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