EP2828363A1 - Pyrolysevorrichtung und -verfahren - Google Patents

Pyrolysevorrichtung und -verfahren

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EP2828363A1
EP2828363A1 EP13710380.0A EP13710380A EP2828363A1 EP 2828363 A1 EP2828363 A1 EP 2828363A1 EP 13710380 A EP13710380 A EP 13710380A EP 2828363 A1 EP2828363 A1 EP 2828363A1
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EP
European Patent Office
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pyrolysis
reaction chamber
process material
gas
entry
Prior art date
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EP13710380.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2828363B1 (de
Inventor
Horst Müller
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Original Assignee
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Publication date
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Publication of EP2828363A1 publication Critical patent/EP2828363A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2828363B1 publication Critical patent/EP2828363B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/14—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot liquids, e.g. molten metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]

Definitions

  • the present invention relates to a pyrolysis device, comprising a reaction chamber, a process material entry device into the reaction chamber and a product discharge, wherein the
  • Reaction chamber containing a molten metal under operating conditions and wherein the entry device process material in the operating conditions contained in the reaction chamber molten metal is almost entering the absence of air.
  • the pyrolytic transformation proceeds through different and complex chemical reactions, which are not all clarified in detail.
  • Wood vinegar is a mixture of water, phenols, creosote, acetic acid, methanol, acetone, propionic acid, methyl acetate and other compounds.
  • the resulting tars are particularly disadvantageous for the known pyrolysis devices, since tars condense at temperatures below about 200 ° C and enforce piping, or
  • Operating state contains a tin bath, is passed through the exclusion of air by means of a screw conveyor dried wood.
  • the entry takes place so that the pyrolysis is entered under the surface of the tin bath in the same, so that it must penetrate the tin bath.
  • the exclusion of air causes a high calorific value of the product gas, since no inert nitrogen can dilute in high volumes.
  • Tin has the advantage of a very large temperature range in which it can exist in the liquid phase: In the phase diagram, this range extends from the low melting point at 232 ° C to the high boiling point at 2,602 ° C. As a result, very different pyrolysis temperatures can be realized.
  • a further advantage is the very low vapor pressure in this area, so that tin can hardly be entrained from the melt via the product gas and can escape from the reaction chamber.
  • This prior art thus achieved relatively long contact times between pyrolysis and tin bath and thus a tarerarmes, high calorific value
  • a disadvantage of this prior art is the requirement of a feed screw penetrating the reaction chamber for the material to be introduced into the tin bath or under the surface of the tin bath.
  • Transition region is located to a re-rising reaction tube.
  • the ascending reaction tube contains an air-sealed lead bath through which the pyrolysis is to pass in ascending order due to its lower density. Both tubes are arranged so that the Bleibad can not rise to the piston, if no pyrolysis product is conveyed.
  • a disadvantage of this prior art is the cumbersome and unsafe Pyrolysegutzubow.
  • a device for the pyrolytic degradation of industrial or household waste in which they are immersed in a molten metal in a reaction vessel, in particular pig iron, continuously, for which purpose a dip tube is used.
  • the waste entry into the dip tube by means of a laterally arranged at this above the reaction chamber screw conveyor, wherein between the screw end and dip tube a shut-off device is provided in the form of a ball check valve, which is traversed by the waste.
  • a movable piston In the dip tube, a movable piston
  • Entry device at least one near the ground of the
  • Reaction chamber has open ended dip tube, the
  • Immersion tube in the region of the reaction chamber has no moving parts.
  • carbonaceous material such as wood, wood-based materials, Straw, by-products and residues of agriculture and forestry as well as the wood-processing craft, but also plastics, car tires, electronic waste, sewage sludge or river excavation (silt) with
  • the entry device has at least one in the near-bottom region of the reaction chamber endendendes immersion tube, which ends under operating conditions in the molten metal and through which the Prozeßguteintrag is successful, wherein the dip tube has no moving parts in the region of the reaction chamber.
  • the invention means any hollow body which leads below the surface of the metal bath contained in the operating state in the reaction chamber. Due to the low-level introduction of the process material particularly long contact times between the pyrolysis and the metal bath are made possible, so that results in correspondingly high conversion rates of the process material. A particularly long service life of the device is made possible by the immersion tube having no moving parts in the region of the reaction chamber. A simple, existing example of a ceramic dip tube is sufficient to enter the process material.
  • Entry device a metering device for dosing the
  • a metering device By means of the metering device according to the invention, only the desired amount of process material is metered finely dosed into the dip tube, whereby particularly stable operating conditions can be achieved.
  • a metering device could for example be a screw, a membrane, a folding device or the like, but according to the invention it is preferably a rotary valve with sufficiently large Zellkompartimenten or a Kollerrad with or without Ringmatrize, as it is known from Pelletiermaschienen. Generally, rotary, compartmented feeders are preferred.
  • the invention is also to provide the rotor of the rotary valve with a cutting edge, so as to avoid blocking of the possibly coarse-grained process material.
  • the supply of process material is either perpendicular to the axis of rotation of the rotor or tangential thereto. In the latter case, the process material is pushed back by the scraper or the cutting edge of the rotor blade something in the inlet to prevent jamming of the clippings between feeder and housing advantageous. It is also conceivable
  • shut-off device advantageously also ensures that process material is provided with volume buffering, which improves the uniform operation of the device, since there is always sufficient input material. Due to the buffering and type of entry, it is simultaneously prevented that an excess of process material can reach the metering device and block it. If the metering device already ensures sufficient gastightness, the shut-off device according to the invention can be dispensed with. This further simplifies the design effort. Gas-tightness is understood according to the invention to mean a tightness which is sufficient to maintain the required operating pressure in the immersion tube. Absolute gas tightness is not required, though desirable, as it inter alia
  • the process material in a supply line to the dip tube is compressed propfartig.
  • About the density and the length of the gudgeon gas tightness is thus achieved with advantage even at different dip tube side gas pressures.
  • Separate check valves, bellows seals or pinch valves can be omitted as well as their controls, drives and the like design features more.
  • the invention further provides that the
  • Effective direction of the removal device is directed and wherein a sensor is arranged in the conveying direction in front of the screw conveyor.
  • This arrangement of only three robust components results in a particularly well-working metering device.
  • the driven auger promotes that
  • the type of screw conveyor is the invention first nachranging, the expert will choose among other things speed, inner and outer diameter, pitch and flight depth and wave number accordingly and adjust the degree of filling of the screw. The promotion takes place against the resistance of the
  • both the graft length and the graft density can be adapted to the pressure prevailing in the dip tube gas pressure. If the gas tightness of the Prozeßgutpropfes too low, gas will penetrate from the reaction chamber and pass to the sensor, which measures the sake of simplicity, for example, only a typical gas component, such as CO or CO 2 . An exact quantification is not mandatory, the determination of the presence of CO or CO 2 would be sufficient. If the sensor measures a gas passage, either the removal rate is reduced or the delivery rate is increased or a mixture of the two is used.
  • the device has for this purpose a corresponding control with data and active lines, wherein the controller
  • the removal device is designed as a milling cutter and in particular the worm shaft of the screw conveyor is penetrating.
  • Such an arrangement requires only one drive for the rotation of the milling cutter and one for its axial movement along the conveying direction, or the worm shaft.
  • all drives, including those of the screw conveyor can advantageously be arranged spatially as far away as possible from the reaction chamber at the same location and thus particularly easy to maintain.
  • Reaction chamber is designed to be tempered, in particular has a heating device and / or a thermal insulation. This is needed to keep the metal bath at its working temperature, to reach it or another, especially higher,
  • the device is able to drive temperature programs.
  • the product discharge has a product gas aftertreatment device, in particular one or more dust collectors, gas coolers, condensate separators and / or chemical gas purification, it is advantageously ensured on the one hand that only highly pure product gas leaves the device according to the invention, and on the other hand
  • Biomass is used.
  • the process task becomes pyrolysis in a process
  • the product gas obtained is processed and recycled, in particular a hydrogen-producing catalytic water gas shift reaction
  • Fig. 1 shows a schematic sketch of the device according to the invention
  • Fig. 2 shows a detail in the region of the dip tube
  • Fig. 3 shows a detail of the metering device in another embodiment.
  • 1 shows a pyrolysis device 1 according to the invention. This can be on the product gas side with smaller combined heat and power plants in the
  • Kept in stock for example wood, wood pellets,
  • the process of the invention results in such process material that the metals contained in it dissolve in the tin bath, from which they are recovered.
  • the recovery of a fuel gas is in this case subordinate, the purpose of the device changes accordingly.
  • Such pyrolysis are plastics, more or less processed electronic waste or the like. from
  • Pyrolysegutvorrats employer 17 passes the pyrolysis over pipelines to the entry device 3. This consists in this embodiment of the invention of a downpipe which in the direction of the pipe to
  • Pyrolysegutvorrats employer 17 is completed gas-tight. This gas-tight closure is achieved here by two spaced-apart in the feed direction pneumatic Schlauchquetschventile 18, 19, which define a buffer 20 for pyrolysis between them. The pyrolysis reaches after the second
  • the dip tube 6 takes the pyrolysis in portions in compartments or pockets and transfers it by rotation about an example orthogonal to the conveying direction oriented axis of rotation in the dip tube 6.
  • the dip tube 6 is described in Fig. 2 in more detail. It ends in the region of the bottom surface 21 of the reaction chamber 2 with an outlet surface oriented approximately parallel to the bottom surface 21.
  • the reaction chamber 2 has a Heat insulation 10 and a heater 9 on, both are only sketched on one side.
  • the heating device 9 can also be arranged inside the reaction chamber 2, be integrated in the walls thereof or be on the outer wall side, as outlined.
  • the type of heater 9 is only relevant insofar as it must generate temperatures of at least 800 ° C in the reaction chamber 2 and must be able to ensure lasting.
  • Operating temperature of the reaction chamber 2 may according to the invention, however, also 900 ° C or significantly higher. That from the
  • Heating gas liberated from pyrolysis gas collects in a gas space above the tin melt, from where it can be removed actively or passively.
  • This gas space is completely filled by fuel gas, it contains no air fractions. This ensures a high calorific value of the generated heating gas.
  • Above the surface of the tin bath in the area of the lid surface 22 of the reaction space 2 is a
  • Product gas discharge 4 arranged. This is a maximum distance from the exit surface of the dip tube and the entrance surface of the
  • the product gas discharge 4 has several components. Pipe sections lead from the reaction chamber to a dust collector 12. This serves to separate entrained coke and to reduce the dust load of the product gas. In this also a condensate 14 may be arranged. Depending on the pyrolysis, it may be necessary to provide a chemical gas cleaning 15, for example, to deposit sulfur and sulfur compounds, chlorine and chlorine compounds or nitrogen. This will always be the case when "difficult" biomass such as straw or the like is used, and if necessary, a gas cooler 13 may be provided thermal and material recycling. Since the product gas is highly CO-containing, it can be suitably robust
  • Catalysts CO 2 and H 2 are generated. It is particularly advantageous that moist biomass according to the invention can be used, which can provide the water required for this reaction. With great advantage, a drying step of the biomass before pyrolysis can be omitted. This improves the energetic
  • This dip tube 6 protrudes more or less perpendicularly from above into the cylindrical reaction space 2 and ends slightly above its bottom surface 21.
  • This dip tube 6 may be part of the reaction chamber 2 or a separate, inserted into it component. In any case, its functionality assigns it a membership in the entry device 3.
  • a cooling is provided in addition to an optionally existing seal, so that its heat does not impart the above arranged components such as the metering device 7 or the pinch valves 18, 19.
  • the dip tube 6 ends in the operating state of the device well below the surface of the metal bath. It contains no mechanical parts and can consist of a temperature-resistant ceramic.
  • the bottom end of the dip tube 6 may be simply cylindrical or have a widened, for example bell-like widened edge. This may possibly also be provided with a sieve-like perforated pipe wall in an end-side section.
  • the invention is especially important that the end of the dip tube 6 ends well below the surface of the tin bath, so that the process material must pass through the entire metal bath. According to the invention, more than one can also be used per reaction space 2
  • Immersion tube 6 may be provided, for example, two or three, to allow a more homogeneous entry.
  • a vertically as possible vertically extending dip tube 6 is preferred, since in this the process material gravity-driven free from the metering device 7 on the
  • Tin surface can fall. It is also according to the invention, when the passage area of the dip tube 6 and the bottom surface of the
  • Reaction space 2 include an angle between them and are not parallel to each other. Such an angle results, for example, in a skewed arrangement of the pipe, or an L- or U-shaped bent pipe end. Regardless of how the final geometry of the dip tube 6 looks, it must be ensured that no
  • Process material layer can build up on the tin surface
  • trailing material is blocked and interrupts the gasification and pyrolysis process through voids formation.
  • FIG. 3 again shows schematically and not to scale a particularly preferred embodiment of the entry device 3.
  • Reaction chamber 2 dip tube 6, tin bath, gas discharge and process material within the reaction chamber are as in the previous figures and only schematically indicated.
  • the dip tube 6 kinks at its upper end in approximately horizontal and goes into the actual metering device.
  • This has a schematic hopper, which symbolizes any kind of supply of process material 4.
  • a sensor 25 is arranged, the data and is effectively connected to a system control, not shown.
  • the sensor is arranged so that it can measure from the device leaking gas, such as C0 2 , undisturbed by outside air.
  • the process material 4 trickles or falls into one or is transported to a screw conveyor 23, which in turn has a hollow screw shaft.
  • Conveying screw 23 promotes towards the dip tube 6.
  • the Drives for screw conveyor and removal device 24 are not shown.
  • the worm shaft is through a wave of
  • Abtragsvorraum 24 passes through, here a router.
  • the cutter is axially displaceable and rotationally driven. Without drive, it forms a resistance to the conveyed in his direction process material 4 that forms a press cake or plug 26 before him.
  • process material 4 that forms a press cake or plug 26 before him.
  • Fig. 3 also shows a second heater assembly 9 according to the invention, namely three at the same angular distance from each other and concentrically arranged around the dip tube 6 and spatially fixed at their ends
  • Heating tubes that are running in the middle of the melt in the operating state, so that this turbulent melt is heated particularly effectively.
  • These heating tubes are preferably made of the same material as the dip tube 6 and may for example be electrically or heated gas.
  • the inventive method operates at very high operating temperatures, so that there is virtually no formation of tars.
  • the tar formation rate is below 10 g / Nm 3 .
  • Hot spots or short circuit currents are avoided as well as the need for thermal and metallurgical
  • the device according to the invention and the method are easy to automate and user-friendly.
  • the tin used has only a vapor pressure of 1 * 10 "4 mbar at an operating temperature of 900 ° C, so that it is extremely suitable and has a long service life
  • exemplary pyrolysis was as pyrolysis bovine manure
  • Reaction chamber runs wherein the required water is introduced by wet biomass. With great advantage can therefore be omitted in the apparatus according to the invention, a drying step.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pyrolysevorrichtung (1) aufweisend eine Reaktionskammer (2), eine mit der Reaktionskammer (2) verbundene Eintragsvorrichtung (3) für Prozeßgut (4) und eine mit der Reaktionskammer (2) verbundene Produktableitung (5), wobei die Reaktionskammer (2) unter Betriebsbedingungen eine Metallschmelze enthaltend ist, wobei die Eintragsvorrichtung (3) Prozeßgut (4) in die unter Betriebsbedingungen in der Reaktionskammer (2) enthaltene Metallschmelze annähernd unter Luftausschluß eintragend ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintragsvorrichtung (3) mindestens ein im bodennahen Bereich der Reaktionskammer (2) offen endendes Tauchrohr (6) aufweist, wobei das Tauchrohr (6) im Bereich der Reaktionskammer (2) keine beweglichen Teile aufweist. Sie betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.

Description

Pyrolysevorrichtung und -verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pyrolysevorrichtung, aufweisend eine Reaktionskammer, eine Eintragsvorrichtung für Prozeßgut in die Reaktionskammer und eine Produktableitung, wobei die
Reaktionskammer unter Betriebsbedingungen eine Metallschmelze enthaltend ist und wobei die Eintragsvorrichtung Prozeßgut in die unter Betriebsbedingungen in der Reaktionskammer enthaltene Metallschmelze annähernd unter Luftausschluß eintragend ist.
Es ist bekannt, mittels Pyrolyse aus höhermolekularem Prozeßgut niedermolekulare Produkte zu gewinnen, beispielsweise aus Holz
Heizgase zu erzeugen. Ebenfalls bekannt ist, aus höhermolekularem Prozeßgut wie Altreifen, Kunststoffen oder der gleichen flüssige
Kohlenwasserstoffe wie Öle zu gewinnen.
Die pyrolytische Umwandlung läuft dabei über unterschiedliche und komplexe chemische Reaktionen ab, die im Einzelnen nicht alle aufgeklärt sind. Beispielsweise entstehen aus Holz, das Zellulose, Lignin,
Hemicellulose, Fette, Stärke, Zucker, Eiweiße, Phenole, Wachse, Pektine, Gerbstoffe, Sterine, Harze, Terpene und Mineralstoffe enthält, bei klassischen Holzvergasungsvorrichtungen Holzgas, Holzkohle,
hochmolekulare aromatische Kohlenwasserstoffe wie Teere und
Holzessig. Letzterer ist ein Gemisch aus Wasser, Phenolen, Kreosot, Essigsäure, Methanol, Aceton, Propionsäure, Methylacetat und weiteren Verbindungen. Die entstehenden Teere sind besonders nachteilig für die bekannten Pyrolysevorrichtungen, da Teere bei Temperaturen unterhalb von etwa 200 °C auskondensieren und Rohrleitungen zusetzen, bzw.
Oberflächen von Ventilsitzen, Lagern und dergleichen belegen und so zu Betriebsstörungen führen. Vorrichtungen und Verfahren zur teerarmen Erzeugung von Produkten sind daher seit langem ein Ziel der Entwicklung.
Aus der DE 10 2005 053 526 A1 ist eine bei hohen Temperaturen annähernd luftfrei arbeitende Pyrolysevorrichtung bekannt, die im
Betriebszustand ein Zinnbad enthält, durch das unter Luftausschluß mittels einer Förderschnecke getrocknetes Holz geführt wird. Der Eintrag erfolgt dabei so, daß das Pyrolysegut unter die Oberfläche des Zinnbades in dasselbe eingetragen wird, so daß es das Zinnbad durchdringen muß. Der Luftausschluß bewirkt einen hohen Brennwert des Produktgases, da kein inerter Stickstoff in hohen Volumenanteilen verdünnend wirken kann. Zinn hat den Vorteil eines sehr großen Temperaturbereiches, in dem es in flüssiger Phase existieren kann: Im Phasendiagramm reicht dieser Bereich vom niedrigen Schmelzpunkt bei 232°C bis zum hohen Siedepunkt bei 2.602 °C. Hierdurch können ganz unterschiedliche Pyrolysetemperaturen realisiert werden. Vorteilhaft ist weiterhin der in diesem Bereich sehr geringe Dampfdruck, so daß kaum Zinn aus der Schmelze über das Produktgas mitgerissen und aus der Reaktionskammer entweichen kann. Dieser Stand der Technik erreicht so relativ lange Kontaktzeiten zwischen Pyrolysegut und Zinnbad und somit ein teerarmes, heizwertreiches
Produktgas. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist das Erfordernis einer die Reaktionskammer durchdringenden Förderschnecke für den Materialeintrag in das Zinnbad, bzw. unter die Oberfläche des Zinnbades.
Aus der US 5,085,738 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei dem geschredderte Altreifen mittels eines Kolbens in ein absteigendes Rohr gepresst werden, an dessen unterem Ende sich ein
Übergangsbereich zu einem wieder aufsteigenden Reaktionsrohr befindet. Das aufsteigende Reaktionsrohr enthält ein luftabgeschlossenes Bleibad, durch das das Pyrolysegut aufgrund seiner geringeren Dichte aufsteigend hindurchtreten soll. Beide Rohre sind dabei so angeordnet, daß das Bleibad nicht bis zum Kolben ansteigen kann, wenn kein Pyrolysegut eingefördert wird. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die umständliche und unsichere Pyrolysegutzufuhr.
Aus der DE 2 304 369 ist eine Vorrichtung zum pyrolytischen Abbau von Industrie- oder Haushaltsmüll bekannt, bei dem diese in eine in einem Reaktionsgefäß befindliche Metallschmelze, insbesondere Roheisen, kontinuierlich eingetaucht werden, wozu ein Tauchrohr verwendet wird. Der Abfalleintrag in das Tauchrohr erfolgt mittels eines seitlich an diesem oberhalb der Reaktionskammer angeordneten Schneckenförderers, wobei zwischen Schneckenende und Tauchrohr ein Absperrorgan in Form eines Kugelrückschlagventils vorgesehen ist, welches von dem Abfall durchwandert wird. Im Tauchrohr kann ein beweglicher Kolben
vorgesehen sein, der den eingeförderten Müll in die Schmelze drückt. Die Gasentnahme erfolgt sowohl oberhalb der Schmelze als auch durch Schlitze im Tauchrohr oberhalb des Reaktionsgefäßes. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die umständliche und unsichere
Pyrolysegutzufuhr.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Pyrolysevorrichtung anzugeben, mit der konstruktiv unaufwendig und betriebssicher ein Heizgas hohen Brennwertes erzeugbar ist. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
Die Vorrichtungsaufgabe wird dadurch gelöst, dass die
Eintragsvorrichtung mindestens ein im bodennahen Bereich der
Reaktionskammer offen endendes Tauchrohr aufweist, wobei das
Tauchrohr im Bereich der Reaktionskammer keine beweglichen Teile aufweist.
Zunächst einmal versteht die Erfindung unter Prozeßgut
kohlenstoffhaltiges Material, wie unter anderem Holz, Holzwerkstoffe, Stroh, Neben- und Reststoffe der Land- und Forstwirtschaft sowie des holzverarbeitenden Handwerks, aber auch Kunststoffe, Autoreifen, Elektronikschrott, Klärschlamm oder Flußaushub (Schlick) mit
entsprechend hohem Organikanteil. Die Erfindung versteht unter
Metallschmelze alle Metallschmelzen, die in einem Bereich flüssig sind, der oberhalb der Teerbildungstemperatur liegt. Ganz besonders versteht sie eine Zinnschmelze darunter. Metallisches Zinn ist auch in größeren Mengen an sich ungiftig, die Giftwirkung einfacher Zinnverbindungen und Zinnsalze ist gering, so daß es ein sehr betriebssicheres Metall darstellt. Durch den weitestgehenden Luftausschluß ist sichergestellt, daß unverdünntes Produktgas erzeugt wird, das einen entsprechend hohen Heizwert aufweist. Mit besonderem Vorteil schlägt die Erfindung vor, dass die Eintragsvorrichtung mindestens ein im bodennahen Bereich der Reaktionskammer offenendendes Tauchrohr aufweist, welches unter Betriebsbedingungen in der Metallschmelze endet und durch das der Prozeßguteintrag erfolgend ist, wobei das Tauchrohr im Bereich der Reaktionskammer keine beweglichen Teile aufweist. Unter Tauchrohr versteht die Erfindung jeglichen Hohlkörper, der unter die Oberfläche des im Betriebszustand in der Reaktionskammer enthaltenen Metallbades führt. Durch die bodennahe Einbringung des Prozeßgutes werden besonders lange Kontaktzeiten zwischen dem Pyrolysegut und dem Metallbad ermöglicht, so dass sich entsprechend hohe Umsatzraten des Prozeßgutes ergeben. Eine besonders lange Standzeit der Vorrichtung wird ermöglicht, indem das Tauchrohr im Bereich der Reaktionskammer keine beweglichen Teile aufweist. Ein einfaches, beispielsweise aus einer Keramik bestehendes, Tauchrohr ist ausreichend, um das Prozeßgut einzutragen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn der Prozeßguteintrag
schwerkraftgetrieben erfolgend ist. In diesem Fall sind keine Schnecken, Kolben oder dergleichen erforderlich, die Schwerkraft wirkt stets zuverlässig. Da auf die Bereitstellung von Einförderkräften und - Vorrichtungen innerhalb der Reaktionskammer verzichtet werden kann, ist der apparative Aufbau weiter vereinfacht, es müssen keine Hydrauliken, Druckluftleitungen, motorische Antriebe oder dergleichen vorgesehen sein, Schutzmaßnahmen für diese Teile können daher ebenfalls entfallen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Eintragsvorrichtung eine Dosiervorrichtung zur Dosierung des
Prozeßgutes in das Tauchrohr aufweist. Mittels der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung wird nur die gewünschte Menge Prozeßgut fein dosiert in das Tauchrohr gefördert, wodurch besonders stabile Betriebszustände erreicht werden. Eine solche Dosiervorrichtung könnte beispielsweise eine Schnecke, eine Membran, eine Klappvorrichtung oder dergleichen sein, jedoch ist sie erfindungsgemäß bevorzugt eine Zellenradschleuse mit ausreichend großen Zellkompartimenten oder ein Kollerrad mit oder ohne Ringmatrize, wie es aus Pelletiermaschienen bekannt ist. Allgemein sind drehende, Kompartimente aufweisende Einfördervorrichtungen bevorzugt. Erfindungsgemäß ist ebenfalls, den Rotor der Zellenradschleuse mit einer Schneidkante zu versehen, um so ein Blockieren des ggf. grobkörnigen Prozeßgutes zu vermeiden. Einlaufseitig wird die Prozeßgutzufuhr dabei entweder senkrecht zur Drehachse des Rotors oder tangential dazu erfolgen. Im letzteren Fall wird das Prozeßgut von dem Abstreifer beziehungsweise der Schneidkante des Rotorflügels etwas in den Einlauf zurückgedrängt, um ein Verklemmen des Schnittgutes zwischen Zellenrad und Gehäuse vorteilhaft zu verhindern. Denkbar ist auch die
Ausgestaltung der Dosiervorrichtung als Fräserkopf.
Weist die Eintragsvorrichtung eine gasdicht schließende
Absperrvorrichtung, insbesondere ein oder mehrere
Schlauchquetschventile auf, so ist mit großem Vorteil sichergestellt, dass in der Reaktionskammer aufgebauter Druck nicht über die Dosiervorrichtung in die Eintragsvorrichtung entspannen kann. Diese Absperrvorrichtung stellt mit Vorteil auch sicher, dass Prozeßgut volumengepuffert zur Verfügung gestellt wird, was den gleichmäßigen Betrieb der Vorrichtung verbessert, da stets ausreichend Eintragsgut vorliegt. Durch die Pufferung und Art des Eintrages wird gleichzeitig verhindert, dass ein Übermaß an Prozeßgut auf die Dosiervorrichtung gelangen und diese blockieren kann. Sollte bereits die Dosiervorrichtung ausreichende Gasdichtheit gewährleisten, kann erfindungsgemäß die Absperrvorrichtung entfallen. Dies vereinfacht den konstruktiven Aufwand weiter. Unter Gasdichtheit wird erfindungsgemäß dabei eine Dichtheit verstanden, die ausreichend ist, um den erforderlichen Betriebsdruck in dem Tauchrohr aufrechtzuerhalten. Absolute Gasdichtheit ist nicht erforderlich, wenn auch wünschenswert, da sie unter anderem
Produktverluste vermeidet. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, wonach das Prozeßgut selbst die Absperrvorrichtung bildend ist, da hierdurch besonders wenige Bauteile im Zufuhrweg angeordnet sein müssen. Dies ist
erfindungsgemäß möglich, indem das Prozeßgut in einer Zufuhrleitung zum Tauchrohr propfartig verdichtet ist. Über die Dichte und über die Länge des Propfes wird so mit Vorteil auch bei unterschiedlichen tauchrohrseitigen Gasdrücken eine Gasdichtheit erreicht. Gesonderte Rückschlagventile, Balgdichtungen oder Schlauchquetschventile können ebenso entfallen, wie deren Steuerungen, Antriebe und dergleichen Konstruktionsmerkmale mehr. Durch diese Maßnahme ermöglicht die Erfindung eine besonders robuste und störungsfrei arbeitende
Dosiervorrichtung. Mit Vorteil kann so auch die Pelletierung des
Prozeßgutes vor dessen Einsatz entfallen.
Hierzu ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, dass die
Dosiervorrichtung eine Förderschnecke und eine Abtragsvorrichtung aufweist, wobei die Förderrichtung der Förderschnecke gegen die
Wirkrichtung der Abtragsvorrichtung gerichtet ist und wobei ein Sensor in Förderrichtung vor der Förderschnecke angeordnet ist. Diese Anordnung von nur drei robusten Bauteilen ergibt eine besonders gut arbeitende Dosiervorrichtung. Die angetriebene Förderschnecke fördert das
Prozeßgut in Richtung des Tauchrohres. Sie kann es dabei
erfindungsgemäß nicht nur fördern sondern auch zerkleinern und/oder verdichten, falls dies prozeßgutbedingt gewünscht oder benötigt ist.
Erfindungsgemäß wäre ebenfalls, die Förderschnecke in einem separaten Flanschabschnitt anzuordnen, so daß diese bei wechselndem Prozeßgut gegen eine an das neue Prozeßgut besser angepasste einfach
ausgetauscht werden kann. Die Art des Schneckenförderes ist der Erfindung zunächst nachranging, der Fachmann wird unter anderem Drehzahl, Innen- und Außendurchmesser, Steigung und Gangtiefe sowie Wellenzahl entsprechend wählen und den Füllgrad der Schnecke anpassen. Die Förderung erfolgt gegen den Widerstand der
Abtragsvorrichtung, die ihrerseits entgegen der Förderrichtung des Prozeßgutes wirkt. Durch die entgegengesetzte Wirkrichtung der beiden Bauteile kann sowohl die Pfropflänge als auch die Propfdichte dem im Tauchrohr herrschenden Gasdruck angepaßt werden. Ist die Gasdichtheit des Prozeßgutpropfes zu gering, wird Gas aus der Reaktionskammer hindurch dringen und zum Sensor gelangen, der der Einfachheit halber beispielsweise nur eine typische Gaskomponente misst, beispielsweise CO oder CO2. Eine exakte Quantifizierung ist nicht zwingend erforderlich, die Bestimmung der Anwesenheit von CO oder CO2 wäre ausreichend. Misst der Sensor einen Gasdurchtritt, wird entweder die Abtragsleistung verringert oder die Förderleistung erhöht oder eine Mischung aus beidem angewandt. Die Vorrichtung verfügt hierzu über eine entsprechende Steuerung mit Daten- und Wirkleitungen, wobei die Steuerung
entsprechend automatisiert sein kann. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Abtragsvorrichtung als Fräser ausgebildet ist und insbesondere die Schneckenwelle der Förderschnecke durchsetzend ist. Eine solche Anordnung benötigt lediglich einen Antrieb für die Rotation des Fräsers und einen für dessen Axialbewegung entlang der Förderrichtung, bzw. der Schneckenwelle. Damit können mit Vorteil alle Antriebe, also auch der der Förderschnecke, räumlich möglichst entfernt von der Reaktionskammer am selben Ort und somit besonders wartungsfreundlich angeordnet sein. Durch das Durchsetzen der
Antriebswelle des Fräsers baut diese Vorrichtung kurz und ist im Block zu Wartungszwecken entnehmbar.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Reaktionskammer temperierbar ausgebildet ist, insbesondere eine Heizvorrichtung und/oder eine Wärmeisolierung aufweist. Diese wird benötigt, um das Metallbad auf seine Arbeitstemperatur zu halten, diese zu erreichen beziehungsweise eine andere, insbesondere höhere,
Arbeitstemperatur zu erreichen und zu halten. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung in der Lage, Temperaturprogramme zu fahren.
Weist die Produktableitung eine Produktgasnachbehandlungsvorrichtung auf, insbesondere eine oder mehrere Staubabscheider, Gaskühler, Kondensatabscheider und/oder eine chemische Gasreinigung, ist zum einen mit Vorteil sichergestellt, dass nur hochreines Produktgas die erfindungsgemäße Vorrichtung verläßt, und zum anderen ist
sichergestellt, dass feste Produkte abgeschieden und zur weiteren Verwertung zur Verfügung gestellt werden können. Eine chemische Gasreinigung wird immer dann gewünscht sein, wenn problematisches Prozeßgut, insbesondere stark schwefelhaltige oder chlorhaltige
Biomasse eingesetzt wird. Die Verfahrensaufgabe wird bei einem Verfahren zu Pyrolyse
kohlenstoffhaltigen Pyrolysegutes, bei dem in einer Reaktionskammer ein Metallbad unter Luftabschluss gehalten wird, dadurch gelöst, dass das Prozeßgut kontinuierlich in das Metallbad unter dessen Oberfläche eingetragen wird und dabei der Eintrag ohne Einsatz beweglicher Teile im Bereich des Metallbades erfolgt und bei dem das Prozeßgut vom Ort der Pyrolyse durch das Metallbad hindurchtritt, um zu einer Produktableitung zu gelangen. Die Vorteile dieses Verfahrens wurden bereits vorstehend bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschildert. In Ausgestaltung dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass der Eintrag des Prozeßgutes in das Zinnbad mittels Schwerkraft erfolgt und/oder die Pyrolyseguteintragsrate im Gleichgewicht mit der Pyrolyserate des
Pyrolysegutes ist und/oder bei dem das Metallbad Siedesteinchen aufweist, insbesondere silikatische Siedesteinchen, bevorzugt
Quarzsiedesteinchen. Insbesondere die letzte Maßnahme stellt sicher, dass keine größeren Gasblasen entstehen, die eruptionsartig die
Oberfläche des Zinnbades durchstoßen und Zinntröpfchen mit sich reißen könnten.
In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das erhaltene Produktgas aufbereitet und stofflich verwertet wird, insbesondere einer wasserstofferzeugenden katalytischen Wassergas-Shiftreaktion
unterworfen wird. Neben der zuvor erwähnten thermischen Verwertung des Produktgases in BHKW oder dergleichen ist hier mit großem Vorteil auch eine stoffliche Verwertung möglich. Dies liegt daran, dass hochreines Produktgas praktisch staubfrei erzeugt wird. Zudem kann auch feuchte Biomasse oder feuchtes Pyrolysegut eingesetzt werden, so daß die zur Durchführung der Shift-Reaktion erforderliche Wassermenge bereits im System vorliegt. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, im
Bedarfsfall zusätzlich Wasser einzudosieren. Je nach Feuchtigkeit der eingesetzten Biomasse kann diese Wassergas-Shiftreaktion auch bereits mindestens teilweise in der Reaktionskammer ablaufen, insbesondere an Koksrückständen, die an der Oberfläche des Zinnbades in glühendem Zustand vorliegen. Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 zeigt eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 ein Detail im Bereich des Tauchrohres und
Fig. 3 ein Detail der Dosiervorrichtung in anderer Ausführungsform. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pyrolysevorrichtung 1 . Diese kann produktgasseitig mit kleineren Blockheizkraftwerken in der
Größenordnung von 10 bis 50 kWei verbunden sein, die das in der Pyrolysevorrichtung 1 erzeugte Heizgas verbrennen. Sie kann
erfindungsgemäß auch mit anderen Aggregaten zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung verbunden sein, beispielsweise Mikrogasturbinen, Brennstoffzellen oder Stirlingmotoren. Produkteintragsseitig ist die
Pyrolysevorrichtung mit einem Pyrolysegutvorratsbehälter 17 verbunden ausgebildet, der in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. In diesem werden die zuvor genannten Pyrolyse- oder Prozeßgüter zur kontinuierlichen
Einforderung vorrätig gehalten, beispielsweise Holz, Holzpellets,
Holzwerkstoffe, Klärschlamm, oder allgemeiner Biomasse, insbesondere biologische Neben- und Reststoffe wie Stroh, Sonnenblumenspelzen, Energiepflanzenreste. Aufgrund der Größe der Anlage reicht eine
Kleinmengenbevorratung aus. Damit wird die erfindungsgemäße
Vorrichtung besonders interessant für die entstehungsnahe Entsorgung derartiger Biomasse, beispielsweise auf dem Betriebsgelände eines Sägewerkes, Zimmerei oder Schreinerei oder eines Garten- oder
Landschaftsbaubetriebes. Sollen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Metallwiedergewinnungsverfahren durchgeführt werden, ist der
Prozeßgut- oder Pyrolysegutvorratsbehälter 17 entsprechend
anzupassen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt bei einem solchen Prozeßgut dazu, daß sich die in ihm enthaltenen Metalle im Zinnbad lösen, aus dem sie wiedergewonnen werden. Die Gewinnung eines Heizgases ist in diesem Fall nachrangig, der Einsatzzweck der Vorrichtung ändert sich entsprechend. Derartiges Pyrolysegut sind Kunststoffe, mehr oder weniger aufbereiteter Elektronikschrott oder dergleichen. Vom
Pyrolysegutvorratsbehälter 17 gelangt das Pyrolysegut über Rohrleitungen zur Eintragsvorrichtung 3. Diese besteht bei dieser Ausführungsform der Erfindung aus einem Fallrohr, das in Richtung der Rohrleitung zum
Pyrolysegutvorratsbehälter 17 gasdicht abgeschlossen ist. Dieser gasdichte Abschluss wird hier durch zwei voneinander in Zufuhrrichtung beabstandet angeordnete pneumatische Schlauchquetschventile 18, 19 erreicht, die zwischen sich einen Zwischenspeicher 20 für Pyrolysegut definieren. Das Pyrolysegut gelangt nach dem zweiten
Schlauchquetschventil 19 auf eine Dosiervorrichtung 7. Diese nimmt das Pyrolysegut portionsweise in Kompartimente oder Taschen auf und überführt es durch eine Drehung um eine beispielsweise orthogonal zur Förderrichtung orientierte Drehachse in das Tauchrohr 6. Das Tauchrohr 6 wird in Fig. 2 näher beschrieben. Es endet im Bereich der Bodenfläche 21 der Reaktionskammer 2 mit einer in etwa parallel zur Bodenfläche 21 ausgerichteten Austrittsfläche. Die Reaktionskammer 2 weist eine Wärmeisolierung 10 und eine Heizvorrichtung 9 auf, beide sind nur einseitig skizziert. Die Heizvorrichtung 9 kann erfindungsgemäß auch im Inneren der Reaktionskammer 2 angeordnet sein, in dessen Wände integriert sein oder sich auf der äußeren Wandseite befinden, wie skizziert. Die Art der Heizvorrichtung 9 ist nur insofern von Belang, als das sie Temperaturen von mindestens 800 °C in der Reaktionskammer 2 erzeugen und dauerhaft gewährleisten können muß. Die
Betriebstemperatur der Reaktionskammer 2 kann erfindungsgemäß jedoch auch 900 °C oder deutlich darüber betragen. Das aus dem
Pyrolysegut freigesetzte Heizgas sammelt sich in einem Gasraum oberhalb der Zinnschmelze, von wo es aktiv oder passiv entnommen werden kann. Dieser Gasraum ist vollständig von Heizgas gefüllt, er enthält keinerlei Luftanteile. Dies gewährleistet einen hohen Brennwert des erzeugten Heizgases. Oberhalb der Oberfläche des Zinnbades im Bereich der Deckelfläche 22 des Reaktionsraumes 2 ist eine
Produktgasableitung 4 angeordnet. Damit ist ein maximaler Abstand von Austrittsfläche des Tauchrohres und Eintrittsfläche der
Produktgasableitung 4 gewährleistet, so daß das Prozeßgut das gesamte Zinnbad durchdringen muß, wodurch sehr lange Kontaktzeiten zur Metallschmelze erzeugt werden. Die Produktgasableitung 4 weist mehrere Bauteile auf. Rohrabschnitte führen von der Reaktionskammer zu einem Staubabscheider 12. Dieser dient dazu, mitgerissenen Koks abzuscheiden und die Staubbelastung des Produktgases zu reduzieren. In diesem kann auch ein Kondensatabscheider 14 angeordnet sein. Je nach Pyrolysegut kann es erforderlich werden, auch eine chemische Gasreinigung 15 vorzusehen, um beispielsweise Schwefel und Schwefelverbindungen, Chlor und Chlorverbindungen oder Stickstoff abzuscheiden. Dies wird immer dann der Fall sein, wenn„schwierige" Biomasse wie Stroh oder dergleichen eingesetzt werden. Falls erforderlich, kann ein Gaskühler 13 vorgesehen sein. Das so erzeugte Produktgas kann neben der thermischen auch einer stofflichen Verwertung unterzogen werden. Da das Produktgas stark CO-haltig ist, können über geeignete robuste
Katalysatoren CO2 und H2 erzeugt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, daß erfindungsgemäß auch feuchte Biomasse eingesetzt werden kann, die das für diese Reaktion benötigte Wasser zur Verfügung stellen kann. Mit großem Vorteil kann ein Trocknungsschritt der Biomasse vor der Pyrolyse unterbleiben. Dies verbessert die energetische
Gesamtbilanz der Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt ein Detail des Tauchrohres 6. Dieses ragt mehr oder weniger senkrecht von oben in den zylindrischen Reaktionsraum 2 hinein und endet etwas oberhalb von dessen Bodenfläche 21 . Dieses Tauchrohr 6 kann Bauteil des Reaktionsraumes 2 sein oder ein davon separates, in ihn eingesetztes Bauteil. In jedem Fall weist ihm seine Funktionalität eine Zugehörigkeit zur Eintragsvorrichtung 3 zu. Im Durchtrittsbereich des Tauchrohres 6 durch die Wandung des Reaktionsraumes 2 ist neben einer gegebenenfalls vorhandenen Dichtung auch eine Kühlung vorgesehen, damit sich dessen Wärme nicht den oberhalb angeordneten Bauteilen wie der Dosiervorrichtung 7 oder den Schlauchquetschventilen 18, 19 mitteilt. Das Tauchrohr 6 endet im Betriebszustand der Vorrichtung deutlich unterhalb der Oberfläche des Metallbades. Es enthält keine mechanischen Teile und kann aus einer temperaturbeständigen Keramik bestehen. Beim Anfahren der Vorrichtung ist es zunächst mit Metallschmelze bis zur Höhe des Metallbades gefüllt. Von der Dosiervorrichtung 7 eingefördertes kohlenstoffhaltiges Prozeßgut fällt schwerkraftgetrieben auf die Schmelze und wird dort zu Gasen und Koks pyrolysiert. Die entstehenden Gase erzeugen einen Druck im Tauchrohr 6, der mit der Zeit nach und nach das dort vorhandene flüssige Zinn in die Reaktionskammer 2 verdrängt. Bei dieser Ausführungsform ist es daher besonders wichtig, daß der sich aufbauende Gasdruck nicht oder nur in geringem Maße nach oben in die restliche Eintragsvorrichtung 3 entweichen kann. Die voneinander beabstandeten Schlauchquetschventile 18, 19 sorgen zusammen mit der Dosiervorrichtung 7 für das erforderliche Maß an Gasdichtheit, indem der Druck in Stufen nach oben absinkt, gleichsam nach Art einer
Schleusentreppe zur Überwindung eines großen Höhenunterschiedes. Ist der aufgebaute Gasdruck so hoch, daß das Tauchrohr 6 vollständig oder annähernd vollständig frei von flüssigem Zinn ist, führt weiteres Einfördern von Prozeßgut dazu, daß das Prozeßgut nunmehr schwerkraftgetrieben bis in den bodennahen Bereich des Tauchrohres 6 fällt und erst dort auf die Schmelze trifft. Das dann entstehende Gas tritt nach unten um den Rand des Tauchrohres 6 herum in das Metallbad ein und durch dieses hindurch. Gleiches gilt für den Feststoff, der in das Metallbad mitgerissen wird und durch dieses hindurchtreten muß. Auf diese Weise erzeugt die erfindungsgemäße Vorrichtung lange Kontaktzeiten, eine vollständige Umhüllung des Pyrolysegutes durch das Zinnbad und damit eine annähernd vollständige Pyrolyse und Entgasung des Prozeßgutes, das seinerseits vollständig in Koks, bzw. Koksstaub umgewandelt wird. Die Teilchengröße des Koks ist so gering, daß diese durch den aus der Reaktionskammer 2 austretenden Gasstrom mitgerissen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass es in der Reaktionskammer 2 nicht zu einer
Anreicherung an Koks kommt. Wie geschildert, ist es erfindungsgemäß äußerst vorteilhaft, wenn die Einförderungsrate des Prozeßgutes seiner Umsetzungsrate entspricht. In diesem Fall bildet sich ein leicht zu beherrschendes, stabiles, statisches System mit konstanten Umsätzen aus. Das bodenseitige Ende des Tauchrohres 6 kann einfach zylindrisch ausgebildet sein oder einen aufgeweiteten, beispielsweise glockenartig aufgeweiteten, Rand aufweisen. Dieser kann ggf. auch mit einer siebartig durchbrochenen Rohrwand in einem endseitigen Abschnitt versehen sein. Der Erfindung ist vor allem wichtig, daß das Ende des Tauchrohres 6 deutlich unterhalb der Oberfläche des Zinnbades endet, so daß das Prozeßgut durch das gesamte Metallbad hindurchtreten muß. Erfindungsgemäß können pro Reaktionsraum 2 auch mehr als ein
Tauchrohr 6 vorgesehen sein, beispielsweise zwei oder drei, um einen homogenere Eintrag zu ermöglichen. Ein möglichst genau vertikal verlaufendes Tauchrohr 6 ist bevorzugt, da bei diesem das Prozeßgut schwerkraftgetrieben frei von der Dosiervorrichtung 7 auf die
Zinnoberfläche fallen kann. Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, wenn die Durchtrittsfläche des Tauchrohres 6 und die Bodenfläche des
Reaktionsraumes 2 einen Winkel zwischen sich einschließen und nicht parallel zueinander sind. Ein solcher Winkel ergibt sich beispielsweise bei einer windschiefen Anordnung des Rohres, oder einen L- oder u-förmig gebogenem Rohrende. Unabhängig davon, wie die Endgeometrie des Tauchrohres 6 aussieht, muß sichergestellt sein, daß sich keine
Prozeßgutschicht auf der Zinnoberfläche aufbauen kann, die
nachfallendes Material blockiert und über Lunkerbildung den Vergasung- und Pyrolyseprozess unterbricht.
Fig. 3 zeigt wiederum schematisch und nicht maßstabsgetreu eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Eintragsvorrichtung 3.
Reaktionskammer 2, Tauchrohr 6, Zinnbad, Gasableitung und Prozeßgut innerhalb der Reaktionskammer sind wie in den vorherigen Figuren und nur schematisch angedeutet. Das Tauchrohr 6 knickt an seinem oberen Ende in etwa horizontal ab und geht in die eigentliche Dosiervorrichtung über. Diese weist einen schematischen Einfülltrichter auf, der eine irgendwie geartete Zufuhr an Prozeßgut 4 symbolisiert. In dessen Bereich ist ein Sensor 25 angeordnet, der Daten- und wirkmäßig mit einer nicht dargestellten Anlagensteuerung verbunden ist. Der Sensor ist so angeordnet, daß er aus der Vorrichtung austretendes Gas, beispielsweise C02, von Außenluft ungestört messen kann. Das Prozeßgut 4 rieselt oder fällt in eine oder wird zu einer Förderschnecke 23 transportiert, die ihrerseits wiederum eine hohle Schneckenwelle aufweist. Die
Förderschnecke 23 fördert in Richtung auf das Tauchrohr 6 zu. Die Antriebe für Förderschnecke und Abtragsvorrichtung 24 sind nicht dargestellt. Die Schneckenwelle ist durch eine Welle der
Abtragsvorrichtung 24 durchsetzt, hier einem Fräser. Der Fräser ist axial verschieblich und rotatorisch angetrieben ausgebildet. Ohne Antrieb bildet er einen Widerstand für das in seine Richtung geförderte Prozeßgut 4, daß vor ihm einen Presskuchen oder Pfropf 26 bildet. Je nach
Förderleistung der Förderschnecke 23 und der axialen Strecke zwischen Schneckenende und Fräser wird so ein Presskuchen unterschiedlicher Dichte und axialer Länge erzeugt. Hierdurch können unterschiedlichste Prozeßgüter 4 so verarbeitet werden, daß der Presskuchen 26 annähernd gasdicht ist und den Innenraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Außenwelt abdichtet. Der Prozeßguteintrag in die Schmelze wird erreicht, indem der Fräser 24 für eine bestimmte Zeit arbeitet. Er kann dabei zusätzlich auch einen axialen Weg in Richtung auf das
Förderschneckenende zurücklegen, um den Presskuchen 26 zu verkürzen. Durch Wahl von Fräsgeschwindigkeit, Fräsdauer, axialem Vorschub und Förderleistung der Förderschnecke 23 stehen dem
Bediener ausreichend Parameter zur Steuerung der Anlage zur
Verfügung. Durch die fräsende Abtragung des Prozeßgutes 4 vom
Presskuchen 26 wird gleichzeitig mit großem Vorteil eine Zerkleinerung und damit Oberflächenvergrößerung des Prozeßgutes 4 erreicht, was zu einer besonders ruhigen, gleichmäßigen und steten Vergasung führt. Fig. 3 zeigt auch eine erfindungsgemäße zweite Heizungsanordnung 9, nämlich drei im gleichen Winkelabstand zueinander und konzentrisch um das Tauchrohr 6 angeordnete und an ihren Enden räumlich fixierte
Heizrohre, die im Betriebszustand mitten durch die Schmelze verlaufend sind, so daß diese turbulente Schmelze besonders effektiv erhitzt wird. Diese Heizrohre sind vorzugsweise aus demselben Material wie das Tauchrohr 6 und können beispielsweise elektrisch- oder heizgasbetrieben sein. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren bei sehr hohen Arbeitstemperaturen, sodass es praktisch nicht zur Bildung von Teeren kommt. Die Teerbildungsrate liegt unterhalb von 10 g/Nm3. Der erfindungsgemäße Verzicht auf bewegte mechanische Teile im Bereich der Reaktionskammer 2 reduziert die technischen
Störquellen. Hotspots oder Kurzschlussströmungen werden genauso vermieden, wie die Notwendigkeit thermisch und metallurgisch
widerstandsfähiger Lager oder dergleichen. Auch kleinere Anlagengrößen können wirtschaftlich arbeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren sind einfach automatisierbar und bedienerfreundlich. Das eingesetzte Zinn hat bei einer Betriebstemperatur von 900 °C lediglich einen Dampfdruck von 1 *10"4 mbar, sodass es hervorragend geeignet ist und eine lange Standzeit aufweist. Feststoffe und Produktgas trennen sich sehr gut vom Zinn, es gibt kaum Gaslöslichkeiten. Bei einem
beispielhaften Pyrolysegang wurde als Pyrolysegut Rinderdung
eingesetzt, dies ergab die permanente Produktgaszusammensetzung (in Vol.-%):
Tabelle 1
Weiterhin wurden Holz, Stroh, Kirschkerne und Kunststoff als Pyrolysegut eingesetzt. In jedem Fall wurden sehr hohe Ausbeuten an Synthesegas (CO, H2) von ca. 68 bis 81 Vol.-% erreicht. Die Summe der brenntechnisch verwertbaren Gase liegt zwischen 83 und 91 Vol.-%. Einzelheiten sind der Tabelle 2 zu entnehmen, Angaben in Vol.-%:
Holz Holz Stroh Kirschkerne Kunststoff
(40% H2O) (16% H2O) H2 39 47 43 43 59
CO 30 34 32 32 6
CH4 1 1 7 7 1 1 25
CXHy 3 0 5 5 8
CO2 17 12 12 9 2
Tabelle 2
Mit großem Vorteil kann erfindungsgemäß eine Vortrocknung des
Prozeßgutes unterbleiben, selbst Wassergehalte von 40 Vol.-% sind unschädlich. Dies verbessert die energetische Gesamtbilanz des
Verfahrens und der Vorrichtung.
Generell werden sehr hohe Volumenanteile an Wasserstoff, Methan und CO erzielt. Es wurde eine Zinnkonzentration von 5,3*10"7 mg/Nm3 gemessen. Es konnte kein Teer erfasst werden, sodass die Verwertung des erfindungsgemäß erzeugten Produktgases in einem Gasmotor problemlos möglich ist. Wie die in den Tabellen aufgeführten Werte zeigen, ergibt sich eine sehr hohe Ausbeute an Synthesegas (CO, H2) von ca. 60 - 65 Vol%. Dies ist auch ein Zeichen dafür, daß die Wassergas- Shiftreaktion von H2O und CO zu H2 und CO2 bereits in der
Reaktionskammer abläuft, wobei das benötigte Wasser durch feuchte Biomasse eingetragen wird. Mit großem Vorteil kann daher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Trocknungsschritt unterbleiben.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Pyrolysevorrichtung
2 Reaktionskammer
3 Eintragsvorrichtung
4 Prozeßgut
5 Produktableitung
6 Tauchrohr
7 Dosiervorrichtung
8 Absperrvorrichtung
9 Heizvorrichtung
10 Wärmeisolierung
1 1 Produktgasnachbehandlungsvorrichtung
12 Staubabscheider
13 Gaskühler
14 Kondensatabscheider
15 chemische Gasreinigung
16 Siedesteinchen
17 Pyrolysegutvorratsbehälter
18 Schlauchquetschventil
19 Schlauchquetschventil
20 Zwischenspeicher
21 Bodenfläche
22 Deckelfläche
23 Förderschnecke
24 Abtragsvorrichtung
25 Sensor
26 Presskuchen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Pyrolysevorrichtung (1 ) aufweisend eine Reaktionskammer (2), eine mit der Reaktionskammer (2) verbundene Eintragsvorrichtung (3) für Prozeßgut (4) und eine mit der Reaktionskammer (2) verbundene Produktableitung (5), wobei die Reaktionskammer (2) unter
Betriebsbedingungen eine Metallschmelze enthaltend ist, wobei die Eintragsvorrichtung (3) Prozeßgut (4) in die unter
Betriebsbedingungen in der Reaktionskammer (2) enthaltene
Metallschmelze annähernd unter Luftausschluß eintragend ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintragsvorrichtung (3) mindestens ein im bodennahen Bereich der Reaktionskammer (2) offen endendes Tauchrohr (6) aufweist, dass das Tauchrohr (6) im Bereich der Reaktionskammer (2) keine beweglichen Teile aufweist.
2. Pyrolysevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßguteintrag schwerkraftgetrieben erfolgend ist.
3. Pyrolysevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eintragsvorrichtung (3) eine
Dosiervorrichtung (7) zur Dosierung des Prozeßguteintrages in das Tauchrohr (6) aufweist. 4. Pyrolysevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragsvorrichtung (3) eine gasdicht schließende Absperrvorrichtung (8), insbesondere ein oder mehr Schlauchquetschventile (18, 19), aufweist.
5. Pyrolysevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozeßgut (4) die
Absperrvorrichtung (8) bildend ist. Pyrolysevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (7) eine Förderschnecke (23) und eine Abtragsvorrichtung (24) aufweist, wobei die Förderrichtung der Förderschnecke (23) gegen die
Wirkrichtung der Abtragsvorrichtung (24) gerichtet ist und wobei ein Sensor (25) in Förderrichtung vor der Förderschnecke (23) angeordnet ist.
Pyrolysevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragsvorrichtung (24) als Fräser ausgebildet ist und insbesondere die Schneckenwelle der Förderschnecke (23) durchsetzend ist.
Pyrolysevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (2)
temperierbar ausgebildet ist, insbesondere eine Heizvorrichtung (9) und/oder eine Wärmeisolierung (10) aufweist.
Pyrolysevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktableitung (5) eine
Produktgasnachbehandlungsvorrichtung (1 1 ) aufweist, insbesondere einen oder mehrere Staubabscheider (12), Gaskühler (13),
Kondensatabscheider (14), chemische Gasreinigung (15).
Verfahren zur Pyrolyse kohlenstoffhaltigen Pyrolysegutes, bei dem in einer Reaktionskammer (2) ein Metallbad unter Luftabschluß gehalten wird, Prozeßgut kontinuierlich in das Metallbad unter dessen Oberfläche eingetragen wird und dabei der Eintrag ohne Einsatz beweglicher Teile im Bereich des Metallbades erfolgt und bei dem das Prozeßgut vom Ort der Pyrolyse durch das Metallbad hindurchtritt, um zu einer Produktableitung zu gelangen.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Eintrag des Prozeßgutes mittels Schwerkraft erfolgt.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , bei dem das Prozeßgut vor Eintrag in das Metallbad einen annähernd gasdichten Verschluß der Eintragsvorrichtung bildet.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 oder 12, bei dem die Pyrolyseguteintragsrate im Gleichgewicht mit der Pyrolyserate des Pyrolysegutes ist.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Metallbad Siedesteinchen (16) aufweist, insbesondere Silikate.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem das erhaltene Produktgas aufbereitet wird, insbesondere einer katalytischen Wassergas-Shiftreaktion unterworfen wird, um
Wasserstoff zu erzeugen.
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