In vielen verschiedenen Gebieten ist eine Redzuierung organischer Materialien häufig wünschenswert. Ein solcher Bedarf kann beispielsweise bei der Verarbeitung von Rohstoffen, etwa beim Extrahieren von Öl aus ölhaltigem Schiefer, oder auch bei der Verwertung von Abfallstoffen auftreten.
Es gibt unzählige Situationen, bei denen Abfallstoffe verwertet werden müssen, beispielsweise wenn die Nutzdauer eines Produkts überschritten ist. So ist zum Beispiel die Anzahl an vorhandenen Altreifen sehr hoch. Auch bei üblichen industriellen Prozessen können Abfallstoffe anfallen. Beispiele hierfür sind Raffinerieschlämme und das Abwasser von Papiermühlen. Kommunale Abwässer und Abfälle sind weitere Quellen von großen Mengen organischer Abfallstoffe.
Je nach Art des jeweiligen Abfalls machen verschiedene Überlegungen die Weiterbehandlung der Abfallstoffe wünschenswert. Im Fall der kommunalen Abwässer stellt der Abfall beispielswiese ein Gesundheitsrisiko und eine Gefahr für die Umwelt dar und seine Giftigkeit muß neutralisiert werden. Bei den Reifen liegt die Schwerpunkt auf der Wiederverwertung der großen Mengen vor allem an Öl und Kohlenstoffruß, die die Hauptbestandteile von Reifen bilden.
Das Behandeln verschiedener dieser Abfallarten, beispielsweise durch Verbrennen, kann seinerseits wiederum zu Problemen durch Umweltverschmutzung führen.
Es besteht daher ein ständiger Bedarf nach effizienteren Behandlungs- und Wiederverwertungsverfahren für organische Materialien.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mikrowellenenergie in einem Verfahren und einer Vorrichtung eirizusetzen, die auf vielfältige Weise für viele verschiedene organische Materialien verwendet werden können.
Nach Wissen der Anmelderin wurde Mikrowellenenergie bisher nicht beim Behandeln organischer Stoffe zur nicht-pyrolytischen Reduktion eingesetzt. In der WO-A- 91 03 281 ist die Verwendung von Mikrowellen bei der kontrollierten Reduktion organischer Materialien beschrieben. Das am 13.12.1983 erteilte kanadischen Patent Nr. 1,158,432 von Tillitt betrifft die Verwendung von Mikrowellenenergie beim Trocknen von stückigem Material, beispielsweise von Körnern. Dieses Patent enthält keine Lösungsvorschläge für das oben erwähnte Reduktionsproblem.
Das am 31.10.1978 erteilte US-Patent 4,123,230 von Kirkbride behandelt die Verwendung von multiplen Wellenerzeugern, die jedoch dazu eingesetzt werden, Mikrowellen mit verschiedenen Frequenzen zu erzeugen. Es gibt dabei keinerlei Hinweise darauf, die Wellen zu bündeln oder ein einheitliches oder bevorzugtes Verteilungsmuster zu erzeugen.
Im am 10.4.1979 erteilten US-Patent 4,184,614 von Kirkbride wird ein im Vergleich zum vorhergehenden etwas abgewandeltes Verfahren beschrieben. Hinsichtlich der Mikrowellenenergie sind hier jedoch keine weiterführenden Informationen enthalten.
In ähnlicher Weise wird in einer dritten Patentschrift von Kirkbride, der US-PS 4,234,402, dieselbe Mikrowellenerzeugungsanordnung behandelt.
Das am 8.3.1983 erteilte US-Patent 4,376,034 von Wall betrifft ein Paar von Mikrowellengeneratoren an entgegengesetzten Enden eines Reaktors. Bei dieser Mikrowellen betreffenden Anmeldung werden reflektierte Wellen sehr ineffizient eingesetzt.
Im Stand der Technik wurde bisher üblicherweise der Schwerpunkt nicht auf die effiziente Nutzung von Mikrowellen gelegt, sondern es wurden nur im Handel erhältliche Mikrowellenerzeugungssysteme in verschiedene Verfahren miteinbezogen.
Man hat nun herausgefunden, daß eine große Vielzahl verschiedener organischer Materialien zur Kontrolle ihrer Toxidität, zum Zwecke der Wiederverwertung und für verschiedene Verarbeitungsprozesse mit Hilfe von Mikrowellenenergie behandelt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur kontrollierten nicht-pyrolytischen Reduktion organischer Materialien gemäß Anspruch 1.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur kontrollierten, nicht-pyrolytischen Reduktion organischer Materialien gemäß Anspruch 6.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig.1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2 eine schematische Darstellung eines Mikrowellengenerators und eines parabolischen Wellenumlenk elements, die erfindungsgemäß verwendet werden; und
Fig.3 ein Mikrowellen-Strahlungsmuster gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden Beschreibung wurden gleiche Bauteile der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können bei einer fast unbegrenzten Anzahl organischer Materialien zum Einsatz kommen. Man geht davon aus, daß die Mikrowellenenergie zur Auflösung der schwächeren Molekülbindungen in längeren Molekülketten führt, wodurch diese Moleküle in einfachere Bestandteile zerlegt werden. Letztendlich handelt es sich also um einen Depolymerisierungsprozeß. Durch Regelung des Prozesses wird eine Pyrolyse der organischen Materialien verhindert.
In der Zeichnung sind die Grundzüge der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei wird Material einem Fülltrichter 10 oder einer ähnlichen, für das jeweils zuzuführende Material geeigneten Vorrichtung aufgegeben.
Das Material wird dann über eine Luftschleuse 12 in eine Mikrowellenkammer 14 befördert und sodann mit aus Magnetronen 16 stammenden Mikrowellenstrahlen bestrahlt.
Gasförmige Bestandteile werden zu einem Kondensator 18 abgeleitet und kondensieren dort zu flüssigen Stoffen, üblicherweise zu Ölen und Schwefel.
Feste Bestandteile verlassen die Mikrowellenkammer 14 durch eine zweite Luftschleuse 20. Diese Produkte werden dann mit Hilfe eines Filters 22 in verschiedene Gruppen getrennt, wobei Kohlenstoffruß normalerweise einen großen Anteil dieser Produkte bildet. Außerdem finden sich auch andere Stoffen, beispielsweise Stahl im Fall der Reduktion von Autoreifen.
Nach einer vorausgehenden Analyse des Materials werden für das betreffende Material die optimalen Verfahrensbedingungen und eine optimale Vorrichtungsanordnung gewählt. Es werden vorzugsweise mehrere Analysearten eingesetzt, bei denen verschiedene Informationen anfallen.
So wird beispielsweise vor Beginn der Bearbeitung eine Analyse von Form und Struktur des Materials durchgeführt, um die Mikrowellenkammer und die Zuführvorrichtung entsprechend einzustellen. Die Toroidform von Reifen macht beispielsweise eine andere Gestaltung der Füllvorrichtung und der Kammer nötig als das etwa bei einem Würfel aus gepreßtem Kunststoffabschnitten der Fall wäre.
Danach wird das Material vorzugsweise noch einer weiteren Analyse unterzogen, um seine Zusammensetzung zu bestimmen. Bei der Behandlung von Material, daß beispielsweise im wesentlichen als PVC kategorisiert werden kann, ist es etwa auch wünschenswert, den Anteil an Streckmitteln und anderen möglicherweise vorhandenen Bestandteilen zu bestimmen.
Die Ergebnisse dieser Analyse liefern Informationen darüber, welche Produkte beim Aufspalten des Materials in verschiedene Bestandteile wahrscheinlich entstehen, über die Mengen, in denen diese Produkte jeweils zu erwarten sind, und die Reihenfolge, in denen man sie wahrscheinlich erhält
Zur Bestimmung der für den Prozeß notwendigen Energie wird danach eine weitere Analyse, und zwar üblicherweise ein Labortest, durchgeführt. Wenn man die benötigte Energie pro Einheit des zu behandelnden Materials ermittelt hat und weiß, wieviel Material behandelt werden muß, kann man die benötigte Gesamtenergie berechnen
Das Ergebnis dieser Analysen kann dann dazu verwendet werden, die Ausgestaltung der Vorrichtung und die Prozeßbedingungen für die einzelnen Arbeitsschritte des Verfahrens optimal einzustellen.
Hinsichtlich der Bewegung des Materiales während seiner Behandlung ist dabei zuerst die Materialzuführung zu durchdenken.
Zwar kann das Verfahren durchgeführt werden, indem immer wieder eine bestimmte Menge an Material aufgegeben wird. Allerdings wird eine ständige Materialzufuhr bevorzugt. Dementsprechend muß die Mikrowellenkammer abgedichtet sein und die Zuführvorrichtung dieser Notwendigkeit auch Rechnung tragen. Eine entsprechende Ausgestaltung einer Zuführvorrichtung, die bei einer Vielzahl von Aufgabematerialien sinnvoll eingesetzt werden kann, besteht aus einer Kolben-Zylinder-Anordnung. Für feste Aufgabematerialien kann ein Fülltrichter oberhalb eines Endes einer zylindrischen Füllleitung vorgesehen sein, um der Leitung Aufgabematerial zuzuführen. Danach kann das Material dann mit Hilfe eines Kolbens durch die Leitung zur Mikrowellenkammer transportiert werden. Das Aufgabematerial bildet in der Zuführleitung einen ständig vorhandenen Pfropfen, der die Mikrowellenkammer abdichtet
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für sperrige Materialien und den Betrieb bei relativ geringer Temperatur besteht in einem Endlos- Riemenförderer. Das Riemenmaterial muß mikrowellendurchlässig sein und darf sich seinerseits unter den gegebenen Einsatzbedingungen nicht in verschiedene Bestandteile aufspalten.
Für den Betrieb bei höheren Temperaturen besitzt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung wenigstens einen Schraubforderer aus rostfreiem Stahl.
Für bestimmte Materialformen kann man am Eingang der Mikrowellenkammer eine Luftschleuse vorsehen.
In ähnlicher Weise wird in einigen Fällen eine Luftschleuse am Abgabeende der Mikrowellenkammer für Feststoffe notwendig sein.
Geht man weiter in Materialtransportrichtung, so betreffen die nächsten Überlegungen die Form der eigentlichen Mikrowellenkammer.
Die physikalischen Eigenschaften der Mikrowellenkammer, in die das Aufgabematerial eingefüllt wird, werden durch verschiedene Faktoren bestimmt.
Die Gesamtform der Kammer wird überlicherweise entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Aufgabematerials und der Art der verwendeten Zuführvorrichtung gewählt. Wo beispielsweise die Kolben-Zylinder-Zuführanordnung eingesetzt wird, kann man eine zylindrische Kammer vorsehen. Wird ein Endlos-Riemenförderer verwendet, so bevorzugt man allgemein eine Kammer mit rechteckigem Querschnitt.
Die Gesamtform wird auch durch den Wunsch beeinflußt, eine maximale Durchdringung des zu bearbeitenden Materials mit Mikrowellen zu erzielen.
Wenn der Gesamtenergiebedarf bestimmt und der Querschnitt der Kammer im wesentlichen festgelegt ist, müssen noch andere Faktoren berücksichtigt werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen.
Hinsichtlich des Verfahrens und der Vorrichtung können für einen bestimmten Verwendungszweck eine Vielzahl von Variablen im voraus bestimmt oder während des Verfahrensablaufes eingestellt werden. Das Ziel besteht darin, für den jeweiligen Verwendungszweck die wirksamste Arbeitsweise mit Hinblick auf die pro Masseeinheit an zu bearbeitenden Material eingesetzte Energie zu bestimmen, wobei allerdings jeweils verschiedene, im folgenden näher erläuterte prozeßabhängige Einschränkungen auftreten.
Zur Festlegung, wie die benötigte Gesamtenergie in einem bestimmten Fall zugeführt werden soll, müssen üblicherweise verschiedene Faktoren gegeneinander abgewogen werden. Die Energiezufuhr muß in geeigneter Weise geregelt werden, damit sie zuerst ausreicht, um die Reaktion innerhalb eines annehmbaren Zeitraums einzuleiten, und damit danach aus dem Ausgangsmaterial die gewünschten Produkte in der gewünschten Reihenfolge entstehen. Dementsprechend ist es sinnvoller, den Hauptanteil der Mikrowellen mit der Hilfe einer Vielzahl kleiner Mikrowellengeneratoren zu erzeugen als durch ein einziges Magnetron. Die Mirkowellengeneratoren können kontinuierlich, schubweise oder in anderer Einteilung Mikrowellen erzeugen. Die Stärke der erzeugten Mikrowellen kann durch die Energiezufuhr zu den Mirowellengeneratoren geregelt werden.
Eine typische Mikrowellenkammer mit rechteckigem Querschnitt kann vier Querreihen mit je drei Mikrowellengeneratoren enthalten.
Die pro Masseeinheit des zu behandelnden Materials zugeführte Energie wird nicht nur von der Anordnung und Leistung der Mirkowellengeneratoren beeinflußt, sondern auch durch den Zeitraum, über den hinweg das Material den Mikrowellen ausgesetzt ist, also durch die Verweildauer des Materials. Dabei müssen neben den Energiefaktoren auch die Abmessungen der Kammer in Betracht gezogen werden. Die Verweildauer kann also entweder direkt durch die Einfüllgeschwindigkeit des zu bearbeitenden Materials beeinflußt werden oder aber ebenso durch eine Veränderung der Länge der Kammer. Außerdem kann die Masse des bestrahlten Materials durch eine Kapazitätsänderung der Mikrowellenkammer variiert werden.
Darüber hinaus trägt auch die Bündelung der Mikrowellen beträchtlich zur Effizienz bei. Es wurden parabolische Wellenumlenkelemente entwickelt, um die von einem bestimmten Generator stammenden Wellen zu bündeln. Eine Reihe von Wellenumlenkelementen kann für eine Reihe von Wellengeneratoren verwendet werden, um eine sich überschneidende Reihe von Mikrowellenvorhängen zu erzeugen, wodurch eine sehr gute Kontrolle der dem Material zugeführten Energiemenge ermöglicht wird.
Die Oberflächentemperatur des Materials beeinflußt sehr stark seine Mikrowellenabsorption, weshalb es höchst vorteilhaft ist, die Oberflächentemperatur zu überwachen und die Leistung der Mikrowellengeneratoren so einzustellen, daß eine optimale Oberflächentemperatur erzielt wird. Während das Material durch die Mikrowel lenkammer transportiert wird und die Reaktionen ablaufen, kann die zur Beibehaltung der optimalen Oberflächentemperatur benötigte Energiezufuhr geringer werden, so daß die in Fließrichtung hinteren Mikrowellengeneratoren mit einer niedrigeren Eingangsleistung arbeiten können.
Es ist auch sinnvoll, die Innentemperatur des Materials in der Mikrowellenkammer zu überwachen, um so Vorhersagen darüber treffen zu können, welche Produkte sich wahrscheinlich zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Material abspalten. In der Mikrowellenkammer herrscht vorzugsweise ein Druck, der geringfügig über dem Außendruck liegt, was die Entfernung von gasförmigen Produkten erleichtert.
Man hat erkannt, daß das Verfahren in einer dichteren Atmosphäre günstiger abläuft. Es wurde dementsprechend festgestellt, daß das Verfahren effizienter verläuft, sobald es eingeleitet und der Punkt erreicht wurde, bei dem das erste in die Kammer eingefüllte Material im wesentlichen aufgespalten ist. In dieser Hinsicht muß das Verfahren in einer reduzierenden Atmosphäre ablaufen, wobei die Konzentration an reduzierenden Gasen erhöht wird, während das Material sich aufspaltet. Es besteht die Theorie, daß das Vorhandensein zusätzlicher reduzierender Gase bei einem weiteren Aufspalten des Materials hilfreich sein könnte, insbesondere wenn sie sich an der Oberfläche des Materials befinden.
In einigen Fällen kann es von Vorteil sein, eine zweigeteilte Mikrowellenkammer zu verwenden, um die Mikrowellengeneratoren von der reduzierenden Atmosphäre zu isolieren. Dafür könnte eine horizontale Sperre aus mikrowellendurchlässigem, gasundurchlässigem Material verwendet werden, wobei der obere und der untere Teil der Kammer jeweils aus Resonanzmaterial besteht.
Es kann notwendig sein, dem Aufgabematerial ein reduzierendes Gas beizumischen. Der Zweck des reduzierenden Gases ist es, eine mögliche Oxidation aufzufangen, die ansonsten während der Anlaufphase auftreten und möglicherweise katastrophale Folgen haben könnte. Es kann auch ein Inertgas, wie etwa Stickstoff, verwendet werden. Allerdings reicht auch jedes geeignete reduzierende Gas aus. Dem Aufgbematerial muß aber nicht in jedem Fall notwendigerweise ein reduzierendes Gas zugegeben werden. In bestimmten Fällen ist jedoch zumindest die Möglichkeit dazu vorhanden.
Man hat herausgefunden, daß einige Katalysatoren die Effizienz des Verfahrens erhöhen. Wenn es sich beim Aufgabematerial um Reifen handelt, so führt eine Beigabe von Kohlenstoffruß dazu, daß die Öle sich schneller und bei niedrigeren Temperaturen vom Material abspalten.
Oft ist auch ein weiterer äußerer Faktor vorhanden, der die Abstimmung der verfahrens- bzw. vorrichtungsinternen Faktoren wesentlich beeinflußt. In einer Industrieanlage steht häufig nur ein begrenzter Raum zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung, so daß alle einstellbaren Faktoren auf diese Einschränkung hin abgestimmt werden müssen. Diese Überlegungen hinsichtlich des vorhandenen Raums sind zumal insofern von großer Wichtigkeit, als einige Einrichtungen eine beträchtliche Gesamtlänge erreichen können. So ist eine Länge in der Größenordnung zwischen etwa 9 und 18 m nicht ungewöhnlich.
In dieser Hinsicht besteht ein bevorzugter Ansatz darin, eine Reihe von an ihren Enden aneinander befestigten Modulen zu verwenden, was mehrere Vorteile bietet. Dazu gehört die Möglichkeit, einzelne Module zu entfernen und zu ersetzen, um Reparaturen auszuführen, ohne daß die Anlage stillgelegt werden müßte. Außerdem ist die Herstellung und Handhabung kleinerer Module einfacher. Ein bevorzugtes Modul weist eine Gesamtlänge von etwa 2 m auf.
Die Möglichkeit der Energiezufuhr ist eine weitere äu ßere Variable, die unter Umständen vom Verwender nicht beeinflußt werden kann und üblicherweise von der jeweiligen Lage der Anlage abhängt.
Die Produkte des Prozesses erhält man in Form von Gasen und Feststoffen. Die gasförmigen Materialien werden mit Hilfe wenigstens einer Absaugvorrichtungen der Mikrowellenkammer aus dieser entfernt. Die Feststoffe liegen in Form von Rückständen vor und werden durch den Ausgang der Mikrowellenkammer abtransportiert.
Die gasförmigen Produkte werden zu verschiedenen flüssigen Wasserstoff-Kohlenstoff-Verbindungen kondensiert. Dabei kann es notwendig sein, das Abgassystem zu erwärmen, um eine vorzeitige Kondensation zu verhindern.
Die Feststoffe enthalten Kohlenstoffruß in Mikrometer- Größe und gegebenenfallls verschiedene anorganische Materialien, die im Aufgabematerial vorhanden waren. So bestehen die Rückstände von Reifen beispielsweise nicht nur aus verschiedenen Ölen und Kohlenstoffruß, sondern sie enthalten auch Stahl, Silikate und ähnliche Bestandteile.
Bei einer typischen PVC-Laborprobe fielen beispielsweise 125 Gramm fester Rückstände aus 160 Gramm ursprünglich vorhandenen PVCs an. Die Rückstände bestanden fast ausschließlich aus Kohlenstoffruß, der insgesamt weniger als 3,159 Milligramm der folgenden Elemente und Moleküle enthielt: As; Ba; B; Cd; Cr; Pb; Se,; U; NO&sub2; + NO&sub3;; NO&sub2;; Ag; Hg; CN (F); F.
Herkömmliche Reifen liefern pro Tonne drei bis vier Fässer Öl, 260 bis 320 kg Kohlenstoffruß, 40 bis 45 kg Stahl und 30 bis 36 kg Fasern.
In den Fig.2 und 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In industriellen Verfahren eingesetzte Mikrowellengeneratoren waren bisher üblicherweise insoweit sehr ineffizient, als dabei im wesentlichen Material durch einfaches Bestrahlen auf eine Weise erhitzt wurde, bei der eine sehr ungleichmäßige Verteilung der Mikrowellenenergie über das Material erfolgte. Eine solche Vorgehensweise führt dazu, daß einige Teile des Materials nicht ausreichend und andere zu ausgiebig behandelt werden.
In derartigen Fällen wird sehr viel Energie verschwendet, um sicherzustellen, daß das gesamte Material eine Mindestbestrahlung mit Mikrowellenenergie erfährt.
Außerdem können je nach zu behandelndem Material bestimmte Muster der Mikrowellenzuführung weit effizienter sein als andere. Bei der üblicherweise eingesetzten generellen Bestrahlung können derartige unterschiedlichen Muster nicht erzeugt werden.
Schwerwiegende Probleme durch Energieverlust entstanden auch durch die Verwendung von verschiedenen Arten von Mirkowellenumlenkelementen zur Verteilung der erzeugten Mikrowellen. So erzeugten einige Mikrowellenumlenkelemente längliche, nicht-lineare Bahnen, so daß nur schwache Wellen die Stellen erreichten, an denen sich das zu behandelnde Material befand.
Des weiteren waren einige Hersteller von Mikrowelleneinheiten der festen Überzeugung, daß multiple Wellengeneratoren aufgrund des Interferenzproblems zwischen den durch die verschiedenen Generatoren erzeugten Wellen keine brauchbare Lösung für das Verteilungsproblem darstellen wurden. Diese Probleme werden durch die Vorrichtung gemäß Fig.2 und 3 gelöst.
Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 30 zur Erzeugung von Mikrowellen, enthaltend ein Magnetron 32, eine Antenne 34 und eine als Wellenumlenkelement 36 dienende reflektierende Fläche. In der Darstellung ist die Vorrichtung 30 in der Wand 38 einer Mikrowellenkammer 40 befestigt. Der äußere Randbereich 42 des reflektierenden Umlenkelements 36 schließt eben mit der Wand 38 ab. Die durch den Randbereich 42 des reflektierenden Umlenkelements 36 gebildete Öffnung wird von einer Keramikplatte 44 bedeckt.
Das reflektierende Umlenkelement 36 kann so ausgeführt sein, daß die Wellen in einem beliebigen Muster abgestrahlt werden; im bevorzugten Fall ist es jedoch im wesentlichen parabolisch, um Wellen auf einen im wesentlichen ringförmigen Bereich abzustrahlen. Der obere Bereich 37 der reflektierenden Umlenkelement 36 ist vorzugsweise flach ausgebildet. Dies erleichtert die Anbringung der Vorrichtung und ermöglicht es außerdem, daß die Antenne 34 am oder nahe dem Brennpunkt des Parabolelements ausgerichtet wird.
Die Grenzen des Musters können durch eine geeignete Ausgestaltung des Wellenumlenkelements und eine spezielle Ausrichtung der Antenne 34 eingestellt werden. Der Brennpunkt des Musters wird vorzugsweise im wesentlichen durch eine Veränderung der Ausrichtung der Antenne 34 eingestellt werden. Zum Einstellen der Antenne 34 kann diese vorzugsweise axial zum reflektierenden Umlenkelement 36 um etwa 2,5 cm verschoben werden.
Bei der am meisten bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise die Kombination aus Antenne 34 und reflektierendem Umlenkelement 36 so eingestellt werden, daß die Mikrowellen mit geringfügiger Streuung auftreffen, so daß der Durchmesser des von den Mikrowellen bestrahlten Gebietes größer ist als der Durchmesser des Randbereichs 42 des reflektierenden Umlenkelements 36.
Die Mikrowellen werden dem gesamten kreisförmigen Bereich im wesentlichen gleichmäßig zugeführt.
Eine Reihe von Vorrichtungen 30 kann dann wie in Fig.3 angeordnet sein, um das gewünschte überschneidende Muster 46 zu erzeugen, dessen Bereich durch die Linien 45, die die von den äußeren Mikrowellengeneratoren 47 der Anordnung aus Mikrowellengeratoren 16 erzeugten Strahlen begrenzen, bestimmt wird. Bei dieser Anordnung wird letztlich eine Mikrowellenwolke erzeugt, die eine ausreichend gleichmäßige Verteilung von Mikrowellenenergie über das Material 48 in der Mikrowellenkammer 40 ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Anordnung ist die Vorrichtung 30 mit einem Temperatursensor 50 ausgestattet, der im Gehäuse 52 des Magnetrons 32 vorgesehen ist. Der Temperatursensor 50 ist seinerseits über ein Leitungen 51 mit einem Regelelement 54 verbunden, das das Magnetron über Leitungen 53 abschaltet, wenn der Temperatursensor 50 eine Grenztemperatur registriert, und das Magnetron 32 nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder einschaltet.
Wenn also ein uneinheitliches Aufgabematerial, wie etwa Fahrzeugreifen, behandelt wird, so kommt manchmal unterhalb einer Vorrichtung 30 kein Material zu liegen, beispielsweise wenn der freie Mittelteil des Reifens unter der Vorrichtung vorbeitransportiert wird. In solchen Fällen führen die von der unteren Wand 56 der Mikrowellenkammer 40 reflektierten Wellen dazu, daß sich die Vorrichtung 30 bis zu dem Punkt erwärmt, an dem der Temperatursensor 50 ein Signal an das Regelelement 54 sendet, das das Abschalten des Magnetrons verursacht. Nach einer bestimmten Zeitspanne, die im Fall des Reifens der Zeit entspricht, in der der offene Bereich die Vorrichtung 30 passiert, wird das Magnetron 32 wieder eingeschaltet.
Dadurch wird gleichzeit die Vorrichtung 30 vor Überhitzung geschützt und Energie eingespart.
Das Verfahren kann für viele verschiedene Zwecke eingesetzt werden und ist dementsprechend in seinem Aufbau sehr variabel. Bei einem typischen Beispiel, nämlich bei der Reduktion von Fahrzeugreifen, kann eine Reihe von zehn aufeinanderfolgenden Tunnelmodulen verwendet werden, um einen rechwinkligen Tunnel von etwa 18 m Länge mit einem Querschnitt von etwa 35,5 m x 91,5 cm zu schaffen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei solcher 18-Meter-Tunnel in einer Reifenreduzieranlage eingesetzt. Eine Reihe von zwölf einander überschneidenden Magentronen kann in jedem Modul vorgesehen sein, wie dies in Fig.3 dargestellt ist. Jedes Magnetron kann eine Leistung von 1,5 Kilowatt bei einer Wellenlänge von 2450 MHz aufweisen.
Das Verfahren läuft üblicherweise bei einem geringfügig erhöhten Druck von etwa 0,6 bis 1,3 g/cm² und einer Maximaltemperatur von etwa 350ºC ab. Der Temperatursensor 50 wird das Magnetron normalerweise bei einer Temperatur von über 70ºC abschalten.
Üblicherweise besitzen die reflektierenden Wellenumlenkelement 36 am Rand des Parabols einen Durchmesser von etwa 19 bis 19,7 cm.
Der oberste Abschnitt 17 ist gewöhnlich etwa 8 cm breit und die reflektierende Fläche etwa 6,4 cm tief.
Bei der bevorzugten Reifenanlage mit zwei Tunneln, die unter den obigen Bedingungen arbeitet, ergibt sich bei einer Zuführgeschwindigkeit auf einem Förderer, der mit 1,5 cm/sec läuft, eine Verweildauer von etwa 20 Minuten und eine Durchlaufkapazität von 1.440 Reifen in 24 Stunden für jeden der 18 m langen Tunnel.
Diese Anlage erzeugt im übrigen keinerlei Abgase. Die gasförmigen Produkte bestehen aus einer geringen Auswahl unterschiedlicher Öle mit der Konsistenz von Dieselkraftstoff Nr.2, sowie elementarem Schwefel, der getrennt kondensiert
Die kontrollierte Reduktion gemäß der vorliegenden Erfindung verursachte keine Emissionsprobleme, wie sie bei anderen Abfallreduktionsprozessen einschließlich der bekannten Mikrowellen-Prozesse üblich sind.

Claims

1. Verfahren zur kontrollierten nicht-pyrolytischen Reduktion von organischem Material, enthaltend die folgenden Arbeitsschritte:

- ständige Zufuhr von diesem Material in eine Mikrowellenkammer;

- Erzeugung von Mikrowellenenergie in dieser Kammer mit Hilfe einer Mikrowellengeneratoren-Anordnung;

- Übertragen der Mikrowellenenergie in einer reduzierenden Atmosphäre mit Hilfe von Antennen von den Generatoren zu entsprechenden reflektierenden Mikrowellen-Umlenkelementen;

- Bündeln der Mikrowellenenergie von jedem Umlenkelement in einem vorbestimmten Muster und Anordnen der Umlenkelemente in einer Weise, daß sich die vorbestimmten Muster überschneiden, um in der Kammer einen Bereich zu schaffen, auf den die Mikrowellen im wesentlichen gleichmäßig einwirken;

- zusätzliche Kontrolle des Grades, in dem das Material der Mikrowellenenergie ausgesetzt wird; und

- ständiges Entfernen von gasförmigen Produkten und festen Rückständen aus der Kammer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die reflektierenden Umlenkelemente parabolisch sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes vorbestimmte Muster im wesentlichen kreisförmig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend den Arbeitsschritt der Materialzufuhr durch eine Reihe von Kammern, die in Modul-Anordnung miteinander verbunden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend den Arbeitsschritt des Einstellens des Musters durch Veränderung der Lage der Antennen relativ zu den entsprechenden reflektierenden Umlenkelementen.

6. Vorrichtung zur kontrollierten, nicht-pyrolytischen Reduktion von organischem Material durch Einwirkung von Mikrowellenenergie auf dieses Material, wobei die Vorrichtung die folgenden Bestandteile enthält:

- eine Mikrowellenkammer (14, 40);

- eine Anordnung aus Mikrowellengeneratoren (16, 32), die mit der Kammer (14, 40) verbunden sind;

- jeweils eine Antenne (34), die mit jeweils einem Generator (16, 32) zum übertragen von Mikrowellen von diesem Generator (16, 32) verbunden ist;

- jeweils ein reflektierendes Umlenkelement (36), das mit jeder Antenne (34) verbunden ist, auf diese Weise von der Antenne (34) Mikrowellen empfängt und diese Mikrowellen in ein vorbestimmtes Muster bündelt und auf das organische Material (48) leitet; und

- Mittel zur kontinuierlichen Zufuhr organischen Materials in die Kammer (14, 40) und zum Entfernen von festen und gasförmigen Materialien aus der Kammer (14, 40),

- wobei das vorbestimmte Muster eine im wesentlichen gleichförmige Einwirkung der Mikrowellen in der gesamten Kammer (14, 40) ermöglicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jedes reflektierende Umlenkelement (36) parabolisch gestaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jedes reflektierende Umlenkelement (36) ein kreisförmiges Muster aus Mikrowellen auf das organische Material (48) reflektiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich jedes kreisförmige Muster mit jedem angrenzenden kreisförmigen Muster überschneidet, so daß ein Bereich entsteht, der das organische Material im wesentlichen vollständig abdeckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Durchmesser jedes kreisförmigen Musters größer ist als der Durchmesser des zugehörigen reflektierenden Umlenkelements (36).

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kammer (14, 40) eine flache obere Wand (38) besitzt, jedes reflektierende Umlenkelement (36) eine offene Seite aufweist und jedes reflektierende Umlenkelement (36) an dieser oberen Wand (38) so angebracht ist, daß die offene Seite im wesentlichen eben zur Oberfläche der oberen Wand (38) ausgerichtet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, enthaltend eine Keramikplatte (44), die quer über jeder offenen Fläche liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Lage jeder Antenne (34) relativ zum entsprechenden reflektierenden Umlenkelement (36) verändert und dadurch das Muster eingestellt werden kann.