WO2014131398A1 - Vorrichtung und verfahren zur thermischen reststoffverwertung - Google Patents

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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for the thermal treatment of starting materials, for. B. of residual or waste materials (such as car tires, vegetable waste and industrial waste), for the purpose of residual material utilization.
  • starting materials for. B. of residual or waste materials (such as car tires, vegetable waste and industrial waste), for the purpose of residual material utilization.
  • Residual or waste materials can be utilized by means of thermal decomposition in a rotary kiln.
  • DE 28 25 429 A1 describes a process for the recovery of waste, eg. As industrial waste and household waste, by means of pyrolysis in a rotary kiln.
  • the residence time of the waste in the rotary kiln is determined by the rotational speed and the inclination angle of the rotary kiln and can only be varied within predetermined limits, so that in particular the waste materials can not remain indefinitely in the rotary kiln.
  • the rotary kiln must therefore be adjusted in terms of heating characteristics, rotational speed and inclination of each waste to be recycled and is therefore not suitable for the complete recovery or decomposition of any waste materials equally.
  • the invention provides a method and a device for the thermal treatment of starting materials or residues for the purpose of recycling waste material, by means of which in a simple manner a complete thermal utilization or decomposition of any starting materials and the production of recovery products with a high degree of purity is possible.
  • an apparatus for the thermal treatment or evaluation of raw materials wherein the starting materials z. B. Resting. Waste (such as car tires, vegetable waste, or industrial waste, such as lead-acid batteries).
  • the apparatus (hereinafter also referred to as "utilization apparatus") has a reactor chamber for receiving the starting materials to be utilized therein
  • the utilization apparatus also has a heating device for heating the reactor chamber, the starting materials accommodated in the reactor chamber being heated during the production of gaseous products
  • the heating device is preferably designed and designed such that the reactor chamber can be moved therefrom to a position where the reactor chamber is preferably stationary or stationary during heating Temperature of up to 900 ° C can be brought.
  • the starting materials are at least partially gasified (ie converted into gaseous products by means of heat supply), the type of processes occurring in this process being, for example,. B. can depend on the particular temperature regime and / or the atmosphere present in the reactor chamber.
  • the starting materials may, for. B. decomposed during heating by thermolysis and / or pyrolysis and converted into gaseous products. It can, for. B. be provided to decompose the starting materials under exclusion of air or without additional oxygen supplied by pyrolysis to produce pyrolysis gases as gaseous products.
  • the utilization device has a gas discharge line for discharging the gaseous products from the reactor chamber.
  • the reactor chamber also referred to as "reaction chamber”
  • the reactor chamber has, for example, a gas discharge opening on a ceiling section thereof, the gas discharge line opening into the reactor chamber at the gas discharge opening Condenser, which is provided for the liquefaction of the resulting gaseous products by heating by condensation.
  • the utilization device has a temperature sensor (hereinafter also referred to as "gas discharge temperature sensor”) which is arranged and configured such that the temperature at a position of the gas discharge line outside the reactor chamber (and within the gas discharge line, for example)
  • the gas discharge temperature sensor may, for example, be arranged at a position inside the gas discharge line or in contact with the gas discharge line.
  • the utilization device has a temperature sensor (hereinafter also referred to as “reactor temperature sensor”), which is arranged and configured such that the temperature at a position within the reactor chamber can be detected by it as the reactor temperature
  • the sensor may be located at a position inside the reactor chamber or in contact with the reactor chamber.
  • the utilization device further comprises a control device, wherein the control device is electrically connected to the gas discharge temperature sensor and the reactor temperature sensor.
  • the control device is set up in such a way that it outputs a signal based on a comparison of the gas discharge temperature with the reactor temperature. That is, the control device compares the gas discharge temperature with the reactor temperature and outputs a signal depending on the result of this comparison.
  • control device may be designed in such a way that it compares the temperature profile (ie the time profile) of the gas discharge temperature with the temperature profile of the reactor temperature (for example by means of subtraction) and depending on the result of this comparison Signal is generated and output.
  • control device z For example, it can be designed in such a way that it compares the instantaneous value of the gas discharge temperature with the instantaneous value of the reactor temperature (eg by means of subtraction) and generates and outputs a signal as a function of the result of this comparison.
  • the signal can z. This may be, for example, an electronic message signal (eg in the form of a data signal), an optical message signal (eg in the form of a warning light) or an acoustic message signal (eg in the form of a warning tone).
  • the signal may also be a control command signal.
  • the control device is connected to the heating device and outputs a control command for regulating the heating power to the heating device in dependence on the result of the comparison carried out by means of a control command signal.
  • the starting materials received in the reactor chamber undergo different decomposition stages.
  • So z. B. be provided to increase gradually after filling the starting materials by means of a corresponding control of the heater, the temperature in the reactor chamber over a predetermined period of time, with different decomposition processes take place at different temperature stages to release different gaseous products. If the decomposition process taking place at a respective temperature stage is completed or has expired completely (ie the components of the starting materials on which the decomposition process is based), no more gaseous products are produced at the corresponding temperature, whereby the gas stream (ie the volumetric flow of the gaseous products) dries up or down from the reactor chamber into the gas discharge line.
  • this gas stream is always accompanied by a heat flow which extends from the reactor chamber into the gas discharge line, the completion of the decomposition process or the corresponding decomposition stage proceeding at a respective temperature level of the reactor chamber leads to a decrease in the temperature in the gas discharge line.
  • This relationship can be used to detect the complete completion of a running at a given temperature decomposition process and z. B. based on it by means of the signal output by the control device to increase the temperature in the reactor chamber or to end the thermal treatment (ie, turn off the heater).
  • the utilization device may comprise a condenser for liquefying the gaseous products by means of condensation, wherein the gas discharge line extends from the reactor chamber to the condenser and opens at a gas supply opening in the same.
  • the gas discharge temperature sensor for detecting the temperature present at the gas supply port is formed as a gas discharge temperature (eg, disposed at or in the gas supply port). A substantial influence on the local temperature by the gas flow coming from the reactor chamber is given only along the flow section extending between the reactor chamber and the condenser, since the liquefied gas after passing through the condenser essentially has the temperature impressed by it.
  • control device is designed such that it detects the time rate of change of the gas discharge temperature as (signed) gas removal temperature change rate and the rate of change of the reactor temperature as (signed) reactor temperature change rate and a signal is output, if the difference between the signed reactor temperature change rate and the signed gas discharge temperature change rate is above a predetermined threshold.
  • the completion of a decomposition process proceeding at a predetermined temperature stage is accompanied by a decrease in the gas removal temperature, the next decomposition stage taking place only at a higher reactor temperature.
  • it may, for. B. are considered as complete completion of a decomposition stage, if there is a decreasing gas discharge temperature at constant or increasing reactor temperature.
  • the reactor temperature change rate is greater than or equal to zero (ie, positive or equal to zero), whereas the gas discharge temperature change rate is less than zero (ie, negative).
  • the control device can be configured such that it outputs a signal when there is a decreasing gas discharge temperature with increasing or constant reactor temperature.
  • the control device is designed in such a way that it is assigned a predetermined gas discharge setpoint temperature value for each reactor temperature value and that a signal is output from it if the difference between the gas discharge setpoint temperature value and the currently present reactor temperature value is assigned, and the current actual gas discharge temperature value is above a predetermined threshold value.
  • the controller may assign a desired temperature difference value to each reactor temperature value and output a signal if the difference between the reactor temperature and the instantaneous value of the gas discharge temperature is above the desired temperature difference value.
  • an indirect comparison of the gas discharge temperature with the reactor temperature is thus carried out by the control device.
  • the completion of a decomposition process occurring at a respective temperature stage is accompanied by a decrease in the gas discharge temperature.
  • the gas discharge temperature is thus higher than after completion of the decomposition process.
  • the gas discharge target temperature value z. B. correspond to a gas discharge temperature, which is present at or before completion of a running at the respective reactor temperature decomposition process.
  • it may, for. B. be considered as complete completion of a decomposition stage, if the difference between the current gas discharge target temperature value and the current gas discharge temperature value is above the predetermined threshold value.
  • the reactor chamber has a perforated intermediate bottom, which is arranged at a distance from the bottom of the reactor chamber within the same.
  • the reactor chamber also has one or more gas bypass channels, wherein each of the gas bypass channels extends from a position between the bottom and the intermediate bottom in the direction of the ceiling of the reactor chamber.
  • the gas or the vapor which now forms as a result of the evaporation of the liquid can pass through the gas bypass channels in the direction of the ceiling of the Leave the reactor chamber and thus towards the Gasabriosö réelle the reactor chamber; in particular, the gas does not have to flow through the starting materials stored on the intermediate bottom, so that an energy-efficient evaporation of the liquid is made possible.
  • a gas bypass channel opens z. B.
  • the heating device may be in the form of a heating chamber for receiving or housing the reactor chamber; wherein the gas discharge temperature sensor is preferably arranged and configured in such a case that it can be detected by him as the gas removal temperature at a position of the Gasabriostechnisch outside the heating chamber temperature.
  • the walls of the reactor chamber and the heating chamber can, for. B. made of steel or other heat-resistant metal.
  • the heating chamber can, for. B. have on each of its side walls a heating element, these heating elements z. B. can be controlled separately from each other (eg., By means of the control device).
  • the heater may be divided into a plurality of heating segments in the direction from the bottom of the reactor chamber to the top of the reactor chamber (each of the heating segments may comprise one or more heating elements), each of the heating segments a heating zone is defined.
  • the control device is electrically connected to each of the heating segments and is set up so that from her the individual heating segments are controlled such that in each of the heating zones is the same temperature.
  • a temperature sensor hereinafter also referred to as "heating zone temperature sensor”
  • the temperature sensing controller controlling each of the heating zone temperatures Sensors can be connected.
  • spatially different temperatures may be present within the reactor chamber.
  • varies For example, the contents of the reactor chamber in the direction from the bottom to the ceiling of the reactor chamber (for example, depending on the degree of filling of the reactor chamber), wherein z. B. at the bottom of the reactor chamber liquid on the intermediate bottom of the reactor chamber to be used solid starting materials, and above the used to be recycled solid starting materials, a gas atmosphere. Since all of these layers have different thermal properties, a spatially uniform heat input can lead to spatially varying temperatures (in the direction from the bottom to the top of the reactor chamber). lead inside the reactor chamber.
  • the gas stream escaping from the reactor chamber is accompanied by a corresponding heat flow, which likewise runs in the direction from the bottom to the top of the reactor chamber and thus can cause temperature variations along this direction.
  • the reaction conditions within the reactor chamber can be made uniform in terms of space, whereby in particular the generation of utilization products with a high degree of purity is additionally supported.
  • the heater or the heating elements of the heater can, for. B. be electrically powered heating elements. It can, for. B. by means of appropriate control of the heater by the control device, the temperature inside the reactor chamber stepwise (eg., In 50 ° C increments) of ambient temperature to a predetermined maximum temperature (eg 550 ° C ) increase; wherein, as described above, at each temperature stage, by comparing the reactor temperature with the gas discharge temperature, the completion of a decomposition process possibly taking place at this temperature stage can be detected and then proceeded to the next higher temperature level, by the control device to increase a control command signal the temperature is output to the heater.
  • a predetermined maximum temperature eg 550 ° C
  • a shutoff signal for turning off the heater can be output thereto by the controller.
  • a maximum temperature of about 550 ° C remains after sufficiently long tempering at this maximum temperature only carbon in the reactor chamber, so that by means of the described mode of operation highly pure carbon can be produced.
  • the bottom of the reactor chamber has a recess which narrows in the direction of the ceiling of the reactor chamber, the heating device having a heating element positioned or positionable in the recess (hereinafter also referred to as "central heating element")
  • the heating device having a heating element positioned or positionable in the recess (hereinafter also referred to as "central heating element")
  • central heating element For example, extend from the bottom of the reactor chamber towards the ceiling of the reactor chamber to half the height of the reactor chamber and z. B. be centrally located so that from her the reactor chamber is divided into equal sections or sub-chambers.
  • the reactor chamber can be heated laterally not only from the side walls, but additionally from a central position.
  • the central heating element can, for. B. be assigned to one of the heating segments or be separately controllable (eg., By means of the control device).
  • the utilization device may be designed in particular transportable, z. B. be provided and designed for their dimensioning for transport on a truck.
  • a method of thermally treating raw materials (hereinafter also referred to as "recovery method”).
  • the recovery method corresponds to the operation described above with respect to the recovery device, in particular the detection of the above described with reference to the control device Stage or progress of a decomposition process based on the comparison of the Gasabcht- temperature and the reactor temperature, so that in the following just a brief reference to the corresponding embodiments and otherwise reference is hereby made to the corresponding explanations regarding the recovery device and the control device Recycling process, the starting materials are heated in a reactor chamber, the starting materials being decomposed to produce gaseous products, the gaseous products being prevented by a gas discharge line ch discharged from the reactor chamber.
  • the temperature at a position inside the reactor chamber is detected as the reactor temperature, and the temperature at a position of the gas discharge pipe outside the reactor chamber is detected as a gas discharge temperature.
  • the gas discharge temperature is compared with the reactor temperature and depending on the result of this comparison - as explained above - issued a signal.
  • the rate of change of the gas discharge temperature is detected as the gas discharge temperature change rate and the rate of change of the reactor temperature as the reactor temperature change rate, and a signal is output if the difference between the signed reactor temperature change rate and the sign is affected Gas removal temperature change rate is above a predetermined Ratendifferenz- threshold.
  • each reactor temperature value is assigned a predetermined gas discharge setpoint temperature value, a signal being output when the difference between the gas discharge setpoint temperature value associated with the current reactor temperature value and the current gas discharge Temperature value is above a predetermined temperature difference threshold.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a utilization device according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a temperature profile diagram for illustrating a utilization method according to an embodiment.
  • FIG. 1 illustrates a utilization device 1 according to an embodiment of the invention when carrying out a recovery method according to an embodiment.
  • the utilization device 1 has a reactor chamber 3, are received in the starting materials 5 in the form of waste or residues 5.
  • the utilization device 1 has a heating chamber 7, wherein the reactor chamber is disposed in the heating chamber 7 during operation of the utilization device 1 and is heated by means of the same.
  • the utilization device 1 has a gas discharge line 9 for discharging gaseous products 11 (illustrated in FIG. 1 by the arrow 11 pointing in the flow direction of the gaseous products) out of the reactor chamber 3.
  • the gas discharge line 9 connects the reactor chamber 3 with a condenser 13 of the utilization device 1.
  • the condenser 13 is designed for liquefying the gaseous products 11 flowing into it from the reactor chamber 3 (eg by means of a cooling water circuit 15 outlined in FIG.
  • the gaseous products 1 1 flow at a gas discharge opening 17 from the reactor chamber 3 into the gas discharge line 9 and at a gas supply opening 19 from the gas discharge line 9 into the liquefier 13.
  • the liquefied gaseous products escape at a drain opening 21 from the condenser 13.
  • the utilization device 1 has a temperature sensor or gas discharge temperature sensor 23 for detecting the temperature present at a position within the gas discharge line 9 and outside both the reactor chamber 3 and the heating chamber 7 as the gas discharge temperature TG.
  • the gas discharge temperature sensor 23 is arranged at the gas supply opening 19 within the gas discharge line 9.
  • the utilization device 1 has a temperature sensor or reactor temperature sensor 25 for detecting the temperature present at a position within the reactor chamber 3 as the reactor temperature TR.
  • the reactor temperature sensor 25 is arranged on the gas discharge opening 17 within the reactor chamber 3.
  • the utilization device 1 has a control device 27, which is connected to the gas removal temperature sensor 23 and the reactor temperature sensor 25.
  • the heating chamber 7 acts as a heating device with a plurality of heating elements, wherein the heating device in the vertical direction in the direction of the bottom 29 to the ceiling 31 of the reactor chamber 3 more (here: three) heating segments 33, 35, 37 has.
  • the uppermost heating segment or ceiling heating segment 33 and the middle heating segment or middle heating segment 35 each consist of heating elements arranged circumferentially on the side walls of the heating chamber 7.
  • the lowermost heating segment or bottom heating segment 37 consists of side heating elements 39 which are arranged peripherally on the side walls of the heating chamber and a bottom heating element 41 arranged on the bottom of the heating chamber 7.
  • a heating zone is defined (with each of the heating zones extending over one third of the height of the reactor chamber in the embodiment of Figure 1).
  • the heating device of the heating chamber 7 has a central heating segment 43 consisting of a central heating element 43, the central heating element 43 being arranged in an indentation 45 which is formed in the bottom 29 of the reactor chamber 3. Ie. , the bottom 29 of the reactor chamber 3 has an indentation 45 which narrows in the direction of the ceiling 31 of the reactor chamber 3 and in which the central heating element 43 is positioned during the operation of the utilization device 1.
  • the central heating element 43 is removably disposed in the heating chamber 7 and z. B. for insertion or removal of the reactor chamber 3 in and out of the heating chamber 7 are removed from the same.
  • the utilization device 1 also has a plurality (according to FIG 1: six) temperature sensors or heating zone temperature sensors 47 for detecting the temperature in a respective heating zone.
  • the control device 27 is connected to the heating device or to its heating zone segments 33, 35, 37, to the central heating segment 43 and to the heating zone temperature sensors 47 (not all electrical connections being shown in FIG. 1 for the sake of clarity). and set up or designed in such a way that the temperature in the interior of the reactor chamber 3 can be set by it by controlling the heating segments 33, 35, 37, 43.
  • the control device 27 is set up such that it controls the ceiling heating segment 33, the center heating segment 35 and the bottom heating segment 37 such that the same temperature is present in the three heating zones defined by these heating segments.
  • the utilization device 1 is (by means of appropriate design of the heater and the control device) designed such that after loading the reactor chamber 3 with the residues 5, the temperature within the reactor chamber stepwise in temperature increments of 50 ° C and 50 K from room temperature to a Maxim old temperature of 550 ° C is increased.
  • the residues 5 can z. B. be biological waste such as vegetable wood chips or meat processing waste or industrial waste such as lead-acid batteries.
  • the starting materials z. B. with progressive increase in the reactor temperature at lower temperatures, first water and withdrawn at higher temperatures oil, leaving after a sufficiently long temperature treatment at 550 ° C (apart from some impurities) only carbon in the reactor chamber. If the decomposition processes taking place at a respective temperature stage are completely completed, gaseous products are no longer produced at this temperature within the reactor chamber, as a result of which the gas removal temperature TG decreases when the reactor temperature TR remains the same.
  • FIG. 2 illustrates as an example the temperature profile of the gas removal temperature TG and the reactor temperature TR over the time t at the termination of a decomposition process proceeding at a constant reactor temperature.
  • the gas removal temperature TG due to the removal of the gas
  • Gas removal temperature sensor 23 of the reactor chamber 3 is lower than the reactor temperature TR.
  • the control device 27 is designed in such a way that it compares the gas discharge temperature TG with the reactor temperature TR and, depending on the result of this comparison, outputs a signal in the form of a control command to the heating device.
  • the control device 27 is configured to detect the rate of change of the gas discharge temperature as the gas discharge temperature change rate and the rate of change of the reactor temperature as the reactor temperature change rate, and to output the signal when the difference between the 1, the rate difference threshold is zero (however, it may also be contemplated, for example, that the rate difference threshold be greater than .alpha.) Zero or positive).
  • both the reactor temperature change rate and the gas discharge temperature change rate, and thus also the difference between these two rates of change are zero.
  • the reactor temperature change rate remains at zero, whereas the gas discharge temperature change rate remains negative.
  • the difference between the reactor temperature change rate and the gas discharge temperature change rate is thus greater than zero and thus exceeds the predetermined rate difference threshold.
  • This exceeding of the rate difference threshold value is evaluated by the control device 27 as the conclusion of the decomposition process, whereupon the control device 27 outputs a control command signal for increasing the reactor temperature TR to the next higher temperature level to the heating device or the heating chamber.
  • the controller 27 is configured to output a control command signal when the difference between the reactor temperature change rate and the gas discharge temperature change rate exceeds the rate difference threshold.
  • the control device 27 it can also be provided to design the control device 27 in such a way that the respective control command signal is output from it if a decreasing gas discharge temperature is detected when the reactor temperature TR increases or is constant.
  • control device 27 may also be designed in such a way that it is assigned to each reactor temperature value a predetermined gas discharge target temperature value TGS and that the respective control command signal is output from it if the difference between the gas discharge Setpoint temperature value TGS, which is assigned to the current reactor temperature value TR, and the current gas discharge temperature value TG is above a predetermined threshold value.
  • the reactor chamber 3 has a perforated or perforated intermediate bottom 49, which is arranged at a distance from the bottom 29 of the reactor chamber within the same, the intermediate bottom 49 according to FIG. 1 extending above the bottom 29.
  • the reactor chamber 3 has a plurality of gas bypass channels 51, wherein each of the gas bypass channels 51 extends from a position between the bottom 29 and the intermediate bottom 49 in the direction of the ceiling 31 of the reactor chamber 3 (and thus also towards the formed in the ceiling 31 Gas discharge opening 17). It can be provided that each of the gas bypass channels 51 is arranged and designed such that its inlet opening between the bottom 29 and the intermediate bottom 49 is arranged and its outlet opening is arranged above the maximum filling level of the reactor chamber 3. List of reference numbers used

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Reststoffverwertung, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Reaktorkammer zum Aufnehmen von Ausgangsstoffen; eine Heizvorrichtung zum Beheizen der Reaktorkammer, wobei die in der Reaktorkammer aufgenommenen Ausgangsstoffe während des Beheizens unter Erzeugung gasförmiger Produkte zersetzt werden; eine Gasabführleitung zum Abführen der gasförmigen Produkte aus der Reaktorkammer; einen Temperatursensor zum Erfassen der an einer Position der Gasabführleitung vorliegenden Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur; einen Temperatursensor zum Erfassen der in der Reaktorkammer vorliegenden Temperatur als Reaktor-Temperatur; und eine Steuervorrichtung, die derart eingerichtet ist, dass von ihr ein Vergleich der Gasabfuhr-Temperatur mit der Reaktor-Temperatur durchgeführt wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal ausgegeben wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Reststoffverwertung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Ausgangsstoffen, z. B. von Rest- bzw. Abfallstoffen (wie etwa Autoreifen, pflanzlichen Abfällen und Industrieabfällen), zum Zweck der Reststoffverwertung.
Rest- bzw. Abfallstoffe können mittels thermischer Zersetzung in einem Drehrohrofen verwertet werden. Als Beispiel beschreibt die DE 28 25 429 A1 ein Verfahren zur Verwertung von Müll, z. B. Industriemüll und Hausmüll, mittels Pyrolyse in einem Drehrohrofen. Die Verweildauer der Abfallstoffe in dem Drehrohrofen ist durch die Drehzahl und den Neigungswinkel des Drehrohrofens bestimmt und kann nur innerhalb vorgegebener Grenzen variiert werden, sodass insbesondere die Abfallstoffe nicht beliebig lange in dem Drehrohrofen verbleiben können. Der Drehrohrofen muss somit hinsichtlich Heizcharakteristik, Drehgeschwindigkeit und Neigung an die jeweils zu verwertenden Abfallstoffe angepasst sein und ist daher nicht zur vollständigen Verwertung bzw. Zersetzung beliebiger Abfallstoffe gleichermaßen geeignet.
Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Ausgangsstoffen bzw. Reststoffen zum Zwecke der Reststoffverwer- tung bereitgestellt, mittels derer auf einfache Art und Weise ein vollständiges thermisches Verwerten bzw. Zersetzen beliebiger Ausgangsstoffe und ein Erzeugen von Verwertungsprodukten mit einem hohen Reinheitsgrad ermöglicht ist.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln bzw. Ver- werten von Ausgangsstoffen bereitgestellt, wobei die Ausgangsstoffe z. B. Restbzw. Abfallstoffe sein können (wie etwa Autoreifen, pflanzliche Abfälle, oder Industrieabfälle wie z. B. Bleiakkumulatoren). Die Vorrichtung (im Folgenden auch als „Verwertungsvorrichtung" bezeichnet) weist eine Reaktorkammer zum Aufnehmen der zu verwertenden Ausgangsstoffe darin auf. Die Verwertungsvorrichtung weist zudem eine Heizvorrichtung zum Beheizen der Reaktorkammer auf, wobei die in der Reaktorkammer aufgenommenen Ausgangsstoffe während des Beheizens unter Erzeugung gasförmiger Produkte zersetzt werden, wobei die Reaktorkammer während des Beheizens bevorzugt stationär bzw. unbewegt ist. Die Heizvorrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet und ausgelegt, dass die Reaktorkammer von ihr auf eine Temperatur von bis zu 900 °C gebracht werden kann. Durch die Erhitzung werden die Ausgangsstoffe zumindest teilweise vergast (d. h. mittels Wärmezufuhr in gasförmige Produkte überführt), wobei die Art der dabei ablaufenden Vorgänge z. B. von dem jeweils durchlaufenen Temperaturregime und/oder der in der Reaktorkammer vorliegenden Atmosphäre abhängen kann. Die Ausgangsstoffe können z. B. während des Erhitzens mittels Thermolyse und/oder Pyrolyse zersetzt und in gasförmige Produkte überführt werden. Es kann z. B. vorgesehen sein, die Ausgangsstoffe unter Luftabschluss bzw. ohne zusätzlich zugeführten Sauerstoff mittels Pyrolyse unter Erzeugung von Pyrolysegasen als gasförmigen Produkten zu zersetzen.
Die Verwertungsvorrichtung weist eine Gasabführleitung zum Abführen der gasförmigen Produkte aus der Reaktorkammer auf. Die Reaktorkammer (auch als„Reaktionskammer" bezeichnet) weist, z. B. an einem Deckenabschnitt derselben, eine Gasabführöffnung auf, wobei die Gasabführleitung an der Gasabführöffnung in die Reak- torkammer mündet. Die Gasabführleitung kann z. B. von der Reaktorkammer zu einem Verflüssiger führen, der zum Verflüssigen der beim Erhitzen anfallenden gasförmigen Produkte mittels Kondensation vorgesehen ist.
Die Verwertungsvorrichtung weist einen Temperatursensor auf (im Folgenden auch als„Gasabfuhrtemperatur-Sensor" bezeichnet), der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihm die an einer Position der Gasabführleitung außerhalb der Reaktorkammer (und z. B. innerhalb der Gasabführleitung) vorliegende Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur erfassbar ist. Der Gasabfuhrtemperatur-Sensor kann z. B. an einer Position im Inneren der Gasabführleitung oder im Kontakt zu der Gasabführlei- tung angeordnet sein.
Zudem weist die Verwertungsvorrichtung einen Temperatursensor auf (im Folgenden auch als„Reaktortemperatur-Sensor" bezeichnet), der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihm die an einer Position innerhalb der Reaktorkammer vorlie- gende Temperatur als Reaktor-Temperatur erfassbar ist. Der Reaktortemperatur- Sensor kann z. B. an einer Position im Inneren der Reaktorkammer oder im Kontakt zu der Reaktorkammer angeordnet sein. Die Verwertungsvorrichtung weist ferner eine Steuervorrichtung auf, wobei die Steuervorrichtung mit dem Gasabfuhrtemperatur-Sensor und dem Reaktortemperatur- Sensor elektrisch verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist derart eingerichtet, dass von ihr die basierend auf einem Vergleich der Gasabfuhr-Temperatur mit der Reak- tor-Temperatur ein Signal ausgegeben wird. D. h., von der Steuervorrichtung wird die Gasabfuhr-Temperatur mit der Reaktor-Temperatur verglichen und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs ein Signal ausgegeben.
Zum Beispiel kann die Steuervorrichutng derart ausgebildet sein, dass von ihr der Temperaturverlauf (d. h. der zeitliche Verlauf) der Gasabfuhr-Temperatur mit dem Temperaturverlauf der Reaktor-Temperatur verglichen wird (z. B. mittels Differenzbildung) und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs ein Signal generiert und ausgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung z. B. derart ausgebildet sein, dass von ihr der Momentanwert der Gasabfuhr-Temperatur mit dem Momentanwert der Reaktor-Temperatur verglichen wird (z. B. mittels Differenzbildung) und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs ein Signal generiert und ausgegeben wird.
Das Signal kann z. B. ein elektronisches Meldesignal (z. B. in Form eines Datensig- nals), ein optisches Meldesignal (z. B. in Form einer Warnleuchte) oder ein akustisches Meldesignal (z. B. in Form eines Warntons) sein. Das Signal kann auch ein Steuerbefehl-Signal sein. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung mit der Heizvorrichtung verbunden ist und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des durchgeführten Vergleichs mittels eines Steuerbefehl-Signals einen Steuer- befehl zum Regeln der Heizleistung an die Heizvorrichtung ausgibt.
Während der thermischen Behandlung durchlaufen die in der Reaktorkammer aufgenommenen Ausgangsstoffe unterschiedliche Zersetzungsstufen. So kann z. B. vorgesehen sein, nach dem Einfüllen der Ausgangsstoffe mittels einer entsprechenden Ansteuerung der Heizvorrichtung die Temperatur in der Reaktorkammer über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg stufenweise zu erhöhen, wobei auf unterschiedlichen Temperaturstufen unterschiedliche Zersetzungsprozesse unter Freisetzung unterschiedlicher gasförmiger Produkte ablaufen. Ist der auf einer jeweiligen Temperaturstufe ablaufende Zersetzungsprozess abgeschlossen bzw. vollständig abgelaufen (d. h. die dem Zersetzungsprozess zugrundeliegenden Komponenten der Ausgangsstoffe vollständig umgesetzt), werden bei der entsprechenden Temperatur keine gasförmigen Produkte mehr erzeugt, wodurch der Gasstrom (d. h. der Volumenstrom der gasförmigen Produkte) aus der Reaktorkammer in die Gasabführleitung versiegt bzw. abnimmt. Da dieser Gasstrom auch immer mit einem aus der Reaktorkammer in die Gasabführleitung hinein verlaufenden Wärmestrom einhergeht, führt der Abschluss des auf einem jeweiligen Temperaturniveau der Reaktorkammer ablaufenden Zersetzungsprozesses bzw. der entsprechenden Zersetzungsstufe zu einem Absinken der Temperatur in der Gasabführleitung. Dieser Zusammenhang kann verwendet werden, um den vollständigen Abschluss eines bei einer vorgegebenen Temperatur ablaufenden Zersetzungsprozesses zu erfassen und z. B. basierend darauf mittels des von der Steuervorrichtung ausgegebenen Signals die Temperatur in der Reaktorkammer zu erhöhen oder die thermische Behandlung zu beenden (d. h. die Heizvorrichtung auszuschalten).
Mittels des Vergleichs der Gasabfuhr-Temperatur mit der Reaktor-Temperatur ist somit der Zeitpunkt erfassbar, zu dem eine jeweilige Zersetzungsstufe vollständig abgeschlossen ist, wobei z. B. nach Abschluss einer solchen Zersetzungsstufe auf einem zugehörigen Temperaturniveau die Temperatur in der Reaktorkammer erhöht und zu einer nächsten Zersetzungsstufe übergegangen werden kann. Indem erst nach vollständigem Abschluss einer Zersetzungsstufe zu der nächstfolgenden Zersetzungsstufe übergegangen wird, ist eine vollständige Zersetzung der eingesetzten Ausgangsstoffe ermöglicht, wobei zudem aufgrund der Trennung der einzelnen Zersetzungsstufen die Verwertungsprodukte mit einem hohen Reinheitsgrad herstellbar sind.
Die Verwertungsvorrichtung kann einen Verflüssiger zum Verflüssigen der gasförmigen Produkte mittels Kondensation aufweisen, wobei die Gasabführleitung von der Reaktorkammer zu dem Verflüssiger verläuft und an einer Gaszuführöffnung in den- selben mündet. Gemäß einer Ausführungsform ist der Gasabfuhrtemperatur-Sensor zum Erfassen der an der Gaszuführöffnung vorliegenden Temperatur als Gasabfuhr- Temperatur ausgebildet (z. B. an oder in der Gaszuführöffnung angeordnet). Eine wesentliche Beeinflussung der lokalen Temperatur durch den aus der Reaktorkammer kommenden Gasstrom ist nur entlang des zwischen der Reaktorkammer und dem Verflüssiger verlaufenden Strömungsabschnitts gegeben, da das verflüssigte Gas nach Durchlaufen des Verflüssigers im Wesentlichen die durch denselben aufgeprägte Temperatur aufweist. Innerhalb dieses Abschnitts nimmt mit zunehmender strömungstechnischer Entfernung von der Reaktorkammer der Einfluss des aufgrund des Gasstromes erfolgenden Wärmeeintrags auf die lokale Temperatur zu und der Einfluss anderweitiger thermischer Kopplungen zu der Reaktorkammer ab, sodass mittels des Erfassens der Temperatur an der Gaszuführöffnung eine besonders zuverlässige Beurteilung der Frage, ob eine jeweilige Zersetzungsstufe bzw. ein jeweiliger Zersetzungsvorgang bereits abgeschlossen ist oder nicht, ermöglicht ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung derart ausgebildet, dass von ihr die zeitliche Änderungsrate der Gasabfuhr-Temperatur als (vorzeichenbehaftete) Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate und die zeitliche Änderungsrate der Reaktor- Temperatur als (vorzeichenbehaftete) Reaktortemperatur-Änderungsrate erfasst wird und ein Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der vorzeichenbehafteten Reaktortemperatur-Änderungsrate und der vorzeichenbehafteten Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
Wie oben erläutert, geht der Abschluss eines auf einer vorgegebenen Temperaturstufe ablaufenden Zersetzungsvorganges (d. h. der Abschluss einer jeweiligen Zersetzungsstufe) mit einem Absinken der Gasabfuhr-Temperatur einher, wobei die nächstfolgende Zersetzungsstufe erst bei einer höheren Reaktortemperatur stattfin- det. Somit kann es z. B. als vollständiger Abschluss einer Zersetzungsstufe gewertet werden, wenn bei konstanter oder ansteigender Reaktor-Temperatur eine absinkende Gasabfuhr-Temperatur vorliegt. In einem solchen Fall ist die Reaktortemperatur- Änderungsrate größer oder gleich Null (d. h. positiv oder gleich Null), wohingegen die Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate kleiner als Null (d. h. negativ) ist. Insbe- sondere kann die Steuervorrichtung derart ausgebildet sein, dass von ihr ein Signal ausgegeben wird, wenn bei steigender oder konstanter Reaktor-Temperatur eine sinkende Gasabfuhr-Temperatur vorliegt. Indem gemäß der vorliegenden Ausführung Änderungsraten als Vergleichsbasis dienen, kann z. B. auch unabhängig von den absolut vorliegenden Temperaturen und unabhängig von den eingesetzten Aus- gangsstoffen eine zuverlässige Erfassung des Status eines jeweiligen Zersetzungsvorgangs ermöglicht sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuervorrichtung derart ausgebildet, dass von ihr jedem Reaktor-Temperaturwert ein vorgegebener Gasabfuhr- Solltemperaturwert zugeordnet ist, und dass von ihr ein Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem Gasabfuhr-Solltemperaturwert, der dem aktuell vorliegenden Reaktor-Temperaturwert zugeordnet ist, und dem aktuell vorliegenden tatsächlichen Gasabfuhr-Temperaturwert oberhalb eines vorgegebenen Schwellen- wertes liegt. Anders ausgedrückt, kann von der Steuervorrichtung jedem Reaktor- Temperaturwert ein Soll-Temperaturdifferenzwert zugeordnet werden und ein Signal ausgegeben werden, wenn die Differenz zwischen der Reaktor-Temperatur und dem Momentanwert der Gasabfuhr-Temperatur oberhalb des Soll-Temperaturdifferenzwertes liegt. Gemäß dieser Ausführung wird somit von der Steuervorrichtung ein mit- telbarer Vergleich der Gasabfuhr-Temperatur mit der Reaktor-Temperatur durchgeführt. Indem gemäß der vorliegenden Ausführung ein Vergleich basierend auf vorgegebenen Sollwerten und Momentantemperaturen durchgeführt wird, kann z. B. der Verwertungsprozess (durch entsprechenden Vorgabe der Solltemperaturwerte) hinsichtlich der jeweils zu verwertenden Ausgangsstoffe optimiert werden und/oder eine den Sollvorgaben entsprechende Prozessführung erzwungen werden.
Wie oben erläutert, geht der Abschluss eines auf einer jeweiligen Temperaturstufe ablaufenden Zersetzungsvorganges mit einem Absinken der Gasabfuhr-Temperatur einher. Solange der auf einer jeweiligen Temperaturstufe ablaufende Zersetzungs- Vorgang noch andauert (d. h. noch nicht abgeschlossen ist), ist die Gasabfuhr- Temperatur somit höher als nach Abschluss des Zersetzungsvorgangs. Demgemäß kann der Gasabfuhr-Solltemperaturwert z. B. einer Gasabfuhr-Temperatur entsprechen, die bei Andauern bzw. vor Abschluss eines bei der jeweiligen Reaktor- Temperatur ablaufenden Zersetzungsvorgangs vorliegt. Somit kann es z. B. als voll- ständiger Abschluss einer Zersetzungsstufe gewertet werden, wenn die Differenz zwischen dem aktuellen Gasabfuhr-Solltemperaturwert und dem aktuellen Gasabfuhr-Temperaturwert oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Reaktorkammer einen perforierten Zwischenboden auf, der in einem Abstand zu dem Boden der Reaktorkammer innerhalb derselben angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführung weist die Reaktorkammer zudem einen oder mehrere Gasbypasskanäle auf, wobei jeder der Gasbypasskanäle von einer Position zwischen dem Boden und dem Zwischenboden aus in Richtung zu der Decke der Reaktorkammer verläuft.
Beim Erwärmen von Ausgangsstoffen mit einem Feuchtigkeitsgehalt (z. B. bei der Verwertung pflanzlicher Abfallstoffe) unter allmählicher Steigerung der Temperatur im Inneren der Reaktorkammer fällt zu Beginn der Temperatursteigerung Flüssigkeit an, wobei die Temperatur in der Reaktorkammer jedoch zu Beginn der Erwärmung noch nicht hoch genug ist, um die anfallende Flüssigkeit zu verdampfen. Indem die Reaktorkammer mit einem perforierten Zwischenboden ausgebildet ist, kann diese Flüssigkeit zunächst durch die Perforation hindurchsickern und sich am darunterlie- genden Boden der Reaktorkammer sammeln. Wenn nun nachfolgend die Temperatur in der Reaktorkammer zum Verdampfen der Flüssigkeit ausreicht (z. B. die Siedetemperatur der Flüssigkeit erreicht), kann das nunmehr durch die Verdampfung der Flüssigkeit entstehende Gas bzw. der entstehende Dampf durch die Gasbypasskanäle hindurch in Richtung zu der Decke der Reaktorkammer und somit in Richtung zu der Gasabführöffnung der Reaktorkammer entweichen; wobei das Gas insbesondere nicht durch die auf dem Zwischenboden lagernden Ausgangsstoffe hindurchströmen muss, sodass ein energieeffizientes Verdampfen der Flüssigkeit ermöglicht ist. Ein solcher Gasbypasskanal mündet z. B. mit seinem ersten Ende bzw. seiner Einlassöffnung in dem Zwischenabschnitt der Reaktorkammer, der zwischen dem Zwischenboden und dem Boden der Reaktorkammer ausgebildet ist, und mit seinem zweiten Ende bzw. seiner Auslassöffnung in einem Deckenabschnitt der Reaktorkammer, der im Bereich der Decke der Reaktorkammer angeordnet ist (wobei die Gasabführöffnung der Reaktorkammer ebenfalls in diesem Deckenabschnitt angeordnet ist). Mittels der Gasbypasskanäle kann somit das unter Verdampfung der am Boden der Reaktorkammer gesammelten Flüssigkeit entstehende Gas unter Umgehung der auf dem Zwischenboden gelagerten Ausgangsstoffe zu der Gasabführöffnung strömen. Die Heizvorrichtung kann in Form einer Heizkammer zum Aufnehmen bzw. Illnhausen der Reaktorkammer ausgebildet sein; wobei der Gasabfuhrtemperatur-Sensor in einem solchen Fall bevorzugt derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihm die an einer Position der Gasabführleitung außerhalb der Heizkammer vorliegende Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur erfassbar ist. Die Wände der Reaktorkammer und der Heizkammer können z. B. aus Stahl oder einem anderen hitzebeständigen Metall bestehen. Die Heizkammer kann z. B. an jeder Ihrer Seitenwände ein Heizelement aufweisen, wobei diese Heizelemente z. B. separat voneinander ansteuerbar sein können (z. B. mittels der Steuervorrichtung). Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung in Richtung von dem Boden der Reaktorkammer zu der Decke der Reaktorkammer hin in mehrere Heizsegmente unterteilt ist bzw. mehrere Heizsegmente aufweist (wobei jedes der Heizsegmente ein oder mehrere Heizelemente aufweisen kann), wobei von jedem der Heizsegmente eine Heizzone definiert ist. Es kann z. B. vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung mit jedem der Heizsegmente elektrisch verbunden ist und derart eingerichtet ist, dass von ihr die einzelnen Heizsegmente derart ansteuerbar sind, dass in jeder der Heizzonen dieselbe Temperatur vorliegt. Diesbezüglich kann in jeder der Heizzonen ein Temperatursensor (im Folgenden auch als„Heizzonentemperatur-Sensor" bezeichnet) angeordnet sein, z. B. innerhalb der Reaktorkammer oder innerhalb der Heizkammer (und außerhalb der Reaktorkammer), wobei die Steuervorrichtung zur Temperaturerfassung mit jedem der Heizzonentemperatur-Sensoren verbunden sein kann.
Während des Erhitzens können innerhalb der Reaktorkammer räumlich unterschiedliche Temperaturen vorliegen. So variiert z. B. der Inhalt der Reaktorkammer in Richtung von dem Boden zu der Decke der Reaktorkammer (z. B. abhängig von dem Füllungsgrad der Reaktorkammer), wobei z. B. am Boden der Reaktorkammer Flüssig- keit, auf dem Zwischenboden der Reaktorkammer zu verwertende feste Ausgangsstoffe, und oberhalb der zu verwertenden festen Ausgangsstoffe eine Gasatmosphäre vorliegen kann. Da alle diese Schichten unterschiedliche thermische Eigenschaften aufweisen, kann ein räumlich gleichmäßiger Heizeintrag zu räumlich (in Richtung von dem Boden zu der Decke der Reaktorkammer) variierenden Temperaturen in- nerhalb der Reaktorkammer führen. Zudem geht der aus der Reaktorkammer entweichende Gasstrom mit einem entsprechenden Wärmestrom einher, der ebenfalls in Richtung von dem Boden zu der Decke der Reaktorkammer verläuft und somit entlang dieser Richtung Temperaturvariationen hervorrufen kann. Indem solche räumli- chen Temperaturvariationen mittels separaten Ansteuerns der einzelnen Heizsegmente zumindest teilweise ausgeglichen werden können, können die Reaktionsbedingungen innerhalb der Reaktorkammer räumlich vergleichmäßigt werden, wodurch insbesondere das Erzeugen von Verwertungsprodukten mit einem hohen Reinheitsgrad zusätzlich unterstützt ist.
Die Heizvorrichtung bzw. die Heizelemente der Heizvorrichtung können z. B. elektrisch betriebene Heizelemente sein. Es kann z. B. vorgesehen sein, mittels entsprechender Ansteuerung der Heizvorrichtung durch die Steuervorrichtung die Temperatur im Inneren der Reaktorkammer stufenweise (z. B. in 50 °C-Schritten) von Umge- bungstemperatur bis auf eine vorgegebene Maximaltemperatur (von z. B. 550 °C) zu erhöhen; wobei wie oben beschrieben auf jeder Temperaturstufe mittels Vergleichs der Reaktor-Temperatur mit der Gasabfuhr-Temperatur der Abschluss eines ggf. auf dieser Temperaturstufe ablaufenden Zersetzungsvorgangs erfasst werden kann und danach zur nächsthöheren Temperaturstufe übergegangen werden kann, indem von der Steuervorrichtung ein Steuerbefehl-Signal zum Erhöhen der Temperatur an die Heizvorrichtung ausgegeben wird. Wenn der Abschluss des bei der vorgegebenen Maximaltemperatur ablaufenden Zersetzungsvorgangs erfasst wird, kann mittels der Steuervorrichtung ein Ausschalt-Signal zum Ausschalten der Heizvorrichtung an dieselbe ausgegeben werden. Bei einer Maximaltemperatur von ca. 550 °C verbleibt nach hinreichend langer Temperierung bei dieser Maximaltemperatur ausschließlich Kohlenstoff in der Reaktorkammer, sodass mittels der beschriebenen Betriebsweise hochreiner Kohlenstoff herstellbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Boden der Reaktorkammer eine in Richtung zu der Decke der Reaktorkammer hin einschneidende Einbuchtung auf, wobei die Heizvorrichtung ein in der Einbuchtung positioniertes oder positionierbares Heizelement aufweist (im Folgenden auch als„Zentral-Heizelement" bezeichnet). Die Einbuchtung kann sich z. B. vom unteren Rand der Reaktorkammer in Richtung der Decke der Reaktorkammer bis zur halben Höhe der Reaktorkammer erstrecken und z. B. derart zentral angeordnet sein, dass von ihr die Reaktorkammer in gleichgroße Teilabschnitte bzw. Teilkammern unterteilt ist.
Mittels des zumindest während des Betriebs der Verwertungsvorrichtung in der Ein- buchtung positionierten Heizelements kann die Reaktorkammer nicht nur von den Seitenwänden her seitlich beheizt werden, sondern zusätzlich von einer zentralen Position aus. Das Zentral-Heizelement kann z. B. einem der Heizsegmente zugeordnet sein oder separat ansteuerbar sein (z. B. mittels der Steuervorrichtung). Die Verwertungsvorrichtung kann insbesondere transportabel ausgeführt sein, z. B. hinsichtlich ihrer Dimensionierung zum Transport auf einem Lastkraftwagen vorgesehen und ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Ausgangsstoffen bereitgestellt (im Folgenden auch als„Verwertungsverfahren" bezeichnet). Das Verwertungsverfahren entspricht der oben mit Bezug auf die Verwertungsvorrichtung beschriebenen Betriebsweise, insbesondere der oben mit Bezug auf die Steuervorrichtung erläuterten Erfassung des Stadiums bzw. Fortschritts eines Zersetzungsvorgangs basierend auf dem Vergleich der Gasabfuhr- Temperatur und der Reaktor-Temperatur, sodass im Folgenden lediglich knapp auf die entsprechenden Ausgestaltungen eingegangen wird und im Übrigen hiermit auf die entsprechenden Erläuterungen hinsichtlich der Verwertungsvorrichtung und der Steuervorrichtung verwiesen wird. Gemäß dem Verwertungsverfahren erfolgt ein Erhitzen der Ausgangsstoffe in einer Reaktorkammer, wobei die Ausgangsstoffe unter Erzeugung gasförmiger Produkte zersetzt werden. Die gasförmigen Produkte werden durch eine Gasabführleitung hindurch aus der Reaktorkammer abgeführt. Die Temperatur an einer Position innerhalb der Reaktorkammer wird als Reaktor-Temperatur erfasst, die Temperatur an einer Position der Gasabführleitung außerhalb der Reaktorkammer wird als Gasabfuhr- Temperatur erfasst. Nunmehr wird die Gasabfuhr-Temperatur mit der Reaktor- Temperatur verglichen und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs - wie oben erläutert - ein Signal ausgegeben. Gemäß einer Ausführungsform des Verwertungsverfahrens wird die Änderungsrate der Gasabfuhr-Temperatur als Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate und die Änderungsrate der Reaktor-Temperatur als Reaktortemperatur-Änderungsrate erfasst, wobei ein Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der vorzeichenbe- hafteten Reaktortemperatur-Änderungsrate und der Vorzeichen behafteten Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate oberhalb eines vorgegebenen Ratendifferenz- Schwellenwertes liegt.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jedem Reaktor-Temperatur- wert ein vorgegebener Gasabfuhr-Solltemperaturwert zugeordnet wird, wobei ein Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem Gasabfuhr-Solltemperaturwert, der dem aktuellen Reaktor-Temperaturwert zugeordnet ist, und dem aktuellen Gasabfuhr-Temperaturwert oberhalb eines vorgegebenen Temperaturdifferenz- Schwellenwertes liegt.
Weitere Ausgestaltungen des Verwertungsverfahrens ergeben sich entsprechend den oben mit Bezug auf die Verwertungsvorrichtung erläuterten Ausgestaltungen, auf welche diesbezüglich hiermit Bezug genommen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch:
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer Verwertungsvorrichtung gemäß einer Aus- führungsform; und
Figur 2 ein Temperaturverlaufs-Diagramm zur Veranschaulichung eines Verwertungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform.
Figur 1 veranschaulicht eine Verwertungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beim Durchführen eines Verwertungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform. Die Verwertungsvorrichtung 1 weist eine Reaktorkammer 3 auf, in der Ausgangsstoffe 5 in Form von Abfall- bzw. Reststoffen 5 aufgenommen sind. Zudem weist die Verwertungsvorrichtung 1 eine Heizkammer 7 auf, wobei die Reaktor- kammer während des Betriebs der Verwertungsvorrichtung 1 in der Heizkammer 7 angeordnet ist und mittels derselben beheizt wird.
Die Verwertungsvorrichtung 1 weist eine Gasabführleitung 9 zum Abführen von gas- förmigen Produkten 1 1 (in Figur 1 veranschaulicht durch den in Strömungsrichtung der gasförmigen Produkte weisenden Pfeil 1 1 ) aus der Reaktorkammer 3 auf. Die Gasabführleitung 9 verbindet die Reaktorkammer 3 mit einem Verflüssiger 13 der Verwertungsvorrichtung 1 . Der Verflüssiger 13 ist zum Verflüssigen der aus der Reaktorkammer 3 in denselben einströmenden gasförmigen Produkte 1 1 ausgebildet (z. B. mittels eines in Figur 1 skizzierten Kühlwasserkreises 15). Die gasförmigen Produkte 1 1 strömen an einer Gasabführöffnung 17 aus der Reaktorkammer 3 in die Gasabführleitung 9 hinein und an einer Gaszuführöffnung 19 aus der Gasabführleitung 9 in den Verflüssiger 13 hinein. Die verflüssigten gasförmigen Produkte entweichen an einer Ablauföffnung 21 aus dem Verflüssiger 13.
Die Verwertungsvorrichtung 1 weist einen Temperatursensor bzw. Gasabfuhrtemperatur-Sensor 23 zum Erfassen der an einer Position innerhalb der Gasabführleitung 9 und außerhalb sowohl der Reaktorkammer 3 als auch der Heizkammer 7 vorliegenden Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur TG auf. Gemäß Figur 1 ist der Gasab- fuhrtemperatur-Sensor 23 an der Gaszuführöffnung 19 innerhalb der Gasabführleitung 9 angeordnet.
Zudem weist die Verwertungsvorrichtung 1 einen Temperatursensor bzw. Reaktortemperatur-Sensor 25 zum Erfassen der an einer Position innerhalb der Reaktor- kammer 3 vorliegenden Temperatur als Reaktor-Temperatur TR auf. Gemäß Figur 1 ist der Reaktortemperatur-Sensor 25 an der Gasabführöffnung 17 innerhalb der Reaktorkammer 3 angeordnet.
Die Verwertungsvorrichtung 1 weist eine Steuervorrichtung 27 auf, die mit dem Gas- abfuhrtemperatur-Sensor 23 und dem Reaktortemperatur-Sensor 25 verbunden ist.
Die Heizkammer 7 fungiert als Heizvorrichtung mit mehreren Heizelementen, wobei die Heizvorrichtung in vertikaler Richtung in Richtung von dem Boden 29 zu der Decke 31 der Reaktorkammer 3 mehrere (hier: drei) Heizsegmente 33, 35, 37 aufweist. Das oberste Heizsegment bzw. Decken-Heizsegment 33 und das mittlere Heizsegment bzw. Mittel-Heizsegment 35 bestehen jeweils aus umlaufend an den Seitenwänden der Heizkammer 7 angeordneten Heizelementen. Das unterste Heizsegment bzw. Boden-Heizsegment 37 besteht aus umlaufend an den Seitenwänden der Heiz- kammer angeordneten Seiten-Heizelementen 39 und einem am Boden der Heizkammer 7 angeordneten Boden-Heizelement 41 . Von dem Decken-Heizsegment 33, dem Mittel-Heizsegment 35 und dem Boden-Heizsegment 37 wird jeweils eine Heizzone definiert (wobei sich bei der Ausführung gemäß Figur 1 als Beispiel jede der Heizzonen über ein Drittel der Höhe der Reaktorkammer erstreckt).
Zudem weist die Heizvorrichtung der Heizkammer 7 ein aus einem Zentral- Heizelement 43 bestehendes Zentral-Heizsegment 43 auf, wobei das Zentral- Heizelement 43 in einer Einbuchtung 45 angeordnet ist, die in dem Boden 29 der Reaktorkammer 3 ausgebildet ist. D. h. , der Boden 29 der Reaktorkammer 3 weist eine in Richtung zu der Decke 31 der Reaktorkammer 3 hin einschneidende Einbuchtung bzw. Eindellung 45 auf, in welcher während des Betriebs der Verwertungsvorrichtung 1 das Zentral-Heizelement 43 positioniert ist. Das Zentral-Heizelement 43 ist herausnehmbar in der Heizkammer 7 angeordnet und kann z. B. zum Ein- oder Ausbringen der Reaktorkammer 3 in die bzw. aus der Heizkammer 7 aus derselben entfernt werden.
Die Verwertungsvorrichtung 1 weist zudem mehrere (gemäß Figur 1 : sechs) Temperatursensoren bzw. Heizzonentemperatur-Sensoren 47 zum Erfassen der Temperatur in einer jeweiligen Heizzone auf. Die Steuervorrichtung 27 ist mit der Heizvorrich- tung bzw. mit deren Heizzonensegmenten 33, 35, 37, mit dem Zentral-Heizsegment 43 sowie mit den Heizzonentemperatur-Sensoren 47 verbunden (wobei in Figur 1 der besseren Übersichtlichkeit halber nicht alle elektrischen Verbindungen dargestellt sind) und derart eingerichtet bzw. ausgebildet, dass von ihr mittels Ansteuerns der Heizsegmente 33, 35, 37, 43 die Temperatur im Inneren der Reaktorkammer 3 ein- gestellt werden kann. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 27 derart eingerichtet, dass von ihr das Decken-Heizsegment 33, das Mittel-Heizsegment 35 und das Boden-Heizsegment 37 derart angesteuert werden, dass in den drei durch diese Heizsegmente definierten Heizzonen dieselbe Temperatur vorliegt. Die Verwertungsvorrichtung 1 ist (mittels entsprechender Ausbildung der Heizvorrichtung und der Steuervorrichtung) derart ausgebildet, dass nach dem Beschicken der Reaktorkammer 3 mit den Reststoffen 5 die Temperatur innerhalb der Reaktorkammer stufenweise in Temperaturschritten von 50°C bzw. 50 K von Raumtemperatur bis auf eine Maxim alte mperatur von 550°C erhöht wird. Die Reststoffe 5 können z. B. biologische Abfälle wie etwa pflanzliche Hackschnitzel oder Fleischereiabfälle oder Industrieabfälle wie etwa Bleiakkumulatoren sein.
Bei der Verwertung der Reststoffe 5 laufen auf unterschiedlichen Temperaturstufen (d. h. bei unterschiedlichen Temperaturen innerhalb der Reaktorkammer) unterschiedliche Zersetzungsvorgänge ab, wobei die Art der jeweiligen Zersetzungsvorgänge z. B. von den zu verwertenden Ausgangsstoffen abhängt.
Bei der Verwertung von pflanzlichen Abfällen werden den Ausgangsstoffen z. B. mit fortschreitender Erhöhung der Reaktor-Temperatur bei geringeren Temperaturen zunächst Wasser und bei höheren Temperaturen Öl entzogen, wobei nach einer hinreichend langen Temperaturbehandlung bei 550°C (abgesehen von einigen Verunreinigungen) nur noch Kohlenstoff in der Reaktorkammer verbleibt. Sind die auf einer jeweiligen Temperaturstufe ablaufenden Zersetzungsvorgänge vollständig abge- schlössen, werden bei dieser Temperatur innerhalb der Reaktorkammer keine gasförmigen Produkte mehr erzeugt, wodurch bei gleichbleibender Reaktor-Temperatur TR die Gasabfuhr-Temperatur TG sinkt.
Diesbezüglich veranschaulicht Figur 2 als Beispiel den Temperaturverlauf der Gas- abfuhr-Temperatur TG und der Reaktor-Temperatur TR über der Zeit t bei der Beendigung eines bei einer konstanten Reaktor-Temperatur ablaufenden Zersetzungsprozesses. Solange der Zersetzungsvorgang noch andauert (in Figur 1 veranschaulicht durch den Zeitabschnitt bis t-ι), sind sowohl die Reaktor-Temperatur TR als auch die Gasabfuhr-Temperatur TG im Wesentlichen konstant, wobei die Gasabfuhr-Tempe- ratur TG (aufgrund der Entfernung des Gasabfuhrtemperatur-Sensors 23 von der Reaktorkammer 3) geringer ist als die Reaktor-Temperatur TR. In der Schlussphase des Zersetzungsvorganges (in Figur 1 veranschaulicht durch den Zeitabschnitt zwischen ti und t2) sinkt die Menge an pro Zeit aus dem Zersetzungsprozess resultierenden gasförmigen Produkten, wodurch der Wärmestrom in Richtung zu dem Gas- abfuhrtemperatur-Sensor 23 und somit auch die von demselben erfasste Gasabfuhr- Temperatur TG sinkt. Nach Abschluss des Zersetzungsprozesses (in Figur 1 veranschaulicht durch den Zeitabschnitt nach t2) verbleibt die Gasabfuhr-Temperatur TG wieder zeitlich konstant. Während des gesamten Vorganges bleibt die Reaktor- Temperatur TR konstant.
Die Steuervorrichtung 27 ist derart ausgebildet, dass von ihr die Gasabfuhr-Temperatur TG mit der Reaktor-Temperatur TR verglichen wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs ein Signal in Form eines Steuerbefehls an die Heizvorrichtung ausgegeben wird. Bei der Ausführung gemäß Figur 1 ist die Steuervorrichtung 27 derart ausgebildet, dass von ihr die Änderungsrate der Gasabfuhr-Temperatur als Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate und die Änderungsrate der Reaktor- Temperatur als Reaktortemperatur-Änderungsrate erfasst wird und das Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der vorzeichenbehafteten Reaktortemperatur-Änderungsrate und der vorzeichenbehafteten Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate oberhalb eines vorgegebenen Ratendifferenz-Schwellenwertes liegt, wobei bei der Ausführung gemäß Figur 1 der Ratendifferenz-Schwellenwert Null ist (es kann jedoch z. B. auch vorgesehen sein, dass der Ratendifferenz-Schwellenwert größer als Null bzw. positiv ist).
Am Beispiel von Figur 2 sind während der Zeiträume vor ti und nach t2 sowohl die Reaktortemperatur-Änderungsrate als auch die Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate und somit auch die Differenz zwischen diesen beiden Änderungsraten Null. Während des Zeitraums zwischen ti und t2, d. h. bei Beendigung des bei der vorgegebenen Reaktor-Temperatur ablaufenden Zersetzungsvorganges, verbleibt die Reaktortemperatur-Änderungsrate bei Null, wohingegen die Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate negativ ist. Die Differenz zwischen der Reaktortemperatur-Änderungsrate und der Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate ist somit größer als Null und über- steigt somit den vorgegebenen Ratendifferenz-Schwellenwert. Dieses Übersteigen des Ratendifferenz-Schwellenwertes wird von der Steuerungsvorrichtung 27 als Abschluss des Zersetzungsvorganges gewertet, woraufhin von der Steuerungsvorrichtung 27 ein Steuerbefehl-Signal zum Erhöhen der Reaktor-Temperatur TR auf die nächsthöhere Temperaturstufe an die Heizvorrichtung bzw. die Heizkammer ausge- geben wird, falls die vorgegebene Maxim alte mperatur noch nicht erreicht ist, und von der Steuervorrichtung 27 ein Steuerbefehl-Signal zum Ausschalten der Heizvorrichtung an dieselbe ausgegeben wird, falls die Maximaltemperatur bereits erreicht ist. Bei der Ausführung gemäß Figur 1 ist die Steuervorrichtung 27 derart ausgebildet, dass von ihr ein Steuerbefehl-Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der Reaktortemperatur-Änderungsrate und der Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate den Ratendifferenz-Schwellenwert übersteigt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Steuervorrichtung 27 derart auszubilden, dass von ihr das jeweilige Steuerbefehl- Signal ausgegeben wird, wenn bei zeitlich ansteigender oder konstanter Reaktor- Temperatur TR eine sinkende Gasabfuhr-Temperatur erfasst wird.
Als ein weiteres Beispiel kann die Steuervorrichtung 27 auch derart ausgebildet sein, dass von ihr jedem Reaktor-Temperaturwert ein vorgegebener Gasabfuhr-Solltempe- raturwert TGS zugeordnet ist, und dass von ihr das jeweilige Steuerbefehl-Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem Gasabfuhr-Solltemperaturwert TGS, der dem aktuellen Reaktor-Temperaturwert TR zugeordnet ist, und dem aktuellen Gasabfuhr-Temperaturwert TG oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
Die Reaktorkammer 3 weist einen perforierten bzw. durchlochten Zwischenboden 49 auf, der in einem Abstand zu dem Boden 29 der Reaktorkammer innerhalb derselben angeordnet ist, wobei der Zwischenboden 49 gemäß Figur 1 oberhalb des Bodens 29 verläuft. Zudem weist die Reaktorkammer 3 mehrere Gasbypasskanäle 51 auf, wobei jeder der Gasbypasskanäle 51 von einer Position zwischen dem Boden 29 und dem Zwischenboden 49 aus in Richtung zu der Decke 31 der Reaktorkammer 3 verläuft (und somit auch in Richtung zu der in der Decke 31 ausgebildeten Gasabführöffnung 17). Es kann vorgesehen sein, dass jeder der Gasbypasskanäle 51 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass seine Einlassöffnung zwischen dem Boden 29 und dem Zwischenboden 49 angeordnet ist und seine Auslassöffnung oberhalb der maximalen Füllhöhe der Reaktorkammer 3 angeordnet ist. Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Verwertungsvorrichtung
3 Reaktorkammer
5 Ausgangsstoffe / Reststoffe
7 Heizkammer
9 Gasabführleitung
1 1 gasförmige Produkte
13 Verflüssiger
15 Kühlwasserkreis
17 Gasabführöffnung
19 Gaszuführöffnung
21 Ablauföffnung
23 Gasabfuhrtemperatur-Sensor
25 Reaktortemperatur-Sensor
27 Steuervorrichtung
29 Boden der Reaktorkammer
31 Decke der Reaktorkammer
33 Decken-Heizsegment
35 Mittel-Heizsegment
37 Boden-Heizsegment
39 Seiten-Heizelement
41 Boden-Heizelement
43 Zentral-Heizelement
45 Einbuchtung
47 Heizzonen-Temperatursensor
49 perforierter Zwischenboden
51 Gasbypasskanal
TG Gasabfuhr-Temperatur
TR Reaktor-Temperatur
TGS Gasabfuhr-Solltemperatur

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zum thermischen Behandeln von Ausgangsstoffen (5), aufweisend:
- eine Reaktorkammer (3) zum Aufnehmen der Ausgangsstoffe (5),
eine Heizvorrichtung (7) zum Beheizen der Reaktorkammer (3), wobei die in der Reaktorkammer aufgenommenen Ausgangsstoffe (5) während des Beheizens unter Erzeugung gasförmiger Produkte (1 1 ) zersetzt werden,
eine Gasabführleitung (9) zum Abführen der gasförmigen Produkte (1 1 ) aus der Reaktorkammer (3),
einen Gasabfuhrtemperatur-Sensor (23) zum Erfassen der an einer Position der Gasabführleitung (9) außerhalb der Reaktorkammer (3) vorliegenden Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur (TG),
einen Reaktortemperatur-Sensor (25) zum Erfassen der an einer Position in- nerhalb der Reaktorkammer (3) vorliegenden Temperatur als Reaktor-Temperatur (TR),
eine Steuervorrichtung (27), die mit dem Gasabfuhrtemperatur-Sensor (23) und dem Reaktortemperatur-Sensor (25) verbunden ist und derart eingerichtet ist, dass von ihr ein Vergleich der Gasabfuhr-Temperatur (TG) mit der Reaktor- Temperatur (TR) durchgeführt wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal ausgegeben wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , aufweisend einen Verflüssiger (13) zum Verflüssigen der gasförmigen Produkte (1 1 ) mittels Kondensation, wobei die Gasabführ- leitung (9) von der Reaktorkammer (3) zu dem Verflüssiger (13) verläuft und an einer Gaszuführöffnung (19) in denselben mündet, und wobei der Gasabfuhr- Temperatursensor (23) zum Erfassen der an der Gaszuführöffnung (19) vorliegenden Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur (TG) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (27) derart eingerichtet ist, dass von ihr die Änderungsrate der Gasabfuhr-Temperatur (TG) als Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate und die Änderungsrate der Reaktor- Temperatur (TR) als Reaktortemperatur-Änderungsrate erfasst wird und das Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der vorzeichenbehafteten Reaktor- temperatur-Änderungsrate und der vorzeichenbehafteten Gasabfuhrtemperatur- Änderungsrate oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (27) derart eingerichtet ist, dass jedem Reaktor-Temperaturwert (TR) ein vorgegebener Gasabfuhr-Solltemperaturwert (TGS) zugeordnet ist, und dass von ihr das Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem Gasabfuhr-Solltemperaturwert, der dem aktuellen Reaktor-Temperaturwert zugeordnet ist, und dem aktuellen Gasabfuhr- Temperaturwert (TG) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Reaktorkammer (3) einen perforierten Zwischenboden (49) aufweist, der in einem Abstand zu dem Boden (29) der Reaktorkammer innerhalb derselben angeordnet ist, und wobei die Reaktorkammer einen oder mehrere Gasbypasskanäle (51 ) aufweist, wobei jeder der Gasbypasskanäle von einer Position zwischen dem Boden (29) und dem Zwischenboden (49) aus in Richtung zu der Decke (31 ) der Reaktorkammer (3) verläuft.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Heizvorrichtung in Form einer Heizkammer (7) zum Aufnehmen der Reaktorkammer (3) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Heizvorrichtung (7) in Richtung von dem Boden (29) der Reaktorkammer (3) zu der Decke (31 ) der Reaktorkammer mehrere Heizsegmente (33, 35, 37) aufweist, wobei von jedem der Heizsegmente eine Heizzone definiert ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Boden (29) der Reaktorkammer (3) eine in Richtung zu der Decke (31 ) der Reaktorkammer hin einschneidende Einbuchtung (45) aufweist und die Heizvorrichtung ein in der Einbuchtung positionierbares Heizelement (43) aufweist.
9. Verfahren zum thermischen Behandeln von Ausgangsstoffen (5), aufweisend folgende Schritte:
Erhitzen der Ausgangsstoffe in einer Reaktorkammer (3), wobei die Ausgangsstoffe (5) unter Erzeugung gasförmiger Produkte (1 1 ) zersetzt werden, Abführen der gasförmigen Produkte (1 1 ) aus der Reaktorkammer (3) via eine Gasabführleitung (9),
Erfassen der an einer Position der Gasabführleitung (9) außerhalb der Reaktorkammer vorliegenden Temperatur als Gasabfuhr-Temperatur (TG),
- Erfassen der an einer Position innerhalb der Reaktorkammer (3) vorliegenden Temperatur als Reaktor-Temperatur (TR), und
Durchführen eines Vergleichs der Gasabfuhr-Temperatur (TG) mit der Reaktor-Temperatur (TR) und Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Änderungsrate der Gasabfuhr- Temperatur (TG) als Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate und die Änderungsrate der Reaktor-Temperatur (TR) als Reaktortemperatur-Änderungsrate erfasst werden und das Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der vorzeichenbehaf- teten Reaktortemperatur-Änderungsrate und der vorzeichenbehafteten Gasabfuhrtemperatur-Änderungsrate oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, wobei jedem Reaktor-Temperaturwert (TR) ein vorgegebener Gasabfuhr-Solltemperaturwert (TGS) zugeordnet wird und das Signal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem Gasabfuhr-Solltemperaturwert, der dem aktuellen Reaktor-Temperaturwert zugeordnet ist, und dem aktuellen Gasabfuhr-Temperaturwert (TG) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
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