WO2006018401A1 - Röstvorrichtung für pflanzliches schüttgut sowie verfahren zum betreiben einer röstvorrichtung für pflanzliches schüttgut - Google Patents

Röstvorrichtung für pflanzliches schüttgut sowie verfahren zum betreiben einer röstvorrichtung für pflanzliches schüttgut Download PDF

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WO2006018401A1
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roasting
exhaust
exhaust gas
oxidation
oxidation bed
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PCT/EP2005/053873
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Stephan Lange
Gerhard A. Jansen
Uwe MÖLLER-WILLENBERG
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Probat-Werke Von Gimborn Maschinenfabrik Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F23G7/068—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23N—MACHINES OR APPARATUS FOR TREATING HARVESTED FRUIT, VEGETABLES OR FLOWER BULBS IN BULK, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PEELING VEGETABLES OR FRUIT IN BULK; APPARATUS FOR PREPARING ANIMAL FEEDING- STUFFS
    • A23N12/00—Machines for cleaning, blanching, drying or roasting fruits or vegetables, e.g. coffee, cocoa, nuts
    • A23N12/08—Machines for cleaning, blanching, drying or roasting fruits or vegetables, e.g. coffee, cocoa, nuts for drying or roasting
    • A23N12/12—Auxiliary devices for roasting machines
    • A23N12/125—Accessories or details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/50—Combustion in a matrix bed combustion chamber

Definitions

  • roasting device for vegetable bulk material and method for operating a roasting device for vegetable bulk material
  • the invention relates to a roasting device for vegetable debris, in particular coffee beans. Furthermore, the invention relates to a method for operating a roasting device for vegetable bulk material, in particular coffee beans.
  • Max. 50 mg / m 3 C GP5 Max. 100 mg / m 3 CO, max. 20 mg / m 3 formaldehyde, max. 100 mg / m 3 acetic acid, max. 350 mg / m 3 SO 2 , below 350 mg / m 3 SMOx.
  • a special feature of the coffee roasting process is that the coffee beans in the roasting reaction form considerable amounts of nitrogen compounds, which accumulate in the roasting air.
  • the nitrogen compounds In the catalytic exhaust gas combustion, large proportions of the nitrogen compounds oxidize to NOx. In this case, the more NOx is formed in the purified exhaust gas, the higher the concentration of the carbon compounds, which must be ox ⁇ diert.
  • the Röstabgasstrom is heated with the support flame of a fan burner to a temperature of about 800 0 C.
  • a sufficient turbulence and residence time of the roasting flue gases in the hot reaction region must be ensured (see EP 0 862 370 B1).
  • the process is expensive because it requires a lot of energy to heat the roast exhaust gas stream. Even with additionally installed heat exchangers to recover the heat of exhaust gas only limited efficiency of about 70% can be realized.
  • the catalytic roasting exhaust gas combustion Catalysts enable a combustion process at comparatively low temperatures. The process is very temperature sensitive. In most cases, regulated preheating devices with fan burners are necessary for increasing the temperature of the roasting exhaust gases before the occurrence of the catalyst.
  • the catalytically active layers are sensitive to increasing pollutant concentration. They can not treat too high concentrations of flammable substances and must be protected against destruction by excessive reaction temperatures. Even in normal operation, the catalytically active layers lose their effectiveness over time. Because they are precious metal catalysts, any replacement is expensive.
  • the object of the invention is to provide a roasting device for roasting vegetable scraps, in particular coffee beans, achieved in which an emission reduction and at the same time a high degree of heat utilization can be achieved. It is another object of the invention to provide a corresponding method for operating a roasting device.
  • the object is achieved by a roasting device according to claim 1 or a method for operating a roasting device according to claim 11.
  • the present invention relates to a method and a device for roasting vegetable bulk solids, wherein the exhaust gases from the roasting process of a flameless Ox ⁇ dationen, regenerative, thermal Ox ⁇ dation for the purification of air pollutants and odors are supplied and preferably in the Ox ⁇ dation the exhaust air pollutants released energy is immediately made available to the process.
  • the roasting device for plant debris, in particular coffee beans, cocoa beans and the like.
  • a roasting container in which the bulk material is roasted This is, for example, a roasting drum.
  • a heated gas usually air
  • the roasting container is connected to a gas heating furnace.
  • an exhaust gas purification device is connected to the roasting container via one or more Abgaslettungen. If appropriate, further intermediate elements, such as, for example, a solids purification device, fans and the like, are arranged between the roasting container and the exhaust gas purification device.
  • the inventively embodied exhaust gas purification device has an oxidation bed for the oxidation of pollutants contained in the exhaust gases.
  • the oxidation bed has porous, heat-storing and heat-exchanging Materia! on.
  • the provision of an oxidation bed in the exhaust gas purification device can result in flameless, regenerative, thermal oxidation of the airborne substances and / or odors.
  • the exhaust gas purification device according to the invention additionally has a heating element.
  • a central area for example the bed center, or a central area can be heated to a reaction temperature for the oxidation and / or self-decomposition temperature for roast-exhaust gas-specific exhaust gas pollutants.
  • the necessity of introducing additional energy into the exhaust gas, by means of which heating and reheating of the oxidation bed can be achieved, is reduced, so that the costs can be considerably reduced.
  • the inventive provision of an exhaust gas purification device with oxidation bed does not have the disadvantages of a catalyst, since the functionality of the exhaust gas clean-up device is ensured within large ranges for pollutant concentration. In particular, if the temperature is too high, for example, there is no destruction or damage to the oxidation bed.
  • the oxidation bed is preferably arranged between two gas-permeable, in particular perforated, trays. This makes it possible to Ox ⁇ datio ⁇ sbett made of loose individual parts, since the oxidation Bctt is stable due to the provision of the soil.
  • the exhaust gas purification device comprises a flow reversing device.
  • This has the advantage that when the pollutants are oxidized in a central region or a second subregion of the oxidation bed, the heat produced here can be absorbed by a first or third subregion of the oxidation bed which adjoins the second or middle subregion.
  • a heating of a first portion of the oxidation bed since this is arranged in the flow direction behind the central portion.
  • the oxidation of the gas in the middle or second partial area and then a heating of the third portion which is arranged in the flow direction behind the central portion in which the oxidation takes place thus by the reversal of the flow direction, the resulting in the oxidation and Heat stored in a partial region of the oxidation bed can be used for preheating to the reaction temperature of the exhaust gases immediately before their oxidation.
  • the oxidation bed is a random bed, preferably of ceramic Fullkörpcrn same size.
  • the packing elements are made of refractory material with heat-retaining and heat-exchanging properties.
  • the fillers are rings with inner webs and wall breakthroughs, but other shapes such. B. Pall rings, Rasch ⁇ g rings, Berl saddles and other known per se from the distillicr and Rekt ⁇ fiziertstechnik Fullkörpcr used.
  • the oxidation activity as Fill of fillers is a porous layer that is heated, and then has a characteristic temperature profile in the operating state with maximum temperature in the center region. The materially uniform layer can be imagined, depending on the local prevailing temperatures, in partial layers.
  • the flameless oxidation of the roast exhaust-specific air pollutants takes place within the hottest area of the porous packed bed. This temperature peaks, as they occur on fronts of free flames, avoided. This contributes to the fact that a thermal nitrogen oxide formation in the roasting exhaust gas is largely suppressed in the flameless thermal oxidation.
  • an oxygen content in the roasting exhaust gas of at least about 3% and a reaction temperature in the full-body layer of about 850 0 C - 1,000 0 C are required.
  • the flow reversing device is designed such that it has two valves, which are provided in the region of an inlet opening and an outlet opening of the exhaust gas purification device. Between the inlet opening and the outlet opening are provided two flow channels, which are flowed through in different directions depending on the position of the valves.
  • an additional energy supply device is preferably provided.
  • This is, in particular, an indirect energy supply device in that a fuel gas is injected into it to heat the exhaust gases. The combustion gas c ⁇ ngeduste in the exhaust gases oxid ⁇ crt then in the central region of the oxidation bed and causes the desired heating of this area.
  • all processes in the roasting device are automatically controlled via corresponding sensors, in particular temperature sensors, which are connected to a control device.
  • an oxidation bed arranged in an exhaust gas purification device is preheated to a reaction temperature for the oxidation and / or self-decomposition temperature for roast exhaust gas-specific exhaust gas pollutants.
  • an exhaust gas stream is passed from a Röst awarecr to the exhaust gas purification device, wherein the exhaust gas stream is heated in a first portion of the oxidation bed.
  • a flameless, regenerative, thermal oxidation of the roast exhaust gas-specific exhaust gas pollutants takes place.
  • the heat energy of the combustion gases flows through a third subregion of the oxidation bed to this issued.
  • the exhaust gas flows through a part of the oxidation bed preheated due to the oxidation before it then oxidizes in the middle or second part of the oxidation bed.
  • the purified exhaust gas is then, for example, through a chimney or dgf. drained into the atmosphere.
  • a part of the purified exhaust gas may be supplied to the air-heating furnace in which the air to be supplied to the roasting container is heated. This has the advantage that the heat contained in the exhaust gas is further used in the roasting process.
  • the central portion of the oxidation bed is maintained at reaction temperature for the oxidation of roast exhaust specific exhaust gas pollutants.
  • an indirect heating of this area can take place by mixing fuel gases into the exhaust gas flow.
  • the dissipation temperature of the Röstabgases by about 40 - 60 °, preferably by about 50 ° higher than when entering the oxidation bed.
  • the holding at the reaction temperature of the central region of the oxidation bed is automatically controlled and in particular monitored by means of a plurality of temperature sensors.
  • An essential advantage of the roasting device according to the invention and the roasting process according to the invention is that essentially the roasting process and the process of the exhaust gas purification are decoupled from one another and does not have the disadvantages of thermal and catalytic roasting exhaust gas combustion.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a roasting arrangement according to the invention for plant debris, in particular coffee beans, including a regenerative emission control system.
  • Fig. 2 shows a variant of the arrangement according to Fig. 1 with a greedlc ⁇ tung for a partial flow of Röstabgase to the air heating furnace for Röstzu Kunststoff.
  • Fig. 3 shows a variant of the arrangement according to Fig. 1 with the return of a partial flow of thermally cleaned exhaust air from the regenerative emission control system for air heating furnace for roasting air.
  • Fig. 4 shows a schematic partial section through the regenerative thermal Abgasrc ⁇ n Trentsstrom with from bottom to top flowed through oxidation bed.
  • Fig. 5 shows a schematic partial section through the regenerative thermal Abgasan ⁇ n Trentsstrom with from top to bottom flowed through oxidation bed.
  • the coffee bean roasting system shown schematically in FIG. 1 comprises a roaster with roasting drum or roasting container 3 to which the coffee beans to be roasted are supplied from the machine hopper 1 as soon as the automatically controlled filling flap 2 opens.
  • the coffee beans roasted in the roasting drum 3 in a hot air stream coming from the gas or air heating oven 4 are fed to a cooler 10. In it they are cooled in a Kuhlluftstrom and then delivered to a not shown in detail Entsteinungsstrom.
  • a connecting tube 36 between the machine hopper 1 and the roasting drum 3 has a branch 37, which is connected to an exhaust outlet 38 of the Rösttrommcl 3 and is guided together with this to a Röstzyklon 6.
  • a branch 37 is connected. Through the branch 37, the Röstabgase be sucked from the roasting drum 3. At the exhaust gas outlet 38, an offgas stream, which has indirectly heated the roasting drum 3 from the outside, is added to the roasting exhaust gas stream.
  • the Röstabgasstrom from the branch 37 and the exhaust gas stream from the exhaust gas outlet 38 are cleaned together as a flow of exhaust gas in Röstzyklon 6 of pellets and dust.
  • roasting types and both batch and continuous roasting plants can be used; It is also possible to use plants for roasting other vegetable bulk material, for example cocoa, nuts or cereals.
  • an oxidation bed 11 which is arranged in an exhaust gas purification device 39, with an electric heating element 40 (FIGS. 4 and 5) in a second partial area or the bed center 16 to an operating temperature between about 850 to 1000 0 C heated.
  • the oxidation bed 11 consists of a porous layer of ceramic full body, which is arranged in the center of an effectively thermally insulated container 26 between perforated plates 41, 42.
  • the oxidation bed 11 arranged in the exhaust gas recirculation device 39 which is delimited by the two bottoms 41, 42, can be thoughtfully divided into layers 16, 43, 44 and 45 due to the local temperature ranges.
  • the middle layer 16 forms the second subregion or the middle subregion of the oxidation substrate bed. In this part of the oxidation takes place. Possibly.
  • the middle portion still extends into the layers 43 adjacent to the layer 16.
  • the layers 44, 45 form the first or the third subregion of the oxidation bed 11 depending on the direction of flow. These regions can also extend into the boundary layer 43.
  • the roasting fan 7 conveys the mechanically cleaned Röstab poverty through the pipe 24 to Röstab povertyventilator 14. This promotes frequency controlled the respective volume flow Röstab poverty by automatically held at operating temperature oxidation bed 11.
  • the oxidation bed 11 is used for flameless Ox ⁇ dieren the odor and air pollutants of Röstabgases and as heat storage for the heat of reaction.
  • the energy released in the oxidation of the roast-exhaust-specific air pollutants contributes substantially to the maintenance of the Pi ozesstemperatur in the oxidation bed 11 at. Heat losses from the oxidation bed are inevitable.
  • the flow direction of the roasting exhaust gases through the oxidation bed 11 is changed periodically. In one phase (FIG.
  • the poppet valve 20 which is arranged in the region of an inlet opening 46, indicates the Röstab povertystrom the way to the lower air distribution chamber 12 and the lower Strömungskanai 12 free.
  • the roasting exhaust gases to be purified then flow from bottom to top through the oxidation bed 11, as shown in FIG. 4.
  • the exhaust gases first flow through the first subarea, i. H . the layers 45, 44, and are heated in this case before they reach after passing through the intermediate layer 43 in the central portion 16, in which the exhaust gases are oxidized. Thereafter, the oxidized exhaust gases flow through the third portion, ie the upper layers 43, 44 and 45 in FIG. 4, which are heated as they flow through.
  • the cleaned Röstab poverty is discharged via the upper air distribution chamber 13 to the container outlet 27.
  • the poppet valves 20 and 21 switch over and the roast exhaust gas to be cleaned then flows from top to bottom down through the oxidation bed 11, as shown in FIG. 5, coming from the upper air distribution chamber 13.
  • the poppet valves 20, 21 thus form the flow reversing device in the illustrated embodiment.
  • the roast exhaust gases to be cleaned are heated from the entry of the roasting exhaust gases into the oxidation bed 11, in each case in the first half of the oxidation bed.
  • the thermally purified roasting exhaust gases then re-enthalpy the enthalpy in the second half of the Oxidat ⁇ onsbetts 11 to the ceramic Fullkörpcr
  • the released during the oxidation heat energy is stored at a high energy efficiency of Keram ⁇ kmaterial the Oxidat ⁇ onsbetts 11 after reversal of the flow direction to ensure the heating of the roast exhaust air to the oxidation temperature.
  • the cleaned Röstabluft is derived through a chimney 18 to the atmosphere.
  • the system can also be expanded with an exhaust storage tank 17 and installations for sensible steering of the exhaust air.
  • the unpurified roast exhaust gas from the container outlet 27, is directed through the opened butterfly valve 22 into the exhaust gas storage tank 17.
  • the Röstabgas recirculated from the exhaust storage tank 17 through the open butterfly valve 23 and a pipe 15 before the Röstabluftventüator 14 back into the cleaning process. From the top of the exhaust storage tank 17 cleaned exhaust air from the chimney 18 is admitted during this phase.
  • an automatic temperature control ensures that fuel gas serving as the energy supply device serves as a fuel gas.
  • B. natural gas - is injected into the intake of the Röstabluftventilators 14.
  • the gas supply is switched on and off automatically on the basis of the signals from thermocouples to the programmable logic controller.
  • the automatic is also active in stand-by mode when z. B. the air heater 4 is out of operation or the roasting operation is interrupted. In conjunction with the roasting plant, the system for flameless regenerative thermal roasting exhaust gas cleaning is automatically controlled and monitored.
  • fresh air can be zudos ⁇ ert by controlled opening of the fresh air damper 19 the exhaust air flow, which is funded by the Röstabluftventilator 14.
  • Odor-laden exhaust air from the radiator 10 of the exhaust gas recapitulation device 39 can additionally be supplied by a flap 50 in order to be cleaned in the oxidation bed 11 together with the roasting-off gas stream.
  • the supply of Kuhlab Kunststoff by a Kuhlab Kunststoffventilator 51, Kuhlab Kunststoffrohrle ⁇ tung 52, Kuhlab Kunststoffzyklon 53 and Kuhlab Kunststoffrohr ein 54 can be carried out in batch mode by appropriate control or even sporadically only in the initial phase of Kuhlreaes.
  • FIG. 2 shows a variant of the system from FIG. 1, which differs primarily in that the roast exhaust air flow is divided by a flow divider 28 into two partial flows.
  • the main flow of the roasting exhaust gases is recycled through a recirculation line 29 and a control flap 30 to the air heating furnace 4 and there again to the required roasting air temperature heated
  • the other partial flow is the excess volume from the roast air creepage; It has a comparatively higher concentration of odors and pollutants and is fed via the roasting exhaust gas pipe 24 and the Röstabluftventilator 14 to the container 26.
  • the plant for Flammcnschen regenerative thermal oxidation works as described under Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a variant of the system of Fig. 1, which differs primarily in that it returns a partial flow of thermally cleaned exhaust air from the container outlet 27 to the air heating furnace 4, where it is heated to the required heat level of Röstzu Kunststoff.
  • the thermally cleaned exhaust air is thus thus at least partially used as Röstzu Kunststoff. In this way, the heat energy of the purified exhaust air is largely utilized.
  • a flow divider 31 is arranged for two partial streams. He directs a partial flow of purified exhaust air through the chimney 18 into the open. The second partial flow is guided through pipe 32 to a fan 33.
  • the fan 33 conveys the partial exhaust air flow through the Rez ⁇ rkulationstechnisch 34 in the air heating furnace 4.
  • the temporal automatic regulation of the flow rate in a conventional manner by means of a frequency-controlled drive motor on the fan 33 or by means of control valves 35, 36 in the pipes.

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Abstract

Eine Röstvorrichtung für pflanzliches Schüttgut, insbesondere Kaffeebohnen, weist einen Röstbehälter (3) zum Rösten des pflanzlichen Schuttgutes auf. Mit dem Röstbehälter (3) ist ein Gaserhitzungsofen (4) zum Zuführen erhitzter Gase in den Röstbehälter (3) verbunden. Ferner weist die Röstvorrichtung eine über eine Gasleitung (24) mit dem Röstbehälter (3) verbundene Abgas- Reinigungseinrichtung (39) auf. Zur Abgasreinigung weist die Abgas- Reinigungseinrichtung (39) ein Oxidationsbett (11) aus porösem, wärmespeichernden und wärmetauschendem Material auf. Ferner ist in der Abgas-Reinigungseinrichtung ein Heizelement (40) zum Erwärmen eines mittleren Bereichs (16) des Oxidationsbettes auf Oxidations- und/ oder Selbstzersetzungstemperatur und eine Strömungsumkehreinrichtung (20, 21) zum Umkehren der Strömungsrichtung durch das Oxidationsbett (11) vorgesehen.

Description

Röstvorrichtung für pflanzliches Schüttgut sowie Verfahren zum Betreiben einer Röstvorrichtunq für pflanzliches Schüttgut
Die Erfindung betrifft eine Röstvorrichtung für pflanzliches Schuttgut, insbesondere Kaffeebohnen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Röstvorrichtung für pflanzliches Schüttgut, insbesondere Kaffeebohnen.
Beim Rösten pflanzlicher Produkte bilden sich aus den organischen Röstverlusten Geruchsstoffe und gasförmige organische Luftschadstoffe. Beim Kaffeerösten z. B. bilden sich im Wesentlichen Substanzen aus folgenden Stoffgruppen : Aldehyde, Alkohole, Amine, Phenole, Carbonsäuren, Ester, Ketone, Mercaptane und Kohlenmonoxyd. Die mit diesen Stoffen beladenen Röstabgase müssen durch geeignete Abgasreϊnigungsverfahren gereinigt - und von produktspezϊfischen Gerüchen befreit werden, bevor sie in die Atmosphäre abgeleitet werden dürfen. Dabei sind die gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Für Deutschland legt die Verwaltungsvorschrift „TA Luft" zum Bundes-Immissionsschutzgesetz die Emissionsanforderungen fest; d. h. die Konzentrationen in der Abluft dürfen sein :
max. 50 mg/m3 CGP5, max. 100 mg/m3 CO, max. 20 mg/m3 Formaldehyd, max. 100 mg/m3 Essigsäure, max. 350 mg/m3 SO2, unter 350 mg/m3 SMOx.
Eine Besonderheit des Kaffeeröstprozesses ist, dass sich aus den Kaffeebohnen bei der Röstreaktion beachtliche Mengen Stickstoffverbindungen bilden, die sich in der Röstabluft anreichern. Bei der katalytischen Abgasverbrennung oxidieren große Anteile der Stickstoffverbindungen zu NOx. Dabei wird umso mehr NOx im gereinigten Abgas gebildet, je höher die Konzentration der Kohlenstoffverbϊndungen ist, die oxϊdiert werden muss.
Um die Schadstoffe in der Röstabluft zu CO? und H2O zu oxidieren und die Abluft von produktspezifischen Gerüchen zu befreien, sind nach dem Stand der Technik im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt und in herkömmlichen Industrieanlagen im Einsatz (vgl . VDI-Rϊchtlinie VDI 3892 vom Februar 2003) :
I. Die thermische Röstabgasverbrennung :
Dabei wird der Röstabgasstrom mit der Stützflamme eines Gebläsebrenners auf eine Temperatur von über etwa 800 0C aufgeheizt. Eine ausreichende Turbulenz und Verweilzeit der Röstabgase im heißen Reaktionsbereich muss sichergestellt werden (vgl. EP 0 862 370 Bl). Das Verfahren ist teuer, weil es viel Energie zum Erhitzen des Röstabgasstromes erfordert. Auch bei zusätzlich installierten Wärmeaustauschern zur Ruckgewinnung der Abgaswärme sind nur begrenzte Nutzungsgrade von ca. 70% realisierbar.
II. Die katalytische Röstabgasverbrennung: Katalysatoren ermöglichen einen Verbrennungsprozess bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Der Prozess ist aber sehr temperaturempfindlich. Meist sind zur Temperaturerhöhung der Röstabgase vor dem Katalysatoreϊntritt geregelte Vorheizeinrichtungen mit Gebläsebrenner notwendig. Die katalytisch aktiven Schichten sind gegenüber steigender Schadstoffkonzentration empfindlich. Sie können zu hohe Konzentrationen an brennbaren Stoffen nicht behandeln und müssen gegen Zerstörung durch zu hohe Reaktionstemperaturen gesichert werden. Auch im Normalbetrieb verlieren die katalytisch aktiven Schichten mit der Zeit ihre Wirksamkeit. Da es sich um Edelmetall-Katalysatoren handelt, ist jede Erneuerung teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röstvorrichtung zum Rösten von pflanzlichem Schuttgut, insbesondere Kaffeebohnen, zu schaffen, bei der eine Emissionsminderung erzielt und gleichzeitig ein hoher Wärmenutzungsgrad erreicht werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Röstvorrichtung zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Röstvorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Röstvorrichtung gemäß Anspruch 11.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rösten von pflanzlichen Schüttgütern, wobei die Abgase aus dem Röstprozess einer flammenlose Oxϊdationen, regenerativen, thermischen Oxϊdation zur Reinigung von Luftschadstoffen und Geruchsstoffen zugeführt werden und wobei vorzugsweise die bei der Oxϊdation der Abluft-Schadstoffe freigesetzte Energie unmittelbar dem Prozess zur Verfügung gestellt wird.
Die erfindungsgemäße Röstvorrichtung für pflanzliches Schuttgut, insbesondere Kaffeebohnen, Kakaobohnen und dgl. weist einen Röstbehälter auf, in dem das Schüttgut geröstet wird Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Rösttrommel. Durch den Röstbehäiter wird ein erhitztes Gas, üblicherweise Luft, zum Rösten des Schüttgutes geleitet. Hierzu ist der Röstbehälter mit einem Gaserhitzungsofen verbunden. Ferner ist mit dem Röstbehälter über eine oder mehrere Abgaslettungen eine Abgas- Reinigungseinrichtung verbunden. Ggf.. sind zwischen dem Röstbehälter und der Abgas-Reinϊgungseinrichtung weitere Zwischenelemente, wie beispielsweise eine Feststoff-Reinigungseinrichtung, Ventilatoren und dgl,, angeordnet.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Abgas-Reinigungseinrichtung weist ein Oxidationsbett zur Oxidation von in den Abgasen enthaltenen Schadstoffen auf. Hierzu weist das Oxidationsbett poröses, wärmespeicherndes und wärmetauschendes Materia! auf. Durch das Vorsehen eines Oxidationsbettes in der Abgas-Reinigungseinrichtung kann eine flammenlose, regenerative, thermische Oxidation der Lu ftsch ad Stoffe und/ oder Geruchsstoffe erfolgen. Hierzu weist die Abgas-Reinigungseinrichtung erfindungsgemäß zusätzlich ein Heizelement auf. Durch das Heizelement kann ein Zentralbereich, beispielsweise die Bettmitte, bzw. ein Mittenbereich auf eine Reaktionstemperatur für die Oxidation und/ oder Selbstzersetzungstemperatur für röstabgasspezifische Abgasschadstoffe erwärmt werden. Auf Grund der erfindungsgemäßen Oxidation der Abgasschadstoffe in dem Oxidationsbett ist die Notwendigkeit des Einbringens zusätzlicher Energie in das Abgas, durch das eine Auf- und Nachheizung des Oxidationsbettes erzielt werden kann, verringert, so dass die Kosten erheblich reduziert werden können. Auch weist das erfindungsgemäße Vorsehen einer Abgas-Reinigungseinrichtung mit Oxidationsbett nicht die Nachteile eines Katalysators auf, da die Funktionsfähigkeit der Abgas-Reinϊgungseinrichtung innerhalb großer Bereiche für Schadstoffkonzentration gewährleistet ist. Insbesondere erfolgt bei einer beispielsweise zu hohen Temperatur keine Zerstörung oder Beschädigung des Oxidationsbettes.
Vorzugsweise ist das Oxidationsbett zwischen zwei gasdurchlässigen, insbesondere perforierten Böden angeordnet. Hierdurch ist es möglich, ein Oxϊdatioπsbett aus losen Einzelteilen herzustellen, da das Oxidationsbctt auf Grund des Vorsehens der Böden stabil ist.
Als ein wesentliches Merkmal der Erfindung weist die Abgas- Reinigungseinrichtung eine Strömungsumkehreinrϊchtung auf. Durch diese wird die Strömungsrichtung, in der die Abgase durch das Oxidationsbctt strömen, in geeigneten Zeϊtabständcn umgekehrt. Dies hat den Vorteil, dass beim Oxidieren der Schadstoffe in einem mittleren Bereich bzw. einem zweiten Teilbereich des Oxidationsbetts die hierbei entstehende Wärme von einem ersten oder dritten Teilbereich des Oxidationsbettes, der an den zweiten bzw. mittleren Teilbereich angrenzt, aufgenommen werden kann. Beim Durchströmen in eine Richtung erfolgt beispielsweise ein Erwärmen eines ersten Teilbereichs des Oxidationsbettes, da dieser in Strömungsrichtung hinter dem mittleren Teilbereich angeordnet ist. Durch Umkehrung der Strömungsrichtung strömt das zu r einigende Abgas zuerst durch den erwärmten ersten Teilbereich und wird hierbei weiter erwärmt. Anschließend erfolgt die Oxidation des Gases in dem mittleren bzw. zweiten Teilbereich und sodann eine Erwärmung des dritten Teilbereichs, der in Durchströmungsrichtung hinter dem mittleren Teilbereich, in dem die Oxidation stattfindet, angeordnet ist Durch die Umkehr der Strömungsrichtung kann somit die bei der Oxidation entstehende und in einem Teilbereich des Oxidationsbettes gespeicherte Wärme zur Vorwärmung auf Reaktionstemperatur der Abgase unmittelbar vor deren Oxidation genutzt werden.
Das Oxidationsbett ist eine regellose Schüttung, vorzugsweise aus keramischen Fullkörpcrn gleicher Größe. Die Füllkörper sind aus feuerfestem Material mit wärmespeichernden und wärmetauschenden Eigenschaften hergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Füllkörpern um Ringe mit Innenstegen und Wanddurchbruchen, jedoch sind auch andere Formen wie z. B. Pallringe, Raschϊg-Ringe, Berl-Sättel und andere an sich aus der Destillicr- und Rektϊfiziertechnik bekannte Fullkörpcr einsetzbar. Das Oxidationsbctt als Schüttung aus Füllkörpern ist eine poröse Schicht, die aufgeheizt, wird und dann im Betriebszustand ein charakteristisches Temperaturprofil mit Maximum-Temperatur im Mittenbereich aufweist. Die stofflich einheitliche Schicht kann man sich gedanklich, je nach den örtlichen vorherrschenden Temperaturen, in Teilschichten vorstellen.
Die flammenlose Oxidation der röstabgasspezifischen Luftschadstoffe läuft innerhalb des heißesten Bereichs der porösen Füllkörperschicht ab. Dabei werden Temperaturspitzen, wie sie an Fronten freier Flammen auftreten, vermieden. Das trägt dazu bei, dass eine thermische Stickoxid-Bildung im Röstabgas bei der flammenlosen thermischen Oxidation weitgehend unterdrückt wird.
Für die flammenlose Oxidation der röstabgasspezifischen Luftschadstoffe sind ein Sauerstoffgehalt im Röstabgas von mindestens etwa 3 % und eine Reaktionstemperatur in der Fullkörperschicht von etwa 850 0C - 1.000 0C erforderlich.
Sind die vorgenannten Bedingungen hinsichtlich Sauerstoffgehait und Reaktionstemperatur erfüllt, können auch niedrige Konzentrationen der Luftschadstoffe im Röstabgas, die eine normale Verbrennung nicht unterstützen können, sicher oxidiert und/ oder zersetzt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei einer wirkungsvollen Wärmeisolierung der Abgas-Reinigungseinrichtung und des Mantels des Oxidationsbettes, im Dauerröstbetrieb, bei normaler Konzentration der Luftschadstoffe im Röstabgas, für die Aufheizung des Oxidationsbettes auf Reaktionstemperatur keine externe Energiezufuhr benötigt wird.
Vorzugsweise ist die Strömungsumkehreinrichtung derart ausgebildet, dass sie zwei Ventile aufweist, die im Bereich einer Einlassöffnung bzw. einer Auslassöffnung der Abgas-Reinigungseinrϊchtung vorgesehen sind. Zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung sind zwei Strömungskanäle vorgesehen, die je nach Stellung der Ventile in unterschiedliche Richtungen durchströmt werden.
Um sicherzustellen, dass der mittlere Teilbereich des Oxidationsbettes stets die erforderliche Temperatur aufweist, kann dieser bei Unterschreiten einer Schwelltemperatur erwärmt werden. Um ein Unterschreiten der Temperaturschwellc in dem mittleren Bereich des Oxidationsbettes zu vermeiden, ist vorzugsweise eine zusätzliche Energiezufuhreinrϊchtung vorgesehen. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine mittelbare Energiezufuhreinrichtung, indem zur Erwärmung der Abgase in diese ein Brenngas eingedust wird. Das in die Abgase cϊngeduste Brenngas oxidϊcrt sodann in dem mittleren Bereich des Oxidationsbettes und bewirkt die gewünschte Erwärmung dieses Bereichs.
Vorzugsweise werden sämtliche Prozesse in der Röstvorrichtung über entsprechende Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, automatisch gesteuert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, das vorzugsweise zum Betreiben der vorstehend beschriebenen Röstvorrichtung geeignet ist, wird ein in einer Abgas-Reinigungseinrichtung angeordnetes Oxidationsbett auf eine Reaktϊonstemperatur für die Oxidation und/ oder Selbstzersetzungstemperatur für röstabgasspezifische Abgasschadstoffe vorgeheizt. Anschließend wird ein Abgasstrom aus einem Röstbehältcr zu der Abgas-Reinigungseinrichtung geleitet, wobei sich der Abgasstrom in einem ersten Teilbereich des Oxidationsbettes erwärmt. In dem zweiten Teilbereich bzw. dem mittleren Teilbereich des Oxidationsbettes, das der Abgasstrom sodann durchströmt, erfolgt eine flammenlose, regenerative, thermische Oxidation der röstabgasspezifischen Abgasschadstoffe. Die bei der Oxidation entstehende Wärmeenergie der Verbrennungsgase wird im nächsten Schritt beim Durchströmen eines dritten Teilbereichs des Oxidationsbettes an dieses abgegeben. Durch ein Ändern der Durchströmungsrichtung des Abgasstroms durch das Oxidationsbett strömt das Abgas durch einen auf Grund der Oxidation vorgewärmten Teilbereich des Oxidationsbettes bevor es sodann in dem mittleren bzw. zweiten Teilbereich des Oxidationsbettes oxidϊert. Das gereinigte Abgas wird sodann beispielsweise durch einen Kamin oder dgf . in die Atmosphäre abgelassen. Ebenso kann ein Teil des gereinigten Abgases dem Lufterhitzungsofen, in dem die dem Röstbehälter zu geführte Luft erhitzt wird, zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass die in dem Abgas enthaltene Wärme im Röstprozess weiter genutzt wird.
Vorzugsweise wird der mittlere Teilbereich des Oxidationsbettes auf Reaktionstemperatur für die Oxidation für röstabgasspezϊfische Abgasschadstoffe gehalten. Hierzu kann es erforderlich sein, den mittleren bzw. zweiten Teilbereich der Oxidationsschϊcht zu erwärmen, sobald ein minimaler Sollwert der Temperatur unterschritten wird. Hierzu kann eine mittelbare Erwärmung dieses Bereichs durch Einmischen von Brenngasen in den Abgasstrom erfolgen.
Auf Grund der erfϊndungsgemäßen flammenlosen, thermischen Oxidation in dem zweiten Teilbereich des Oxidationsbettes und des regenerativen Wärmeaustausches danach ist die Ableit-Temperatur des Röstabgases um etwa 40 - 60° vorzugsweise um etwa 50 ° höher als beim Eintritt in das Oxidationsbett.
Vorzugsweise wird das Halten auf Reaktionstemperatur des mittleren Bereichs des Oxidationsbettes automatisch gesteuert und insbesondere mit Hilfe mehrerer Temperatursensoren überwacht.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Rösteinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Röstverfahrens besteht darin, dass im Wesentlichen der Röstprozess und der Prozess der Abgasreinigung voneinander entkuppelt sind und die Nachteile der thermischen und katalytischen Röstabgasverbrennung nicht aufweist.
Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, der Vorrichtung zur Emissionsminderung geruchsbeladene Abluftströme von anderen Verarbeitungsstufen (z. B. Röstkaffee-Kuhler, Entsteinungsstufe, pneumatische Förderer und diffuse andere Abluftquellen) zuzuführen. Das Gesamt-Emissionsniveau der Röstanlage und der Röstgutverarbeitungsanlage können auf diese Weise weiter vermindert werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeϊspiele anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Röstanordnung für pflanzliches Schuttgut, insbesondere Kaffeebohnen, einschließlich einer regenerativen Abgasreinigungsanlage.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Anordnung nach Fig. 1 mit einer Ruckfuhrlcϊtung für einen Teilstrom der Röstabgase zum Lufterhitzungsofen für Röstzuluft.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Anordnung nach Fig. 1 mit der Rückführung eines Teilstromes thermisch gereinigter Abluft aus der regenerativen Abgasreinigungsanlage zum Lufterhitzungsofen für Röstzuluft.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch die regenerative thermische Abgasrcϊnigungsanlage mit von unten nach oben durchströmtem Oxidationsbett.
Fig. 5 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch die regenerative thermische Abgasreϊnigungsanlage mit von oben nach unten durchströmtem Oxidationsbett. Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kaffeebohnen-Röstanlage umfasst einen Röster mit Rösttrommel bzw. Röstbehälter 3, dem die zu röstenden Kaffeebohnen aus dem Maschinentrichter 1 zugeführt werden, sobald die automatisch angesteuerte Einfüllklappe 2 öffnet. Die in der Rösttrommel 3 in einem, aus dem Gas- bzw. Lufterhitzungsofen 4 kommenden Heißiuftstrom gerösteten Kaffeebohnen werden einem Kühler 10 zugeführt. Darin werden sie in einem Kuhlluftstrom gekühlt und danach an eine nicht näher dargestellte Entsteinungsanlage abgegeben.
Ein Verbindungsrohr 36 zwischen dem Maschinentrichter 1 und der Rösttrommel 3 weist eine Abzweigung 37 auf, die mit einem Abgasauslass 38 der Rösttrommcl 3 verbunden und zusammen mit dieser zu einem Röstzyklon 6 geführt ist .
Durch das Verbindungsrohr 30 gleitet sporadisch der Rohkaffee durch Schwerkraft in die Rösttrommel 3.. Oben am Verbindungsrohr 36 ist eine Abzweigung 37 angeschlossen. Durch die Abzweigung 37 werden die Röstabgase aus der Rösttrommel 3 abgesaugt. Am Abgasauslass 38 tritt zum Röstabgasstrom ein Abgasstrom, der die Rösttrommel 3 von außen indirekt beheizt hat, hinzu. Der Röstabgasstrom aus der Abzweigung 37 und der Abgasstrom aus dem Abgasauslass 38 werden zusammen als ein Abgasstrom im Röstzyklon 6 von Häutchen und Staub gereinigt.
Es versteht sich, dass auch andere Röstertypen und sowohl chargenweise als auch kontinuierlich arbeitende Röstanlagen verwendet werden können; auch können Anlagen zum Rösten von anderem pflanzlichem Schüttgut, beispielsweise Kakao, Nüsse oder Getreide eingesetzt werden.
Nach der automatisch gesteuerten Übertragung der Wärmeenergie der Heißluft aus dem Lufterhitzungsofen 4 an das Röstgut wird die mit Röstabgasen angereicherte Abluft aus der Rösttrommel 3 vom Röstvcntilator 7 durch den Röstzyklon 6 gesaugt. Im Röstzyklon 6 werden durch Fliehkräfte Häutchen und Staub abgeschieden.
Bei der ersten Inbetriebnahme der Röstanlage wird ein Oxidationsbett 11, das in einer Abgas-Reinigungseinrichtung 39 angeordnet ist, mit einem elektrischen Heizelement 40 (Fig. 4 und 5) in einem zweiten Teilbereich bzw. der Bettmitte 16 auf eine Betriebstemperatur zwischen ca. 850 bis 1000 0C aufgeheizt. Das Oxidationsbett 11 besteht aus einer porösen Schicht keramischer Fullkörper, die im Zentrum eines wirkungsvoll wärmeisolierten Behälters 26 zwischen perforierten Böden 41, 42 angeordnet ist.
Das in der Abgas-Reϊnigungseinrichtung 39 angeordnete Oxidationsbett 11, das durch die beiden Böden 41, 42 begrenzt ist, kann auf Grund der örtlichen Temperaturbereiche gedanklich in Schichten 16, 43, 44 und 45 aufgeteilt werden. Hierbei bildet die mittlere Schicht 16 den zweiten Teilbereich bzw. den mittleren Teilbereich des Oxidatϊonsbettes. In diesem Teilbereich findet die Oxidation statt. Ggf. erstreckt sich der mittlere Teilbereich noch in die an die Schicht 16 angrenzenden Schichten 43. Die Schichten 44, 45 bilden je nach Durchströmungsrichtung den ersten oder den dritten Teilbereich des Oxidationsbettes 11. Diese Bereiche können sich ebenfalls noch in die Grenzschicht 43 erstrecken.
Der Röstventilator 7 fördert die mechanisch gereinigte Röstabluft durch die Rohrleitung 24 zum Röstabluftventilator 14. Dieser fördert frequenzgesteuert den jeweiligen Volumenstrom Röstabluft durch das automatisch auf Betriebstemperatur gehaltene Oxidationsbett 11. Das Oxidationsbett 11 dient zum flammenlosen Oxϊdieren der Geruchs- und Luftschadstoffe des Röstabgases und als Wärmespeicher für die Reaktionswärme. Die Energie, die bei der Oxidation der röstabgasspezifischen Luftschadstoffe frei wird, trägt wesentlich zur Aufrechterhaltung der Pi ozesstemperatur im Oxidationsbett 11 bei. Wärmevcrluste aus dem Oxidationsbett sind unvermeidlich. Damit die Oxidationszone in der Bettmϊtte 16 bleibt und um eine gleichmäßige Oxidation zu erzielen, wird die Durchströmungsrichtung der Röstabgase durch das Oxidationsbett 11 periodisch geändert In einer Phase (Fig. 4) gibt das Tellerventil 20, das im Bereich einer Einlassöffnung 46 angeordnet ist, für den Röstabluftstrom den Weg zur unteren Luftverteilkammer 12 bzw. den unteren Strömungskanai 12 frei. Ein Tellerventil 21, das im Bereich einer Auslassöffnung 47 angeordnet ist, schließt dabei die untere Luftverteilkammer 12 am Behälteraustritt 27 ab. Die zu reinigenden Röstabgase durchströmen dann von unten nach oben das Oxidationsbett 11, wie in Fig. 4 dargestellt. Hierbei durchströmen die Abgase zuerst den ersten Teilbereich, d. h . die Schichten 45, 44, und werden hierbei erwärmt bevor sie nach Durchströmen der Zwischenschicht 43 in den mittleren Teilbereich 16 gelangen, in dem die Abgase oxidiert werden. Danach durchströmen die oxidierten Abgase den dritten Teilbereich, d. h. die in Fig. 4 oberen Schichten 43, 44 und 45, die beim Durchströmen erwärmt werden, Die gereinigte Röstabluft wird über die obere Luftverteil kammer 13 zum Behälteraustritt 27 abgeleitet.
In der anderen Phase schalten die Tellerventilc 20 und 21 um und das zu reinigende Röstabgas durchströmt dann, von der oberen Luftverteilkammer 13 aus kommend, von oben nach unten das Oxidationsbett 11, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Tellerventile 20, 21 bilden somit im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel die Strömungsumkehreinrichtung.
Entsprechend der jeweiligen Durchströmungsrichtung werden ab Eintritt der Röstabgase in das Oxidationsbett 11 jeweils in der ersten Hälfte des Oxidationsbettes die zu reinigenden Röstabgase aufgeheizt. Nach der anschließenden Oxidation in der Bettmitte 16 geben die thermisch gereinigten Röstabgase dann die Enthalpie in der zweiten Hälfte des Oxidatϊonsbetts 11 an die keramischen Fullkörpcr wieder ab Die bei der Oxidation freigesetzte Wärmeenergie wird bei hohem Energienutzungsgrad vom Keramϊkmaterial des Oxidatϊonsbetts 11 gespeichert, um nach Umkehr der Durchströmungsrichtung für die Aufheizung der Röstabluft auf Oxidationstemperatur zu sorgen. Die gereinigte Röstabluft wird durch einen Kamin 18 zur Atmosphäre abgeleitet.
Während des Umschaltintervalls der Tellerventile 20 und 21 entweicht eine vergleichsweise kleine Abluftmenge ungereinigt durch den Behälteraustritt 27. Wenn sich durch dieses ungereinigte Röstabgas der zeitliche Mittelwert der Emissionen nicht in unzulässiger Weise erhöht, kann die Abluft über den Kamin 18 in die Atmosphäre geleitet werden.
Zwecks einer weiteren Emissionsminderung kann die Anlage zusätzlich mit einem Abluftspeichertank 17 und Installationen zur sinnvollen Lenkung der Abluft erweitert werden. In diesem Fall wird in der Umschaltphase der Tellerventϊle 20 und 21 das ungereinigte Röstabgas, vom Behälteraustritt 27 aus, durch die geöffnete Absperrklappe 22 in den Abluftspeichertank 17 geleitet. Nach beendetem Umschaltvorgang wird bis zur nächsten Umschaltung der Tellerventile 20 und 21 das Röstabgas aus dem Abluftspeichertank 17 durch die geöffnete Absperrklappe 23 und eine Rohrleitung 15 vor dem Röstabluftventüator 14 wieder in den Reinigungsprozess zurückgeführt. Von oben in den Abluftspeichertank 17 wird während dieser Phase gereinigte Abluft aus dem Kamin 18 eingelassen.
Sobald die Konzentration der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid- Verbindungen in der zu reinigenden Röstabluft so weit absinkt, dass bei deren Oxidation die Betriebstemperatur im Oxidationsbett absinkt, sorgt eine automatische Temperatursteuerung dafür, dass über die als Energiezuführeϊnrichtung dienende Gaslanze 25 Brenngas - z. B. Erdgas - in die Ansaugleitung des Röstabluftventilators 14 eingedüst wird. Die Zu- und Abschaltung der Gasversorgung erfolgt automatisch aufgrund der Signale von Thermoelementen an die speicherprogrammierbare Steuerung. Die Automatik ist auch beim Stand-by-Betrieb aktiv, wenn z. B. der Lufterhitzerofen 4 außer Betrieb ist oder der Röstbetrieb unterbrochen wird. Im Verbund mit der Röstanlage wird die Anlage zur flammenloscn regenerativen thermischen Röstabgasreinigung automatisch geregelt und überwacht.
Im Bedarfsfall kann Frischluft durch geregeltes Öffnen der Frischluftklappe 19 dem Abluftstrom, der vom Röstabluftventilator 14 gefördert wird, zudosϊert werden.
Durch eine Klappe 50 kann zusätzlich geruchsbeladene Abluft aus dem Kuhler 10 der Abgas-Retnigungseinrichtung 39 zugeführt werden, um im Oxidationsbett 11 zusammen mit dem Röstabgasstrom gereinigt zu werden. Die Zuführung der Kuhlabluft durch einen Kuhlabluftventilator 51, Kuhlabluftrohrleϊtung 52, Kuhlabluftzyklon 53 und Kuhlabluftrohrleitung 54 kann im Chargenbetrieb durch entsprechende Steuerung oder auch sporadisch nur jeweils in der Anfangsphase des Kuhlprozesses erfolgen.
Stromabwätts vor dem Röstabluftventilator 14 können zusätzlich weitere Abluftströme zugeführt werden, um sie im Oxidationsbett 11 zusammen mit den Röstabgasen zu reinigen. Dazu werden nicht näher dargestellte Rohrleitungen, Klappen und Ventilatoren angeschlossen.
Die im folgenden erläuterten Ausfuhrungsbeispiele, wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, machen von dem anhand von Fig. 1 erläuterten Prinzip Gebrauch. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen aus Fig. 1 bezeichnet. Zur Erläuterung wird auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen.
Fig 2 zeigt eine Variante der Anlage aus Fig. 1, die sich in erster Linie dadurch unterscheidet, dass der Röstabluftstrom mit einem Stromtciler 28 in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Der Hauptstrom der Röstabgase wird durch eine Rezirkulationsleitung 29 und eine Regelklappe 30 zum Lufterhitzungsofen 4 zurückgeführt und dort wieder auf die erforderliche Röstzulufttemperatur aufgeheizt Der andere Teilstrom ist das Ubcrschussvolumen aus dem Röstluftkreϊslauf; es hat eine vergleichsweise höhere Konzentration an Geruchs- und Schadstoffen und wird über die Röstabgasrohrleitung 24 und den Röstabluftventilator 14 dem Behälter 26 zugeführt. Die Anlage zur flammcnlosen regenerativen thermischen Oxidation funktioniert wie unter Fig. 1 beschrieben.
Durch die vergleichsweise höhere Konzentration der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd-Verbindungen im Ubcrschussvolumen aus dem Röstluftkrcislauf kann extern zugefuhrtes Brenngas gespart werden, d. h. über die Gaslanze 25 braucht während des Röstbetriebs vergleichsweise weniger Gas eingedust werden.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Anlage aus Fig. 1, die sich in erster Linie dadurch unterscheidet, dass sie einen Teilstrom thermisch gereinigter Abluft aus dem Behälteraustritt 27 zum Lufterhitzungsofen 4 zurückfuhrt, wo er auf das erforderliche Wärmeniveau der Röstzuluft aufgeheizt wird. Die thermisch gereinigte Abluft wird also somit zumindest teilweise als Röstzuluft genutzt. Auf diese Weise wird die Wärmeenergie der gereinigten Abluft weitestgehend ausgenutzt.
Zwischen dem Behälteraustritt 27 und dem Kamin 18 ist ein Stromteiler 31 für zwei Teilströme angeordnet. Er leitet einen Teilstrom der gereinigten Abluft durch den Kamin 18 ins Freie. Der zweite Teilstrom wird durch Rohrleitung 32 zu einem Ventilator 33 gefuhrt. Der Ventilator 33 fördert den Abluftteilstrom durch die Rezϊrkulationsleitung 34 in den Lufterhitzungsofen 4. Die zeitliche automatische Regulierung des Mengenstroms erfolgt in an sich bekannter Weise mittels eines frequenzgesteuerten Antriebsmotors am Ventilator 33 oder mittels Regelklappen 35, 36 in den Rohrleitungen.
Neben einem hohen Wärmenutzungsgrad für die Emissionsminderung und den Röstprozess erweist sich als vorteilhaft, dass das Röstgut in der Rösttrommel 3 mit Röstzuluft mit einer vergleichsweise niedrigen Konzentration von Geruchs¬ und Schadstoffen behandelt wird. Dadurch werden Aroma-Beeinträchtigungen beim Röstgut vermieden.

Claims

Patentansprüche
1. Röstvorrichtung für pflanzliches Schuttgut, insbesondere Kaffeebohnen, mit
einem Röstbehälter (3) zum Rösten des pflanzlichen Schuttgutes,
einem mit dem Röstbehälter (3) verbundenen Gaserhitzungsofen (4) zum Zufuhren erhitzter Gase in den Röstbehälter (3) und
einer über eine Abgasleitung (24) mit dem Röstbehältcr (3) verbundene Abgas-Reinigungseϊnrichtung (39),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abgas-Reinigungseϊnrichtung (39) ein Oxidationsbett (11) aus porösem, wärmespeicherndem und wärmetauschendem Material zur Abgasoxidation,
ein Heizelement (40) zum Erwärmen eines Teilbereichs (16) des
Oxidationsbettes (11) auf Reaktionstemperatur für die Oxidation und/ oder Selbstzersetzungstcmperatur für röstabgasspezϊfϊsche Abgasschadstoffc aufweist und
eine Strömungsumkehreinrichtung (20, 21 ) zum Umkehren der Strömungsrichtung der Abgase durch das Oxidationsbett (11) aufweist.
2. Röstvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsbett (11) zwischen zwei gasdurchlässigen, insbesondere perforierten Böden (41, 42) angeordnet ist.
3. Röstvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsbett (11) einschichtig ist.
4. Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Reinigungseinrichtung (39) eine Einlassöffnung (46) und eine Auslassöffnung (47) aufweist, zwischen denen zwei Strömungskanäle ( 12, 13) angeordnet sind, wobei der Einlassöffnung (46) und der Auslassöffnung (47) jeweils ein Ventil (20, 21) zum Verbinden mit jeweils einem der beiden Strömungskanäle ( 12, 13) zugeordnet ist.
5. Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch eine in Strömungsrichtung vor der Abgas-Reinigungseinrichtung (39) angeordnete Energiezuführeinrichtung (25) zur Energiezufuhr in die Abgase, insbesondere durch Eindusen von Brenngas.
6. Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch eine in Strömungsrichtung vor der Abgas-Reinigungseänrichtung (39) angeordnete Zufuhreinrichtung (19) zum Zufuhren von Frischluft und/ oder mit Geruchsstoffen angereicherter Abluft aus anderen Anlagebereichen.
7. Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der Abgas- Reinigungseinrichtung eine Stromaufteilungseinrichtung (28) für den Röstabluftstrom aus dem Röstbehälter (3) vorgesehen ist und eine Rohrleitung (29) zur Zurückleitung eines Teilstroms in den Kreislauf zum Gaserhϊtzungsofen (4) vorgesehen ist.
8. Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung hinter der Abgas- Reinigungseinrichtung (39) eine Stromaufteilungseϊnrichtung (31) für thermisch gereinigte Abluft vorgesehen ist, die eine Rohrleitung (32) zur Zuruckfuhrung eines Teilstroms der Abluft zum Gaserhitzungsofen (4) aufweist.
9. Röstvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (32) eine Abgasklappe (35) und eine Frischluftklappe (36) vorgesehen ist, die im Verbund gegensinnig schließbar und offenbar sind.
10. Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abluftspeichertank (17) zur Aufnahme eines Abluftvolumens vorgesehen ist, wobei der Abluftspeichertank ( 17) mit der Abgas-Rcϊnigungseinrichtung (39) verbunden ist, um aus der Abgas- Reinigungseinrichtung ungereinigte Abluft während des Umschaltvorganges der Strömungsumkehreϊnrichtung (20, 21) aufzunehmen und anschließend in die Abgas-Reinigungseinrϊchtung (39) wieder abzugeben.
11. Verfahren zum Betreiben einer Röstvorrichtung für pflanzliches Schüttgut, insbesondere einer Röstvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, mit den Schritten :
Vorheizen eines in einer Abgas-Reinigungseinrichtung (39) angeordneten Oxϊdatϊonsbettes (11),
Zufuhren eines Abgasstromes zu der Abgas-Reinigungseinrϊchtung (39), wobei sich der Abgasstrom in einem ersten Teilbereich (45, 44, 43) des Oxidationsbettes (11) erwärmt,
flammenloses, regeneratives, thermisches Oxidieren der röstabgasspezifischen Abgasschadstoffe in einem zweiten Teilbereich (16) des Oxidationsbettes (11), Übertragen der Wärmeenergie des Verbrennungsgases der thermisch gereinigten Röstabluft beim Durchströmen eines dritten Teilbereichs (43, 44, 45) des Oxidationsbettes (11) an das Wärmespeichernde Material des Oxidationsbettes (11 ),
periodisches Ändern der Durchströmungsrϊchtung der Röstabgase durch das Oxidationsbett (11), wobei ein regenerativer Gegenstrom- Wärmetausch aufrecht erhalten wird und
Weiterleiten des thermisch gereinigten Röstabgases zur Rückführung in den Gascrhϊtzungsofen (4) und/ oder in die Atmosphäre.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der zweite Teilbereich (16) des Oxidationsbettes (11) auf Reaktionstemperatur für die Oxidation für röstabgasspezϊfische Abgasschadstoffe gehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem die Temperatur des zweiten Teilbereiches (16) des Oxidationsbettes (11) bei Absinken unter einen vorgegebenen minimalen Sollwert durch Einmischen von Brenngasen in den Abgasstrom erhöht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 13, bei welchem die Ableittemperatur des Röstabgases um etwa 50 0C höher ist als beim Eintritt in das Oxidationsbett ( 11).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 14, bei welchem das Vorheizen des zweiten Teilbereiches (16) des Oxidationsbettes (11) automatisch gesteuert und überwacht wird und vorzugsweise nur vor Inbetriebnahme der Röstanlage erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 15, bei welchem vor der Einleitung in die Abgas-Reinigungseinrichtung (39) mit dem Oxidatioπsbett (11) Frischluft und / oder Kühlabluft und / oder mit Geruchstoffen angereicherte Abluft, die aus anderen Anlagenbereichen abgesaugt wird, beigemischt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 16, bei welchem der zu reinigende Röstabluftstrom ein Teϊlstrom ist, der aus dem Überschussvolumen aus einem Röstluftkreϊslauf besteht und bei dem der zweite Teilstrom der Röstabluft zum Lufterhitzungsofen zurückgefuhrt- und dort wieder aufgeheizt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 17, bei welchem jeweils in der Phase des Änderns der Durchströmungsrichtung durch das Oxidationsbett (11), das Teilvolumen ungereinigten Abgases aus der Abgas- Reinigungseinrichtung (39) in einen Abluftspeichertank (17) eingeleitet wird, um es nach Beenden der Umschaltphase aus dem Abluftspeichertank (17) wieder dem zu reinigenden Röstabluftstrom zuzuleiten.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 19, bei welchem eine automatisch arbeitende Temperatursteuerung die Betriebstemperatur und die Stand-by-Temperatur im Oxidationsbett (11) überwacht und bei Sollwertunterschreitung in der Bettmitte Brenngas über eine Gaslanze in den Abluftstrom zum Oxidationsbett (11) einleitet.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 19, bei welchem die fiammenlose, regenerative thermische Oxidation der röstabgasspezifischen Luftschadstoffe in dem zweiten Teilbereich des Oxidationsbetts bei einer Temperatur im Bereich von etwa 850 0C bis etwa 1000 0C erfolgt.
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