WO2005095551A1 - Reaktor zur thermischen abfallbehandlung mit einem zuführkanal - Google Patents

Reaktor zur thermischen abfallbehandlung mit einem zuführkanal Download PDF

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WO2005095551A1
WO2005095551A1 PCT/EP2005/003435 EP2005003435W WO2005095551A1 WO 2005095551 A1 WO2005095551 A1 WO 2005095551A1 EP 2005003435 W EP2005003435 W EP 2005003435W WO 2005095551 A1 WO2005095551 A1 WO 2005095551A1
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Eckhard Tischer
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Kbi International Ltd.
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    • C10J2300/1823Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water for synthesis gas

Definitions

  • the present invention relates to a reactor for thermal waste treatment and a method for thermal waste treatment.
  • pyrolysis reactors with a transport device for the waste are known.
  • the transport device has a feed device which is connected laterally to a transport channel.
  • a stuffing screw which can be driven by a motor, lies in the longitudinal direction of the transport channel.
  • the transport channel opens into a smoldering drum, which is operated using a smoldering process.
  • a method for the disposal of waste goods is known, in which unsorted pollutants containing industrial, domestic and / or special waste are subjected to high temperature exposure.
  • the disposal material is first compressed in batches into compact packages while carrying along existing liquid components and maintaining its mixed and composite structure.
  • a shaft furnace for the direct reduction of iron ores is known from DE 3526346A1.
  • the shaft furnace has a gas feed device arranged centrally in the floor in the longitudinal axis of the shaft furnace, with a plurality of gas outlets for a reducing gas arranged one above the other in tiers.
  • the gas feed device is designed as a double-walled hollow body, the intermediate space of the hollow body being connected to at least one supply line and at least one discharge line for a cooling medium.
  • DE 4030554A1 discloses a method and a device for the thermal treatment of waste materials.
  • the reaction vessel is charged with waste material to be thermally treated, coke and possibly calcium-containing material, in particular lime or limestone.
  • the feed is melted in the reaction vessel to form a reaction gas.
  • DE 4026876C2 discloses a device on a shaft furnace for forming a mixture of combustion air and industrial dust intended for blowing into the oxidation zone of the shaft furnace.
  • the mixture is enveloped by the combustion air so that the inner wall of a pipe carrying the mixture remains free and the dust is prevented from premature gasification in the oxidation zone.
  • DE 4310931 A1 discloses a method and a device for disposing of dusts by burning / slagging in a cupola furnace.
  • the dust to be disposed of is fed to the flame of an oxygen burner.
  • the Oxygen burner is either located in the wind nozzle of the cupola or fixed in separate holes in the outer wall of the cupola.
  • a common disadvantage of known reactors for gasification, pyrolysis or thermolysis is that they are not or only to a limited extent suitable for the disposal of difficult substances, in particular petroleum and refinery waste.
  • the invention has for its object to provide an improved reactor for thermal waste treatment and an improved method for thermal waste treatment.
  • a reactor for thermal waste treatment which has first means for feeding first substances into a reactor vessel and second means for feeding second substances into the reactor vessel.
  • the second means have a feed channel which is open to a reactor zone within which the thermal treatment of the first and second substances takes place.
  • the first means for supplying the first substances are designed such that a bed can be formed in the reactor vessel by the supply of the first substances.
  • the reactor according to the invention works on a direct current principle.
  • the first substances can be normal municipal waste, industrial waste, hospital waste or the like. Separate from the first substances, second substances are fed in, these being difficult substances, in particular predominantly or completely moist, small pieces, dusty, toxic, pathogenic, liquid and / or gaseous substances.
  • the second substances can be petroleum or refinery waste.
  • the second substances are added to the first substances in a controlled manner via the feed channel and the resulting substance mixture is subjected to a thermal waste treatment step.
  • the feed channel is arranged in such a way that it runs through the bed in the reactor vessel to the reactor zone in which the thermal waste treatment takes place.
  • the feed channel preferably extends as close as possible to the reactor zone insofar as the thermal resistance of the feed channel permits.
  • the temperature in the reactor zone is in the range from approximately 1500 ° C. to 2000 ° C., so that, depending on the material of the feed channel, a certain distance from the reactor zone must be maintained so that the feed channel is not damaged by this high temperature in the reactor zone ,
  • the feed channel is arranged, for example, to run essentially horizontally, so that, depending on the height of the bed, it runs above or through the bed to the reactor zone.
  • the type and amount of the first substances fed into the reactor vessel are recorded in order to regulate the feed of the second substances as a function thereof. For example, a certain proportion of second substances is added to a predetermined volume or a predetermined mass of first substances, which is filled into the reactor vessel via the feed channel, separately from the first substances.
  • the first substances are preferably mixed with the second substances; the resulting mixture of substances is then subjected to a thermal waste treatment step, in particular a pyrolysis, thermolysis or gasification step.
  • the means for feeding the second substances have a loading device, a lock system or the like.
  • a lock system with a double flap, a rotary valve or a plunger is used.
  • drive means are used to convey the second substances through the feed channel.
  • a conveying device a plunger or the like can be used to transport the second substances through the feed channel.
  • a pressure is applied to the feed channel in order to drive the second substances through the feed channel.
  • the second substances are conditioned before being fed into the feed channel. Conditioning can be done using a shredder, grinder, screen or the like.
  • one or more openings are arranged along the feed channel.
  • the openings are used for mass transfer, heat transfer and / or pressure equalization between the second substances in the feed channel and the first substances in the reactor vessel.
  • a plurality of openings are arranged along the feed channel, the size of each of which is selected such that second substances located in the feed channel can pass through the openings into the reactor vessel.
  • the feed channel has a variable thermal conductivity of its wall in the longitudinal direction.
  • the feed channel has good thermal conductivity in its upper region in order to heat the second substances in the feed channel. This is particularly advantageous for reducing the viscosity of pasty substances, in particular petroleum or refinery waste.
  • the feed channel has a low thermal conductivity in its lower region, for example in order to prevent the second substances from sticking or sintering to the wall of the feed channel.
  • the feed channel consists in sections of different materials.
  • the material is selected in sections so that it can withstand the corresponding thermal and / or chemical stresses to which the feed channel inside the reactor vessel is exposed.
  • heat-resistant, high-alloy or ceramic material is used for this in sections.
  • the feed channel has an outer and / or inner coating to improve the sliding behavior of the first and / or second substances on the outer and / or inner wall of the feed channel.
  • the feed channel can be positioned within the reactor vessel. This is advantageous in order to optimize the position of the outlet mouth of the feed channel with respect to the reactor zone within which the gasification, pyrolysis and / or thermolysis step takes place.
  • the positioning of the feed channel within the reactor vessel is carried out by an automatic control.
  • the temperature at the mouth of the feed channel facing the reactor zone is recorded by a suitable temperature sensor and entered into a controller. Based on these Measured variable, the controller controls a drive for adjusting the feed channel so that a predetermined temperature at the mouth of the feed channel is not exceeded in order to avoid damage to the feed channel.
  • an exchange zone is preferably provided in the top area of the reactor. Additional substances for treating the second substances can be supplied via the exchange zone, for example by reaction, heating, cooling, inerting and / or pressurization. For example, nitrogen is supplied for the inertization of petroleum or refinery waste.
  • the exchange zone in the head region corresponds to another exchange zone in the reactor vessel.
  • the second substances can be conveyed through the feed channel by pressure equalization between the exchange zone in the head region and the further exchange zone in the reactor vessel.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a vertical, open shaft reactor with a central feed channel
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a vertical, closed shaft reactor with an eccentric feed channel
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a horizontal, closed reactor with a horizontal feed channel
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a vertical shaft reactor with a feed channel adjustable in the vertical direction.
  • FIG. 1 shows an open shaft reactor 100 with a reactor vessel 102 which has a shaft 104.
  • a reactor zone 106 on which a burner 108 for carrying out a thermal waste treatment step, for example a thermolysis, pyrolysis or gasification, is arranged.
  • a feed channel 110 runs through the rector container 102 in the longitudinal direction.
  • the feed channel 110 is open at its lower end 112 to the reactor zone 106.
  • the feed channel 110 preferably has exchange openings 114 arranged distributed in the longitudinal direction.
  • a feed device 116 is arranged at the upper end of the feed channel 110.
  • the feed device 116 is designed as a cellular wheel sluice with a cellular wheel 118.
  • a pretreatment device 120 for the pretreatment of substances 122 which are fed to the pretreatment device 120, for example via a conveyor 124.
  • the pretreatment device 120 can be a chute, a funnel, sieve, grinder, chipper, shredder, mixer, steam boiler or the like.
  • the feed device 116 can be a change-over flap, cellular wheel sluice, tappet or similar apparatus with sluice and dosing function.
  • the lock function is particularly advantageous in order to prevent the uncontrolled penetration of, for example, false air into the feed channel 110 or the escape of gases and other substances from the feed channel 110 into the environment.
  • the feed channel 110 is preferably sealed gas-tight by the feed device 116, so that an essentially loss-free, pressurized mass transfer of the substances 122 through the feed channel 110 can take place.
  • Substances 122 are difficult substances, in particular predominantly or completely moist, small-sized, dusty, toxic, pathogenic, liquid and / or gaseous substances, in particular petroleum or refinery waste. Depending on the type of substances 122, the conditioning takes place Fabrics 122 in pretreatment device 120 using a shredder, grinder, sieve, or the like.
  • substances 126 can be introduced into the reactor vessel 102 via a conveyor device 128 and a pouring device 130.
  • the substances 126 are preferably conventional municipal waste, industrial waste or hospital waste.
  • zone 132 At the lower end of the shaft 104 there is a zone 132 of the reactor.
  • a burner 134 is arranged in the region of zone 132. Combustion gases can be supplied to zone 132 via burner 134. In this case, zone 132 forms a gas supply space.
  • the zone 132 can be connected to a zone 136 at the upper end of the feed channel 110.
  • a short-circuit line 138 with a shut-off device (e.g. valve, ball valve, flap, etc.) 140 serves for this purpose between zone 132 and zone 136 and a connecting line 142 arranged parallel to short-circuit line 138 with a gas delivery device (e.g. blower, injector, etc.) 144 and Shut-off devices 146 and 148.
  • a shut-off device e.g. valve, ball valve, flap, etc.
  • the shaft reactor 100 has a controller 150 for regulating the feed of the substances 122 and 126.
  • the regulator 150 detects the amount of the substances 126 fed by the conveying device 128 via the pouring device 130 and accordingly regulates the amount of the substances 122 fed via the feed device 116. For example the mass of the substances 126 fed via the conveyor device 128 is continuously recorded, for example by a balance.
  • the scale is connected to the controller 150, which controls the feed device 116 accordingly, so that the cellular wheel 118 rotates faster or slower, depending on whether more or fewer substances 126 are fed.
  • the controller 150 regulates the feed device 116 in such a way that for each mass fraction of substances 126 a predetermined mass fraction of substances 122 is released from the feed device 116 into the feed channel 110.
  • the mass or volume ratio of substances 126 to substances 122 can preferably be adjusted via the controller 150 depending on the type of substances 126, 122 used.
  • the substances 126 are fed into the reactor vessel 102 via the pouring device 130, so that a filling 152 is formed in the shaft 104.
  • the metered addition of substances 122 into the feed channel 110 takes place via the pretreatment device 120 and the feed device 116. Both the substances 122 and the substances 126 are preferably fed continuously or quasi-continuously.
  • the substances 122 emerge from the feed channel 110 and mix there with the substances 126. Furthermore, a certain proportion of the substances 122 already exits the feed channel 110 via the exchange openings 114 arranged in the longitudinal direction. so that there is a mixing of the substances 122 with the substances 126 in the exchange zone 156.
  • the resulting mixture i.e. reactor material 154 is subjected to thermal waste treatment in reactor zone 106.
  • substances 122 and 126 enter reactor zone 106 essentially unmixed. In this case, no exchange openings 114 are provided.
  • the metered supply of the substances 122 to the reactor zone 106 enables largely emission-free thermal waste treatment of difficult substances and problems such as marginalization, channeling, influencing the energy level or the process control in other areas of the reactor can be avoided.
  • the exchange openings 114 can be used to exchange substances released in the reactor vessel 102, such as free water, liquid substances or degassing products.
  • the exchange openings can be used for pressure and / or temperature compensation. It is particularly advantageous if liquid substances separate from the substances 122 and penetrate through the exchange openings 114 into the surrounding reactor material 154 and are absorbed by the latter.
  • the substances 122 pass through the feed channel 110 without a separate drive. This is possible in particular if the substances 122 are heated in the feed channel 110, so that their viscosity decreases. This is particularly advantageous for pasty petroleum or refinery waste.
  • the feed channel 110 preferably has different thermal conductivities at its upper end and at its lower end.
  • the feed channel 110 preferably has an increased thermal conductivity in order to heat the substances 122.
  • the feed channel 110 has a reduced thermal conductivity at its lower end, in order to avoid, for example, adhesions or sintering of the substances 122 on the channel wall of the feed channel 110.
  • this can be coated accordingly.
  • the feed channel 110 is made up in sections of different material, depending on the thermal and / or chemical load that the feed channel 110 must withstand depending on the location.
  • the feed channel 110 can consist in sections of heat-resistant, high-alloy steel or ceramic material.
  • the zone 136 at the upper end of the feed channel 110 can also be pressurized.
  • either valve 140 in short-circuit line 138 is opened, so that zone 136 is pressurized by corresponding zone 132.
  • the shut-off devices 146 and 148 are opened, so that the gas delivery device 144 pressurizes the zone 136.
  • the pressurization of zone 136 drives materials 122 through feed channel 110.
  • the feed channel 110 is preferably adjustable in height, so that it can be optimally positioned depending on the position of the reactor zone 106.
  • the height adjustment of the feed channel 110 is preferably carried out on the occasion of a revision of the shaft reactor 100.
  • the cross-sectional shape and the cross-sectional size of the feed channel 110 are preferably selected as a function of the properties of the substances 122 and the spatial conditions in the reactor, in particular as a function of the position and design of the reactor zone 106.
  • the cross section of the feed channel 110 is preferably round.
  • the shaft reactor 100 enables economical and stable process control even with difficult substances 122, in that these are conditioned via the pretreatment device 120, for example with regard to the maximum moisture, the grain properties (size, shape, distribution) and / or with regard to the composition Feed into the reactor vessel 102 is metered.
  • the shaft reactor 100 operates according to a direct current principle, that is to say the gases 149 generated in the reactor vessel by the thermal treatment are passed through the reactor vessel in the same direction as the feed materials, that is to say the substances 122 and 126.
  • This has the advantage that the gases 149 have to pass through the reactor zone 106, so that any high-molecular compounds still present there can be broken up.
  • This also applies in particular to soche gases which are released from the feedstocks before the reactor zone 106 is reached; the gases are not sucked out of the reactor vessel in the opposite direction of the material flow of the feed materials.
  • the feedstocks and the gases 149 must also pass through optionally available further reactor zones for further treatment steps, such as a reduction zone. This ensures a complete implementation of the feed materials and the resulting gases.
  • the direct current principle according to which the shaft reactor 100 operates is also not canceled by the optionally available short-circuit line 138 or the gas conveying device 144, since these form a closed circuit with the reactor vessel 1 02 in order to transport the substances 122 through the feed channel 110. This does not conflict with the direct current principle, since the gases 149 generated by the thermal treatment cannot escape upwards out of the reactor vessel in this way.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the shaft reactor 100. Elements of the embodiment of FIG. 2 which correspond to elements of the embodiment of FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • the feed channel 110 is arranged eccentrically.
  • the materials 122 are transported to the pretreatment device 120, which is designed, for example, as a mill, for example by means of a conveyor belt.
  • the feed device 116 has a lock 158, via which the substances 122 are metered into the feed channel 110.
  • the substances 126 are supplied via a stuffing device 160 with a screw 162.
  • the controller 150 regulates the speed of the screw 162 and / or the speed of the conveyor belt for feeding the substances 122 to the pretreatment device 120 and / or the rotational speed of the mill of the pretreatment device 120 and / or the amount of per unit time via the lock 158 quasi-continuously Substances 122 fed to the feed channel 110.
  • the regulation is carried out in such a way that a predetermined mass or volume ratio of substances 122 to substances 126 is maintained.
  • the burners 134 are omitted for the zone 132. This mode of operation is equivalent if the burners 134 are present but are not in operation.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a reactor according to the invention. Elements in FIG. 3 which correspond to elements in FIGS. 1 or 2 are again identified by the same reference symbols.
  • the reactor 100 of the embodiment in FIG. 3 is designed as a horizontal, closed reactor.
  • the feed channel 110 runs horizontally.
  • the feed channel 110 is located above the reactor material 154, as shown in FIG. 3, or inside the reactor material 154 if the fill level of the reactor material 154 is correspondingly high. In both cases, material exchange takes place via the exchange openings 114.
  • the feed device 116 is designed as a plunger.
  • the pretreatment device 120 has a shredder for comminuting the materials 122 before they reach the feed channel 110 via the feed device 116.
  • Zone 136 may be pressurized from an external source 166 to convey materials 122 through feed channel 110. Additional substances can be supplied from external source 166. These can be supplied by upstream process stages (e.g. drying, phrase extraction) or downstream process stages (e.g. dust separation, gas cleaning, steam generation, excess gas) of the reactor 100 and for a material, temperature and / or pressure exchange with or without Drive from and to the feed channel 110 and thus from and to the reactor vessel 102 can be used.
  • upstream process stages e.g. drying, phrase extraction
  • downstream process stages e.g. dust separation, gas cleaning, steam generation, excess gas
  • the reactor 100 can also be used as a pretreatment stage in order to wholly or partially crack the pyrolysable and / or gasifiable components of the feed material, that is to say the first and second substances 122, 126, before they enter an immediately downstream main reactor.
  • the feed material which has already been thermally pretreated is subjected, for example, to a final high-temperature treatment.
  • the thermal pretreatment in the reactor 100 prior to the final high temperature treatment in the main reactor is particularly difficult
  • Feedstocks such as residues from the petroleum industry, electrical engineering and electronics, with high proportions of higher hydrocarbons, hydrocarbons with ring structures, chlorinated hydrocarbons and other substances with high molecular binding forces but also high pollutant potentials are advantageous.
  • the thermal pretreatment in the reactor 100 is advantageous since complete cracking of the abovementioned substances can generally not be carried out in a single thermal treatment step.
  • FIG. 4 schematically shows a further embodiment of a DC reactor according to the invention. Elements of FIG. 4 which correspond to elements of the embodiments of FIGS. 1, 2 and / or 3 are again identified by the same reference symbols.
  • the feed channel 110 of the embodiment in FIG. 4 can be adjusted in the vertical direction, that is to say in the direction of arrow 168, by a drive 170.
  • the drive 170 is controlled by a controller 172.
  • the controller 172 has a storage area 174 for storing a target temperature and a storage area 176 for storing an actual temperature.
  • the controller 172 receives the actual temperature wirelessly or by wire from a temperature sensor 178 which is arranged at the mouth 112 of the feed channel 110 in order to detect the temperature there.
  • the temperature in the reactor zone 106 is in the range, for example, between 1500 ° C. and 2000 ° C.
  • the feed channel 110 In order not to damage the material of the feed channel 110 due to these high temperatures in the reactor zone 106, the feed channel 110 must be set so that the orifice 112 maintains a certain distance 180 from the reactor zone 106. This distance 180 is set by measuring the actual temperature from the temperature sensor 178 and transmitting it to the controller 172 in order to store it there in the storage area 17 ′′ 6.
  • the target temperature stored in the storage area 174 is a temperature value that is in a working area in which the mouth 112 of the supply channel 110 is not damaged.
  • the controller 172 controls the drive 170 in such a way that the feed channel 110 moves upward a little from the reactor vessel 102 is moved out, so that the distance 1S0 increases accordingly and thereby the temperature at the mouth 112 decreases.
  • the controller 172 controls the drive 170 in such a way that the feed channel 110 is pushed a bit into the reactor vessel 102, so that the distance 180 decreases accordingly, so that the temperature at the Mouth 112 rises.
  • the feed channel can be moved as a whole.
  • the feed channel is designed telescopically, so that, for example, only a telescopic element located at the lower end of the feed channel has to be moved.
  • the difficult substances 122 By regulating the distance 180, it can be achieved that the difficult substances 122 emerge as close as possible to the reactor zone 106 from the mouth 112 of the feed channel 110, so that thermal waste treatment of the difficult substances 122 takes place as immediately as possible. It is particularly advantageous that the difficult substances 1 22 cannot reach the wall of the reactor container 102. So-called lid formation or the formation of horizontal layers from the difficult substances 122 is also prevented or reduced in this way.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit - ersten Mitteln (128, 130; 160, 162) zur Zuführung von ersten Stoffen (126) in einen Reaktorbehälter (102), - zweiten Mitteln (116, 118; 158) zur Zuführung von zweiten Stoffen (122), insbesondere von Erdöl- oder Raffinerieabfällen, in den Reaktorbehälter, wobei die zweiten Mittel einen Zuführkanal (110) aufweisen und der Zuführkanal zu einer Reaktorzone (106) hin geöffnet ist, wobei die Reaktorzone zur thermischen Behandlung der ersten und zweiten Stoffe vorgesehen ist.

Description

Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit einem Zuführkanal
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung.
Bei der Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse handelt es sich um an sich bekannte Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung. Entsprechende Reaktoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Aus der DE 10007115C2, von der die vorliegende Erfindung als nächstkommendem Stand der Technik ausgeht und deren Offenbarungsgehalt mit zur Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung gehört, ist ein Schachtreaktor bekannt, bei dem auf die sonst übliche Kreislauf-Gasführung verzichtet wird. Durch den Verzicht auf eine Kreislauf-Gasführung soll die Kondensation von Pyrolyseprodukten und die Entstehung unerwünschter Ablagerungen vermieden werden.
Aus der DE 4332865A1 und der DE 4327633A1 sind Pyrolysereaktoren mit einer Transporteinrichtung für den Abfall bekannt. Die Transporteinrichtung hat eine Zuführeinrichtung, die seitlich an einem Transportkanal angeschlossen ist. Im Transportkanal liegt in dessen Längsrichtung eine von einem Motor antreibbare Stopfschnecke. Der Transportkanal mündet in eine Schweltrommel, die nach einem Schwel-Brenn-Verfahren betrieben wird. Aus der DE 4130416 ist ein Verfahren zur Entsorgung von Abfallgütern bekannt, bei dem unsortierte Schadstoffe enthaltender Industrie-, Haus- und/oder Sondermüll einer Hochtemperaturbeaufschlagung unterzogen wird. Hierbei wird das Entsorgungsgut zunächst unter Mitführung vorhandener Flüssigkeitsanteile sowie Beibehaltung seiner Misch- und Verbundstruktur chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert. Unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung wird es nachfolgend formschlüssig in einen auf über 00 °C beheizten Kanal eingebracht und hier so lange in kraftschlüssigem Kontakt mit den Wandungen des Kanals gehalten, bis die anfangs vorhandenen Flüssigkeiten verdampft und mechanische Rückstellkräfte einzelner Entsorgungsgut- Komponenten aufgehoben sind.
Aus der DE 3526346A1 ist ein Schachtofen zur Direktreduktion von Eisenerzen bekannt. Der Schachtofen hat eine in der Längsachse des Schachtofens zentral im Boden angeordnete Gaseinspeisevorrichtung mit einer Mehrzahl von etagenförmig übereinander angeordneten Gasauslässen für ein Reduktionsgas. Die Gaseinspeisevorrichtung ist als doppelmantliger Hohlkörper ausgebildet, wobei der Mantelzwischenraum des Hohlkörpers an mindestens eine Zuführleitung und mindestens einer Abführleitung für ein Kühlmedium angeschlossen ist. Aus der DE 4030554A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen bekannt. Der Reaktionsbehälter wird mit thermisch zu behandelndem Abfallstoff, Koks sowie ggf. kalziumhaltigen Material, insbesondere Kalk oder Kalkstein, beschickt. Die Beschickung wird in dem Reaktionsbehälter unter Bildung eines Reaktionsgases erschmolzen.
Aus der DE 4026876C2 ist eine Einrichtung an einem Schachtofen zur Bildung eines zum Einblasen in die Oxidationszone des Schachtofens bestimmten Gemisches aus Verbrennungsluft und Industriestaub bekannt. Das Gemisch wird von der Verbrennungsluft eingehüllt, sodass die Innenwand eines das Gemisch führenden Rohrs frei bleibt und der Staub vor einem frühzeitigen Vergasen in der Oxidationszone bewahrt wird.
Aus der DE 4310931 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsorgen von Stäuben durch Verbrennen/Verschlacken in einem Kupolofen bekannt. Der zu entsorgende Staub wird der Flamme eines Sauerstoffbrenners zugeführt. Der Sauerstoffbrenner ist entweder in der Winddüse des Kupulofens angeordnet oder in separaten Löchern in der Außenwand des Kupolofens befestigt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene weitere Reaktoren bekannt, die nach dem Prinzip der Gegenstromführung arbeiten, wie zum Beispiel aus der EP 0 277 935, FR 518 252, DD 267 391 A3, DE 32 35 898 A1 , und der
DE 101 03 602 A1. Bei einem Reaktor, der mit Gegenstromführung arbeitet, wird zumindest ein Teil des aufgrund der thermischen Behandlung der Einsatzstoffe entstehenden Gases gegenläufig zu dem Stoffstrom der Einsatzstoffe aus dem Reaktorbehälter abgeführt.
Ein gemeinsamer Nachteil vorbekannter Reaktoren zur Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse ist, dass diese nicht oder nur bedingt zur Entsorgung von schwierigen Stoffen, insbesondere von Erdöl- und Raffinerieabfällen geeignet sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein verbessertes Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung geschaffen, der erste Mittel zur Zuführung von ersten Stoffen in einen Reaktorbehälter aufweist sowie zweite Mittel zur Zuführung von zweiten Stoffen in den Reaktorbehälter. Die zweiten Mittel weisen einen Zuführkanal auf, der zu einer Reaktorzone hin, innerhalb derer die thermische Behandlung der ersten und zweiten Stoffe erfolgt, geöffnet ist. Die ersten Mittel zur Zuführung der ersten Stoffe sind dabei so ausgebildet, dass sich durch die Zuführung der ersten Stoffe in dem Reaktorbehälter eine Schüttung ausbilden kann.
Der erfindungsgemäße Reaktor arbeitet nach einem Gleichstromprinzip. Dies bedeutet, dass die Einsatzstoffe, das heißt die ersten und zweiten Stoffe, und das aufgrund der thermischen Abfallbehandlung der Einsatzstoffe erhaltene Gas den Reaktorbehälter im Gleichstrom, das heißt in demselben Richtungssinn, durchlaufen. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur die Einsatzstoffe die Reaktorzone, in der die thermische Abfallbehandlung stattfindet, sondern auch die bereits vor dem Erreichen der Reaktorzone entstehenden Gase die Reaktorzone durchlaufen können, so dass in den Gasen noch beinhaltete hochmolekulare Verbindungen aufgebrochen werden können. Dies ermöglicht es auch schwierige Stoffe effizient und bei geringer Umweltbelastung zu verarbeiten.
Bei den ersten Stoffen kann es sich um übliche Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handeln. Getrennt von den ersten Stoffen werden zweite Stoffe zugeführt, wobei es sich hierbei um schwierige Stoffe, insbesondere überwiegend oder vollständig feuchte, kleinstückige, staubförmige, toxische, krankheitserregende, flüssige und/oder gasförmige Stoffe handelt. Insbesondere kann es sich bei den zweiten Stoffen um Erdöl- oder Raffinerieabfälle handeln. Die zweiten Stoffe werden den ersten Stoffen über den Zuführkanal kontrolliert beigemischt und das resultierende Stoffgemisch wird einem thermischen Abfallbehandlungsschritt unterzogen.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass auch schwierige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle, einer thermischen Abfallbehandlung zugeführt werden können, um so wertvolle Rohstoffe, wie zum Beispiel Synthesegas zur Methanolherstellung zu erhalten.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Zuführkanal so angeordnet, dass er durch die Schüttung in dem Reaktorbehälter hindurch zu der Reaktorzone hin verläuft, in der die thermische Abfallbehandlung stattfindet. Vorzugsweise reicht der Zuführkanal möglichst nahe an die Reaktorzone heran, soweit es die thermische Widerstandsfähigkeit des Zuführkanals erlaubt. Beispielsweise herrscht in der Reaktorzone eine Temperatur im Bereich von ca. 1500°C bis 2000°C, so dass je nach dem Material des Zuführkanals ein gewisser Abstand von der Reaktorzone einzuhalten ist, damit der Zuführkanal durch diese hohe Temperatur in der Reaktorzone nicht beschädigt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Zuführkanal beispielsweise im wesentlichen horizontal verlaufend angeordnet, so dass er je nach der Höhe der Schüttung oberhalb oder durch die Schüttung hindurch zu der Reaktorzone hin verläuft. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Art und Menge der in den Reaktorbehälter zugeführten ersten Stoffe erfasst, um in Abhängigkeit davon die Zuführung der zweiten Stoffe zu regeln. Beispielsweise wird also einem vorgegebenen Volumen oder einer vorgegebenen Masse von ersten Stoffen ein bestimmter Anteil zweiter Stoffe zugegeben, der über den Zuführkanal, getrennt von den ersten Stoffen in den Reaktorbehälter gefüllt wird. Innerhalb des Reaktorbehälters kommt es dabei vorzugsweise zu einer Vermischung der ersten mit den zweiten Stoffen; das resultierende Stoffgemisch wird dann einem thermischen Abfallbehandlungsschritt, insbesondere einem Pyrolyse-, Thermolyse- oder Vergasungsschritt unterzogen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zur Zuführung der zweiten Stoffe eine Beschickungseinrichtung, ein Schleusensystem oder dergleichen auf. Beispielsweise wird ein Schleusensystem mit einer Doppelklappe, einer Zellradschleuse oder einem Stößel eingesetzt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Antriebsmittel zur Förderung der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal verwendet. Zur Förderung der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal kann eine Fördereinrichtung, ein Stößel oder dergleichen zum Transport der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich wird der Zuführkanal mit einem Druck beaufschlagt, um die zweiten Stoffe durch den Zuführkanal hindurch zu treiben.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die zweiten Stoffe vor der Zuführung in den Zuführkanal konditioniert. Die Konditionierung kann unter Verwendung eines Shredders, einer Mühle, eines Siebs oder dergleichen erfolgen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind entlang des Zuführkanals eine oder mehrere Öffnungen angeordnet. Die Öffnungen dienen zu einem Stofftransport, Wärmetransport und/oder Druckausgleich zwischen den zweiten Stoffen in dem Zuführkanal und den ersten Stoffen in dem Reaktorbehälter. Beispielsweise sind entlang des Zuführkanals mehrere Öffnungen angeordnet, deren Größe jeweils so gewählt ist, dass in dem Zuführkanal befindliche zweite Stoffe durch die Öffnungen hindurch in den Reaktorbehälter gelangen können. Durch die entlang des Zuführkanals verteilten Öffnungen können also räumlich verteilt zweite Stoffe aus dem Zuführkanal in den Reaktorbehälter austreten, sodass eine innige Vermischung der zweiten Stoffe mit den ersten Stoffen stattfinden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Zuführkanal in Längsrichtung eine veränderliche Wärmeleitfähigkeit seiner Wandung. Beispielsweise hat der Zuführkanal in seinem oberen Bereich eine gute Wärmeleitfähigkeit, um die zweiten Stoffe in dem Zuführkanal zu erwärmen. Diese ist insbesondere zur Verringerung der Viskosität von pastösen Stoffen, insbesondere Erdöl- oder Raffinerieabfällen, vorteilhaft. Dagegen hat der Zuführkanal in seinem unteren Bereich eine geringe Wärmeleitfähigkeit, um beispielsweise Anklebungen oder Versinterungen der zweiten Stoffe an der Wandung des Zuführkanals zu verhindern.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Zuführkanal abschnittsweise aus verschiedenen Materialien. Das Material wird dabei abschnittsweise so gewählt, dass es den entsprechenden thermischen und/oder chemischen Belastungen, denen der Zuführkanal innerhalb des Reaktorbehälters ausgesetzt ist, standhalten kann. Beispielsweise wird hierfür abschnittsweise warmfestes, hoch legiertes oder keramisches Material eingesetzt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Zuführkanal eine Außen- und/oder Innenbeschichtung zur Verbesserung des Gleitverhaltens der ersten und/oder zweiten Stoffe an der Außen- und/oder Innenwandung des Zuführkanals.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zuführkanal innerhalb des Reaktorbehälters positionierbar. Dies ist vorteilhaft, um die Position der Austrittsmündung des Zuführkanals mit Bezug auf die Reaktorzone, innerhalb derer der Vergasungs-, Pyrolyse- und/oder Thermolyseschritt erfolgt, zu optimieren.
Nach einer Ausführungsform der Er indung erfolgt die Positionierung des Zuführkanals innerhalb des Reaktorbehälters durch eine automatische Regelung. Die Temperatur an der der Reaktorzone zugewandten Mündung des Zuführkanals wird durch einen geeigneten Temperatursensor erfasst und in einen Regler eingegeben. Aufgrund dieser Messgröße steuert der Regler einen Antrieb zur Verstellung des Zuführkanals an, so dass eine vorgegebene Temperatur an der Mündung des Zuführkanals nicht überschritten wird, um so eine Beschädigung des Zuführkanals zu vermeiden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Austauschzone vorzugsweise im Kopfbereich des Reaktors vorgesehen. Über die Austauschzone können zusätzliche Stoffe zur Behandlung der zweiten Stoffe beispielsweise durch Reaktion, Erwärmung, Abkühlung, Inertisierung und/oder Druckbeaufschlagung zugeführt werden. Beispielsweise wird zur Inertisierung von Erdöl- oder Raffinerieabfällen Stickstoff zugeführt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung korrespondiert die Austauschzone im Kopfbereich mit einer weiteren Austauschzone in dem Reaktorbehälter. Beispielsweise kann durch einen Druckausgleich zwischen der Austauschzone im Kopfbereich und der weiteren Austauschzone im Reaktorbehälter eine Beförderung der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal erfolgen.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines vertikalen, offenen Schachtreaktors mit zentralem Zuführkanal,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines vertikalen, geschlossenen Schachtreaktors mit exzentrischem Zuführkanal,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines horizontalen, geschlossenen Reaktors mit waagerechtem Zuführkanal,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines vertikalen Schachtreaktors mit einem in vertikaler Richtung verstellbaren Zuführkanal.
BESTATIGUNGSKOPIE Die Figur 1 zeigt einen offenen Schachtreaktor 100 mit einem Reaktorbehälter 102, der einen Schacht 104 aufweist. In dem Reaktorbehälter 102 befindet sich eine Reaktorzone 106, an der ein Brenner 108 zur Durchführung eines thermischen Abfallbehandlungsschritts, beispielsweise einer Thermolyse, Pyrolyse oder Vergasung angeordnet ist.
Durch den Rektorbehälter 102 verläuft in Längsrichtung ein Zuführkanal 110. Der Zuführkanal 110 ist mit seiner Mündung 112 an seinem unteren Ende zu der Reaktorzone 106 hin geöffnet. Vorzugsweise hat der Zuführkanal 110 in Längsrichtung verteilt angeordnete Austauschöffnungen 114.
Am oberen Ende des Zuführkanals 1 10 ist eine Zuführvorrichtung 116 angeordnet. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel ist die Zuführvorrichtung 116 als Zellradschleuse mit einem Zellrad 118 ausgebildet. Oberhalb der Zuführvorrichtung 116 befindet sich optional eine Vorbehandlungsvorrichtung 120 zur Vorbehandlung von Stoffen 122, die der Vorbehandlungsvorrichtung 120 beispielsweise über eine Fördereinrichtung 124 zugeführt werden. Bei der Vorbehandlungsvorrichtung 120 kann es sich um eine Schurre, einen Trichter, Sieb, Mühle, Hacker, Shredder, Mischer, Dampfkessel oder dergleichen handeln.
Bei der Zuführvorrichtung 116 kann es sich um eine Wechselklappe, Zellradschleuse, Stößel oder eine ähnliche Apparatur mit Schleusen- und Dosierfunktion handeln. Die Schleusenfunktion ist insbesondere vorteilhaft, um das unkontrollierte Eindringen von zum Beispiel Falschluft in den Zuführkanal 110 bzw. das Austreten von Gasen und anderen Stoffen aus dem Zuführkanal 110 in die Umgebung zu verhindern. Vorzugsweise ist der Zuführkanal 110 durch die Zuführvorrichtung 116 gasdicht abgeschlossen, sodass ein im Wesentlichen verlustfreier, druckbeaufschlagter Stofftransport der Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 stattfinden kann.
Bei den Stoffen 122 handelt es sich um schwierige Stoffe, insbesondere überwiegend oder vollständig feuchten, kleinstückigen, staubförmigen, toxischen, krankheitserregenden, flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen, insbesondere Erdöloder Raffinerieabfälle. Je nach der Art der Stoffe 122 erfolgt die Konditionierung der Stoffe 122 in der Vorbehandlungseinrichtung 120 unter Verwendung eines Shredders, einer Mühle, eines Siebs oder dergleichen.
Neben den Stoffen 122 können Stoffe 126 über eine Fördereinrichtung 128 und eine Schüttvorrichtung 130 in den Reaktorbehälter 102 eingebracht werden. Bei den Stoffen 126 handelt es sich vorzugsweise um übliche Siedlungsabfälle, Industrieabfälle oder Klinikabfälle.
Am unteren Ende des Schachts 104 befindet sich eine Zone 132 des Reaktors. Im Bereich der Zone 132 ist ein Brenner 134 angeordnet. Über den Brenner 134 können der Zone 132 Verbrennungsgase zugeführt werden. In diesem Fall bildet die Zone 132 einen Gaszuführraum.
Die Zone 132 ist mit einer Zone 136 am oberen Ende des Zuführkanals 110 verbindbar. Hierzu dient eine Kurzschlussleitung 138 mit einer Absperreinrichtung (z.B. Ventil, Kugelhahn, Klappe, o.a.) 140 zwischen der Zone 132 und der Zone 136 sowie eine parallel zu der Kurzschlussleitung 138 angeordnete Verbindungsleitung 142 mit einer Gasfördereinrichung (z.B. Gebläse, Injektor, o.a.) 144 und Absperreinrichtungen 146 und 148.
Zur Regelung der Zuführung der Stoffe 122 und 126 hat der Schachtreaktor 100 einen Regler 150. Der Regler 150 erfasst die Menge der durch die Fördereinrichtung 128 über die Schüttvorrichtung 130 zugeführten Stoffe 126 und regelt dementsprechend die Menge der über die Zuführvorrichtung 116 zugeführten Stoffe 122. Beispielsweise wird die Masse der über die Fördereinrichtung 128 zugeführten Stoffe 126 beispielsweise durch eine Waage fortlaufend erfasst.
Die Waage ist mit dem Regler 150 verbunden, der entsprechend die Zuführvorrichtung 116 ansteuert, sodass sich das Zellrad 1 18 schneller oder langsamer dreht, je nachdem, ob mehr oder weniger Stoffe 126 zugeführt werden. Beispielsweise regelt der Regler 150 die Zuführvorrichtung 116 so, dass pro Massenanteil von Stoffen 126 ein vorgegebener Massenanteil von Stoffen 122 von der Zuführvorrichtung 116 in den Zuführkanal 110 abgegeben wird. Vorzugsweise ist das Massen- oder Volumenverhältnis von Stoffen 126 zu Stoffen 122 über den Regler 150 je nach der Art der zum Einsatz kommenden Stoffe 126, 122 einstellbar.
Zur thermischen Abfallbehandlung der Stoffe 122 und 126 werden die Stoffe 126 über die Schüttvorrichtung 130 in den Reaktorbehälter 102 zugeführt, sodass sich in dem Schacht 104 eine Schüttung 152 ausbildet. Über die Vorbehandlungsvorrichtung 120 und die Zuführvorrichtung 116 erfolgt die dosierte Zugabe von Stoffen 122 in den Zuführkanal 110. Vorzugsweise erfolgt sowohl die Zuführung der Stoffe 122 und der Stoffe 126 kontinuierlich oder quasi kontinuierlich.
An der Mündung 112 des Zuführkanals 110 treten die Stoffe 122 aus dem Zuführkanal 110 aus und vermischen sich dort mit den Stoffen 126. Ferner tritt ein bestimmter Anteil der Stoffe 122 auch bereits über die in Längsrichtung verteilt angeordneten Austauschöffnungen 114 aus dem Zuführkanal 1 10 aus, sodass es in der Austauschzone 156 zu einer Vermischung der Stoffe 122 mit den Stoffen 126 kommt. Das resultierende Stoffgemisch, d.h. das Reaktormaterial 154, wird in der Reaktorzone 106 einer thermischen Abfallbehandlung unterzogen. Alternativ treten die Stoffe 122 und 126 im Wesentlichen unvermischt in die Reaktorzone 106 ein. In diesem Fall sind keine Austauschöffnungen 114 vorgesehen.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die dosierte Zuführung der Stoffe 122 zu der Reaktorzone 106 eine weitgehend emissionsfreie thermische Abfall behandlung von schwierigen Stoffen ermöglicht und Probleme wie Randgängigkeit, Kanalisierung, Beeinflussung des Energieniveaus oder der Prozessführung in anderen Bereichen des Reaktors vermieden werden können.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Austritt von Stoffen 122 können die Austauschöffnungen 114 zum Austausch von in dem Reaktorbehälter 102 freigesetzten Stoffen, wie zum Beispiel freiem Wasser, flüssigen Stoffen oder Entgasungsprodukten, dienen. Alternativ oder zusätzlich können die Austauschöffnungen zum Druck- und/oder Temperaturausgleich dienen. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn sich flüssige Stoffe von den Stoffen 122 abtrennen und durch die Austauschöffnungen 114 in das umgebende Reaktormaterial 154 eindringen und von diesem absorbiert werden. Die Stoffe 122 durchlaufen den Zuführkanal 110 ohne gesonderten Antrieb. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Stoffe 122 in dem Zuführkanal 110 erwärmt werden, sodass sich deren Viskosität verringert. Dies ist insbesondere für pastöse Erdöl- oder Raffinerieabfälle vorteilhaft. Hierzu hat der Zuführkanal 110 vorzugsweise unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten an seinem oberen Ende und an seinem unteren Ende. An seinem oberen Ende hat der Zuführkanal 110 vorzugsweise eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit, um die Stoffe 122 zu erwärmen. Dagegen hat der Zuführkanal 110 an seinem unteren Ende eine verringerte Wärmeleitfähigkeit, um beispielsweise Anklebungen oder Versinterungen der Stoffe 122 an der Kanalwandung des Zuführkanals 110 zu vermeiden.
Zur Verbesserung des Gleitverhaltens entlang der Außen- und/oder Innenseite der Wandung des Zuführkanals 110 kann dieser entsprechend beschichtet sein.
Ferner ist es vorteilhaft, dass der Zuführkanal 110 abschnittsweise aus unterschiedlichem Material besteht, je nach der thermischen und/oder chemischen Belastung, der der Zuführkanal 110 ortsabhängig standhalten muss. Beispielsweise kann der Zuführkanal 110 abschnittsweise aus warmfestem, hochlegiertem Stahl oder keramischem Material bestehen.
Zum Transport der Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 kann ferner die Zone 136 am oberen Ende des Zuführkanals 110 mit einem Druck beaufschlagt werden. Hierzu wird entweder das Ventil 140 in der Kurzschlussleitung 138 geöffnet, sodass die Zone 136 von der korrespondierenden Zone 132 mit einem Druck beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich werden die Absperreinrichtungen 146 und 148 geöffnet, sodass über die Gasfördereinrichtung 144 eine Druckbeaufschlagung der Zone 136 erfolgt. Durch die Druckbeaufschlagung der Zone 136 werden die Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 getrieben.
Neben der Transportwirkung durch die Druckbeaufschlagung kann es auf diese Art und Weise zu einem Stoff- und/oder Temperatur- und/oder Druckaustausch zwischen den Zonen 132 und 136 kommen. Vorzugsweise ist der Zuführkanal 110 höhenverstellbar, sodass er je nach Lage der Reaktorzone 106 optimal positioniert werden kann. Die Höhenverstellung des Zuführkanals 110 erfolgt vorzugsweise anlässlich einer Revision des Schachtreaktors 100.
Vorzugsweise werden die Querschnittsform und die Querschnittsgröße des Zuführkanals 110 in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Stoffe 122 und den räumlichen Verhältnissen im Reaktor, insbesondere in Abhängigkeit von der Lage und Ausbildung der Reaktorzone 106, gewählt. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Zuführkanals 110 rund.
Der Schachtreaktor 100 ermöglicht eine wirtschaftliche und stabile Prozessführung auch bei schwierigen Stoffen 122, dadurch, dass diese über die Vorbehandlungseinrichtung 120, zum Beispiel hinsichtlich der maximalen Feuchte, der Korneigenschaften (Größe, Form, Verteilung) und/oder hinsichtlich der Zusammensetzung konditioniert werden und die Zuführung in den Reaktorbehälter 102 dosiert erfolgt.
Der Schachtreaktor 100 arbeitet nach einem Gleichstromprinzip, das heißt die durch die thermische Behandlung in dem Reaktorbehälter entstehenden Gase 149 werden in demselben Richtungssinn wie die Einsatzstoffe, das heißt die Stoffe 122 und 126, durch den Reaktorbehälter geführt. Dies hat den Vorteil, dass die Gase 149 durch die Reaktorzone 106 hindurchtreten müssen, so dass dort eventuell noch vorhandene hochmolekulare Verbindungen aufgebrochen werden können. Dies gilt insbesondere auch für soche Gase, die aus den Einsatzstoffen bereits vor der Erreichung der Reaktorzone 106 freigesetzt werden; eine Absaugung der Gase aus dem Reaktorbehälter entgegen der Richtung des Stoffstroms der Einsatzstoffe findet nicht statt.
Ferner müssen die Einsatzstoffe und die Gase 149 auch optional vorhandene weitere Reaktorzonen für weitere Behandlungsschritte, wie zum Beispiel eine Reduktionszone, durchlaufen. Dadurch wird eine vollständige Umsetzung der Einsatzstoffe und der resultierenden Gase gewährleistet. Das Gleichstromprinzip, nach welchem der Schachtreaktor 100 arbeitet, wird auch nicht durch die optional vorhandene Kurzsch lussleitung 138 bzw. die Gasfördereinrichtiing 144 aufgehoben, da diese einen geschlossenen Kreislauf mit dem Reaktorbehälter 1 02 bilden, um die Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 zu transportieren. Dies steht dem Gleichstromprinzip nicht entgegen, da die durch die thermische Behandlung entstehenden Gase 149 nicht auf diesem Wege nach oben aus dem Reaktorbehälter entweichen können.
Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Schachtreaktors 100. Elemente der Ausführungsform der Figur 2, die Elementen der Ausführungsform der Figur 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Im Unterschied zu der Ausführungsform der Figur 1 ist bei der Ausführungsform des Schachtreaktors 100 der Figur 2 der Zuführkanal 110 exzentrisch angeordnet. Der Transport der Stoffe 122 zu der beispielsweise als Mühle ausgebildeten Vorbehandlungsvorrichtung 120 erfolgt zum Beispiel mittels eines Förderbandes. Die Zuführvorrichtung 116 hat eine Schleuse 158, über die eine dosierte Zuführung der Stoffe 122 in den Zuführkanal 110 erfolgt.
Die Zuführung der Stoffe 126 erfolgt bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel über eine Stopfvorrichtung 160 mit einer Schnecke 162.
Der Regler 150 regelt die Geschwindigkeit der Schnecke 162 und/oder die Geschwindigkeit des Transportbands zur Zuführung der Stoffe 122 zu der Vorbehandlungsvorrichtung 120 und/oder die Rotationsgeschwindigkeit der Mühle der Vorbehandlungsvorrichtung 120 und/oder die Menge von pro Zeiteinheit über die Schleuse 158 quasi kontinuierlich in den Zuführkanals 110 zugeführten Stoffe 122. Die Regelung erfolgt dabei so, dass möglichst ein vorgegebenes Massen- oder Volumenverhältnis von Stoffen 122 zu Stoffen 126 eingehalten wird. In der h ier betrachteten Ausführungsform entfallen die Brenner 134 für die Zone 132. Dieser Betriebsweise ist gleichwertig, wenn die Brenner 134 vorhanden und jedoch außer Betrieb sind.
BESTATIGUNGSKOPIE Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors. Elemente der Figur 3, die Elementen der Figuren 1 oder 2 entsprechen, sind wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Reaktor 100 der Ausführungsform der Figur 3 ist als horizontaler, geschlossener Reaktor ausgebildet. Entsprechend verläuft der Zuführkanal 110 waagerecht. Je nach Füllstand des Reaktormaterials 154 in dem Reaktorbehälter 102 befindet sich der Zuführkanal 110 oberhalb des Reaktormaterials 154, so wie es in der Figur 3 gezeigt ist, oder innerhalb des Reaktormaterials 154, wenn der Füllstand des Reaktormaterials 154 entsprechend hoch ist. In beiden Fällen findet ein stofflicher Austausch über die Austauschöffnungen 114 statt.
Die Zuführvorrichtung 116 ist bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel als Stößel ausgebildet. Die Vorbehandlungseinrichtung 120 weist einen Shredder zur Zerkleinerung der Stoffe 122 auf, bevor diese über die Zuführvorrichtung 116 in den Zuführkanal 110 gelangen.
Von einer externen Quelle 166 kann die Zone 136 mit einem Druck beaufschlagt werden, um die Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 zu befördern. Von der externen Quelle 166 können zusätzliche Stoffe zugeführt werden. Diese können von vorgeschalteten Prozessstufen (z. B. Trocknung, Phrasenabzug) oder nachgeschalteten Prozessstufen (z. B. Staubabscheidung, Gasreinigung, Dampferzeugung, Überschussgas) des Reaktors 100 geliefert werden und zu einem Stoff-, Temperatur- und/oder Druckaustausch mit oder ohne Antrieb von und zu dem Zuführkanal 110 und damit von und zu dem Reaktorbehälter 102 verwendet werden.
Der Reaktor 100 kann verfahrenstechnisch auch als eine Vorbehandlungsstufe verwendet werden, um die pyrolysierbaren und/oder vergasbaren Komponenten des Einsatzmaterials, das heißt der ersten und zweiten Stoffe 122, 126, ganz oder teilweise vor Eintritt in einen unmittelbar nachgeschalteten Hauptreaktor zu cracken. In dem Hauptreaktor wird das bereits thermisch vorbehandelte Einsatzmaterial beispielsweise einer abschließenden Hochtemperaturbehandlung unterzogen. Die thermische Vorbehandlung in dem Reaktor 100 vor der abschließenden Hochtemperaturbehandlung in dem Hauptreaktor ist insbesondere bei schwierigen Einsatzstoffen, wie Reststoffen aus der Erdölindustrie, der Elektrotechnik- und Elektronik, mit hohen Anteilen an höheren Kohlenwasserstoffen, Kohlenwasserstoffen mit Ringstrukturen, chlorierten Kohlenwasserstoffen und anderen Stoffen mit hohen molekularen Bindungskräften aber auch hohen Schadstoffpotenzialen vorteilhaft. Die thermische Vorbehandlung im Reaktor 100 ist vorteilhaft, da ein vollständiges Cracken der vorgenannten Stoffe im allgemeinen nicht in einer einzigen thermischen Behandlungsstufe erfolgen kann.
Die Figur 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführung sform eines erfindungsgemäßen Gleichstromreaktors. Elemente der Figur 4, die Elementen der Ausführungsformen der Figur 1 , 2 und / oder 3 entsprechen, sind wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Zuführkanal 110 der Ausführungsform der Figur 4 ist in vertikaler Richtung, das heißt in Pfeilrichtung 168 durch einen Antrieb 170 verstellbar. Der Antrieb 170 wird von einem Regler 172 angesteuert. Der Regler 172 hat einen Speicherbereich 174 zur Speicherung einer Soll-Temperatur und einen Speicherbereich 176 zur Speicherung einer Ist-Temperatur. Der Regler 172 empfängt die Ist-Temperatur drahtlos oder drahtgebunden von einem Temperatur-Sensor 178, der an der Mündung 112 des Zuführkanals 110 angeordnet ist, um dort die Temperatur zu erfassen.
In der Reaktorzone 106 herrscht eine Temperatur im Bereich von zum Beispiel zwischen 1500°C bis 2000°C. Um das Material des Zuführkanals 110 durch diese hohen Temperaturen in der Reaktorzone 106 nicht zu beschädigen, muss der Zuführkanal 110 so eingestellt werden, dass die Mündung 112 einen gewissen Abstand 180 von der Reaktorzone 106 hält. Dieser Abstand 180 wird eingestellt, indem die Ist- Temperatur von dem Temperatur-Sensor 178 gemessen und an den Regler 172 übertragen wird, um sie dort in dem Speicherbereich 17"6 zu speichern.
Die Soll-Temperatur, die in dem Speicherbereich 174 gespeichert ist, ein Temperaturwert, der in einem Arbeitsbereich liegt, in dem die Mündung 112 des Zuführkanals 110 nicht beschädigt wird. Übersteigt die
Ist-Temperatur die Soll-Temperatur, so steuert der Regler 172 den Antrieb 170 so an, dass der Zuführkanal 110 ein Stück nach oben aus dem Reaktorbehälter 102 herausbewegt wird, so dass sich der Abstand 1S0 entsprechend vergrößert und dadurch die Temperatur an der Mündung 112 abnimmt.
Unterschreitet dagegen die Ist-Temperatur die Soll-Temperatur, so steuert der Regler 172 den Antrieb 170 so an, dass der Zuführkanal 110 ein Stück in den Reaktorbehälter 102 hineingeschoben wird, so dass sich der Abstand 180 entsprechend verkleinert, so dass die Temperatur an der Mündung 112 ansteigt. Hierzu kann der Zuführkanal insgesamt bewegt werden. Alternativ ist der Zuführkanal teleskopartig ausgebildet, so daß beispielsweise nur ein am unteren Ende des Zuführkanals befindliches Teleskop- Element verschoben werden muß.
Durch die Regelung des Abstands 180 kann erreicht werden, dass die schwierigen Stoffe 122 möglichst nahe an der Reaktorzone 1 06 aus der Mündung 112 des Zuführkanals 110 austreten, so dass möglichst unmittelbar eine thermische Abfallbehandlung der schwierigen Stoffe 122 stattfind et. Besonders vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass die schwierigen Stoffe 1 22 nicht die Wandung des Reaktorbehälters 102 erreichen können. Auch eine sogenannte Deckelbildung oder die Bildung horizontaler Schichten aus den schwierigen Stoffen 122, wird so verhindert oder reduziert.
BESTATIGUNGSKOPIE Bezugszeichenliste
100 Schachtreaktor
102 Reaktorbehälter
104 Schacht
106 Reaktorzone
108 Brenner
110 Zuführkanal
112 Mündung
114 Austauschöffnungen
116 Zuführvorrichtung
118 Zellrad
120 Vorbehandlungsvorrichtung *'
122 Stoffen
124 Fördereinrichtung
126 Stoffe
128 Fördereinrichtung
130 Schüttvorrichtung
132 Zone
134 Brenner
136 Zone
138 Kurzschlussleitung
140 Ventil
142 Verbindungsleitung
144 Gasfördereinrichtung
146 Absperreinrichtung
148 Absperreinrichtung
149 Gas
150 Regler
152 Schüttung
154 Reaktormaterial
156 Austauschzone
158 Schleuse
160 Stopfvorrichtung BESTATIGUNGSKOPIE 162 Schnecke
164 Verbindungsleitung
166 externe Quelle
168 Pfeilrichtung
170 Antrieb
172 Regler
174 Speicherbereich
176 Speicherbereich
178 Temperatur-Sensor
180 Abstand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Gleichstromreaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit ersten Mitteln (128, 130; 160, 162) zur Zuführung von ersten Stoffen (126) in einen Reaktorbehälter (102), zweiten Mitteln (116, 118; 158) zur Zuführung von zweiten Stoffen (122) in den Reaktorbehälter, wobei die zweiten Mittel einen Zuführkanal (110) aufweisen und der Zuführkanal zu einer Reaktorzone (106) hin geöffnet ist, wobei die Reaktorzone zur thermischen Behandlung der ersten un zweiten Stoffe vorgesehen ist, und wobei die ersten Mittel so ausgebildet sind, dass sich durch die Zuführung der ersten Stoffe in dem Reaktorbehälter eine Schüttung (152) ausbildet.
2. Gleichstromreaktor nach Anspruch 1 , wobei der Zuführkanal so angeordnet ist, dass er durch die Schüttung hindurch zu der Reaktorzone hin verläuft.
3. Gleichstromreaktor nach Anspruch 1 , wobei der Zuführkanal so angeordnet ist, dass er je nach der Höhe der Schüttung oberhalb oder durch die Schüttung hindurch zu der Reaktorzone hin verläuft.
4. Gleichstromreaktor nach Anspruch 1 , 2 oder 3, mit Mitteln ( 108) zur Druchführung eines thermischen Abfallbehandlungsschritts, wobei d urch den thermischen Abfallbehandlungsschritts die Reaktorzone auf eine Temperatur im Bereich von ca. 1500 bis 2000 Grad Celsius aufheizbar ist, und der Zuführkanal bis kurz vor die Reaktorzone reicht.
5. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zuführkanal in vertikaler Richtung verläuft.
6. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zuführkanal in horrizontaler Richtung verläuft.
7. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
Mitteln (150) zur Erfassung einer Art und/oder Menge der von einem über die ersten Mitteln in den Reaktorbehälter zugeführten ersten Stoff,
Mitteln (150) zur Regelung der Zuführung eines zweiten Stoffs in Abhängigkeit von der Menge des ersten Stoffs.
8. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Mittel zur Zuführung von zweiten Stoffen eine Beschickungseinrichtung, ein Schleusensystem, insbesondere eine Doppelklappe, eine Zellradschleuse oder einen Stößel, aufweisen.
9. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Antriebsmitteln (138, 144; 166) zur Förderung des zweiten Stoffs durch den Zuführkanal.
10. Gleichstromreaktor nach Anspruch 9, wobei die Antriebsmittel einen Stößel, eine Fördereinrichtung und/oder Mittel zum Aufbau eines Drucks in dem Zuführkanal aufweisen.
11. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln (120) zur Vorbehandlung des zweiten Stoffs, um den zweiten Stoff vor Eintritt in den Zuführkanal zu konditionieren.
12. Gleichstromreaktor nach Anspruch 11 , wobei die Mittel zur Vorbehandlung eine Schurre, einen Trichter, Hacker, Dampfkessel, Shredder, eine Mühle, Mischer und/oder ein Sieb oder dergleichen aufweisen.
13. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit ein oder mehreren Öffnungen (114), die entlang des Zuführkanals angeordnet sind.
14. Gleichstromreaktor nach Anspruch 13, wobei die ein oder mehreren Öffnung (1 4) in dem Zuführkanal für einen Stofftransport des zweiten Stoffs aus dem Zuführkanal in den Reaktorbehälter, für einen Wärmetransport und/oder einen Druckausgleich zwischen dem zweiten Stoff in dem Zuführkanal und dem Reaktorbehälter ausgebildet sind.
15. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeleitfähigkeit einer Wandung des Zuführkanals in Längsrichtung des Zuführkanals veränderlich ist.
16. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zuführkanals eine Außen- und/oder Innenbeschichtung zur Verbesserung des Gleitverhaltens des ersten Stoffs und/oder des zweiten Stoffs entlang des Zuführkanals aufweist.
17. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens ersten und zweiten Abschnitten, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
18. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zuführkanal relativ zu der Lage der Reaktorzone (106) verstellbar ist.
19. Gleichstromreaktor nach Anspruch 18, mit einem Antrieb zur Verstellung des Zuführkanals, Mitteln zur Erfassung einer Temperatur an einer Mündung (112) des Zuführkanals zu der Reaktorzone, und einem Regler zur Regelung des Antriebs, so dass die Temperatur an der Mündung eine vorgegebene Temperatur nicht überschreitet.
20. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten Austauschzone (136) an einem ersten Ende des Zuführkanals zur Behandlung der zweiten Stoffe.
21. Gleichstromreaktor nach Anspruch 20, wobei die erste Austauschzone zur Behandlung der zweiten Stoffe durch Reaktion, Erwärmung, Abkühlung, Inertisierung, Druckbeaufschlagung oder dergleichen ausgebildet ist.
22. Gleichstromreaktor nach Anspruch 20 oder 21 , wobei die erste Austauschzone in einem Kopfbereich des Reaktors angeordnet ist.
23. Gleichstromreaktor nach Anspruch 20, 21 oder 22, mit einer zweiten Austauschzone (132), die mit der ersten Austauschzone zu einem Stoff-, Temperatur- und/oder Druckaustausch verbunden ist.
24. Gleichstromreaktor nach Anspruch 23, wobei die zweite Austauschzone zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende des Zuführkanals angeordnet ist.
25. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 24, wobei die erste Austauschzone zur Verbindung mit einem externen Aggregat (166) für einen Stoff-, Temperatur- und/oder Druckaustausch verbindbar ist.
26. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Reaktorzone ein Vergasungs-, Pyrolysen- und/oder Thermolyse-Schritt erfolgt.
27. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den ersten Stoffen um Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handelt.
28. Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den zweiten Stoffen um überwiegend oder vollständig feuchte, kleinstückige, staubförmige, toxische, krankheitserregende, flüssige und/oder gasförmige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle, handelt.
29. Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung mit folgenden Schritten:
Zuführung eines ersten Stoffs (126) in einen Reaktorbehälter (102), so dass sich in dem Reaktorbehälter eine Schüttung (152) ausbildet, die im wesentlichen den ersten Stoff beinhaltet, gesonderte Zuführung eines zweiten Stoffs (122) in den Reaktorbehälter über einen Zuführkanal (110), wobei die Menge des zweiten Stoffs von der Menge des zugeführten ersten Stoffs abhängt, und wobei der Zuführkanal eine Mündung (112) zu einer Reaktorzone (106) aufweist, aus der der zweite Stoff in die Reaktorzone gelangt,
Durchführung eines Thermolyse-, Pyrolyse- und/oder Vergasungsschritts zur thermischen Abfallbehandlung des ersten und zweiten Stoffs in der Reaktorzone, wobei die thermische Abfallbehandlung bei einer Gleichstromführung erfolgt.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der zweite Stoff vor der Zuführung in den Zuführkanal konditioniert wird.
31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, wobei es sich bei dem ersten Stoff um Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handelt.
32. Verfahren nach Anspruch 29, 30 oder 31 , wobei es sich bei dem zweiten Stoff um überwiegend oder vollständig feuchte, kleinstückige, staubförmige, toxische, krankheitserregende, flüssige und/oder gasförmige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle, handelt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei die Position der Mündung relativ zu der Reaktorzone in Abhängigkeit von einer an der Mündung gemessen Temperatur erfolgt.
34. Anlage zur thermischen Abfallbehandlung
- einem Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28 zur Verwendung als thermische Vorbehandlungsstufe und
- einem dem Reaktor nachgeschaltetem Hauptreaktor.
35. Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung mit folgenden Schritten:
- - thermische Vorbehandlung von ersten und zweiten Stoffen nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 29 bis 33
- nachfolgende Hochtemperaturbehandlung.
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