WO2021087542A1 - Verfahren zur thermo-chemischen behandlung eines vergasungsmaterials - Google Patents

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Andreas Hackl
Peter ILLECKER
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Definitions

  • the invention relates to a method for the thermo-chemical treatment of gasification material, in which the entry of external heat for the thermo-chemical treatment process is reduced.
  • the heating device is usually supplied with electrical power or a flammable gas, such as natural gas, to generate or provide the required amount of heat.
  • the primary energy consumption for generating or providing the required amount of heat is very high.
  • WO2019054868A1 describes a method for producing a synthesis gas mixture from a solid biomass supply, the synthesis gas mixture comprising hydrogen and carbon monoxide.
  • the biomass is released from a biomass tank and fed to a rotary kiln.
  • the heat required in the rotary kiln is provided by indirect heat exchange with steam and by partial oxidation of the hydrocarbon gas fraction with the oxygen.
  • the coal particles are separated from the gas fraction by gravity, the solids falling from an outlet into a vessel and the gas fraction leaving this vessel via the gas outlet pipe.
  • WO2009115549A2 describes a method and a device for producing synthesis gas from biomass. The device consists of two reactors.
  • the biomass introduced is broken down into pyrolysis coke and pyrolysis gas by adding a quantity of heat or by partial oxidation.
  • the pyrolysis coke is introduced into the fluidized bed of a synthesis gas reactor.
  • the pyrolysis gas is used as fluidizing gas for the fluidized bed of the synthesis gas reactor.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method by means of which the primary energy consumption for the thermo-chemical treatment of the gasification material can be reduced and a satisfactory treatment result can nevertheless be achieved.
  • the method according to the invention is intended for the thermo-chemical treatment of gasification material, such as biomass, household waste, commercial waste, plastics, plastic composites. At least the following steps must be carried out during the procedure:
  • At least one pyrolysis reactor designed as a screw reactor with a reactor housing, which reactor housing is designed as a hollow cylinder, delimits a reactor interior and defines a longitudinal axis, a heating device, by means of which heating device a first amount of heat is introduced into the reactor interior and this directly is heated for the thermo-chemical treatment of the gasification material, and with at least one conveyor device located in the reactor interior of the reactor housing, which conveyor device is designed as a screw conveyor with at least one screw flight and is rotatably mounted on the reactor housing,
  • the supplied amount of gaseous oxidizing agent per unit of time is set so that with this amount of oxidizing agent the substoichiometric conversion of the Gasification material with a lambda value selected from a value range with a lower limit of 0.01 and an upper limit of 0.5 takes place, and that the first amount of heat (QExt) provided by the heating device per unit of time by a maximum of the amount of the second amount of heat (Q M ) is reduced.
  • the limited additional supply of the gaseous oxidizing agent results in a substoichiometric partial combustion of the gasification material to be treated within the pyrolysis reactor.
  • a certain second amount of heat (Q M ) is provided in the reactor interior of the pyrolysis reactor.
  • the first amount of heat (Q Ext ) provided by the heating device is reduced in order to prevent the gasification material from becoming too high a treatment temperature. Due to the second amount of heat (Q M ) provided by the partial oxidation process, the energy requirement for providing or generating the first amount of heat (Q Ext ) is increased to a certain extent. reduced.
  • the extent of the substoichiometric conversion of the gasification material is determined by means of the lambda value within the specified limits.
  • the treatment temperature prevailing in the interior of the reactor is also kept constant within certain limits over a longer period of time. This also prevents a treatment temperature that is too high.
  • Another advantageous procedure is characterized in that the gaseous oxidizing agent is completely burned and the diverted pyrolysis gas is free of oxygen (O2). It can thus be ensured that no additional free oxygen is contained in the diverted pyrolysis gas and that the gaseous oxidizing agent supplied to the interior of the reactor has been completely burned and converted.
  • gaseous oxidizing agent is selected from the group consisting of air, oxygen (O2), and nitrous oxide (N2O). This means that different gasification materials to be treated can be taken into account.
  • Another procedure is characterized when the gaseous Oxidationsmit tel with an overpressure compared to the pressure prevailing in the reactor interior with at least one pressure value selected from a pressure value range with a lower limit of 1 mbar, preferably 2 mbar, and an upper limit Limit of 30 mbar, preferably 15 mbar, is fed to the interior of the reactor.
  • a pressure value range with a lower limit of 1 mbar, preferably 2 mbar, and an upper limit Limit of 30 mbar, preferably 15 mbar
  • a variant of the method is also advantageous in which the gasification material to be treated in the reactor interior of the reactor housing defines a gasification material filling level up to a maximum of the height of the longitudinal axis and a free space remains above the gasification material filling level defined by the gasification material.
  • the gasification material to be treated forms a material level on its upper side, which is usually moved within certain limits by the conveyor screw during further transport and is thus changed. In this way, a predetermined height of the gasification material located in the interior of the reactor can be determined and a free space remains above the gasification material, which can serve for the substoichiometric conversion of the gasification material and the provision of the second amount of heat (Q M).
  • a procedure is advantageous in which the gaseous oxidizing agent is fed to the interior of the reactor via at least one inflow opening arranged in the reactor housing.
  • the gaseous oxidizing agent is fed to the interior of the reactor via at least one inflow opening arranged in the reactor housing.
  • Another advantageous procedure is characterized in that a plurality of flow openings are provided in the reactor housing and the flow openings are arranged distributed over the surface area. In this way, a sufficiently metered amount of the gaseous oxidizing agent can be fed into the interior of the reactor, distributed over the entire reactor housing.
  • a variant of the method is also advantageous in which at least one of the inflow openings in the charging area opens into the interior of the reactor. In this way, at the beginning of the treatment process in the gasification material, a sufficient, second amount of heat can be provided or generated by partial oxidation of the gasification material.
  • Another procedure is characterized when at least one of the inlet openings opens into the interior of the reactor in the discharge area. This creates the possibility of being able to maintain a sufficiently high temperature level even at the end of the treatment process before it is removed or discharged from the interior of the reactor.
  • a procedure is advantageous in which the at least one inflow opening seen in the cross section of the reactor housing in a cross-sectional area starting from a horizontal zontal plane opens into the reactor interior above the same, the horizontal plane being arranged to run in a longitudinal axis defined by the conveying device or in a longitudinal axis defined by the hollow cylindrical Re actuator housing. It can thus be ensured that with a corresponding selection of the filling level of the gasification material, the gaseous oxidizing agent can always be introduced into the interior of the reactor in the free space formed above the gasification material to be treated.
  • Another advantageous procedure is characterized in that the gaseous oxidizing agent is fed to the interior of the reactor via the conveyor screw, in particular its at least one screw flight. This allows the gaseous oxidizing agent to be introduced directly into the gasification material to be treated over the longitudinal extension of the conveyor device designed as a conveyor screw.
  • Fig. 1 shows a possible system scheme of a treatment system with simplified indicated system components.
  • a possible system scheme of a treatment system 1 is shown simplified and highly stylized, which comprises at least one pyrolysis reactor 2, where, if necessary, a coke gasifier 3 and / or at least one combustion device 4 can be seen.
  • the treatment system 1 is basically intended to treat gasification material 5 in a thermo-chemical treatment process or thermo-chemical treatment process.
  • the gasification material 5 can have a wide variety of origins and / or have a wide variety of compositions. This can be biomass, household waste, commercial waste or the like. So-called biomass is understood here to mean in particular organic waste products such as sewage sludge, slaughterhouse waste, animal meal, excrement or the like. Plastics and / or plastic composites can also be thermally treated in the treatment system 1 and pyrolysis gas and pyrolysis coke can be formed therefrom.
  • the gasification material 5 to be treated can be stored in a storage container 6, shown in a simplified manner, and made available for the pyrolysis process. Gasification materials 5 of approximately the same type are preferably fed to the pyrolysis reactor 2, although a mixture of the aforementioned materials can also be fed to the pyrolysis reactor 2.
  • the gasification material 5 to be treated is fed to the pyrolysis reactor 2 by gravity by means of a lock and a chute, as is indicated in a simplified manner.
  • thermo-chemical conversion of the gasification material 5 takes place in it, which is used as a pyrolysis reactor Process can be designated.
  • thermal decomposition of the Vergasungsma material 5 takes place in pyrolysis coke and pyrolysis gas, each with a wide variety of components.
  • the pyrolysis coke is predominantly a solid fraction, which can also be referred to as carbonate.
  • the pyrolysis reactor 2 can for example be designed as a screw reactor in which the thermal decomposition of the gasification material 5 takes place at a temperature in a temperature range between 400 ° C, in particular 450 ° C, and 600 ° C, in particular 550 ° C .
  • This process takes place with a residence time of between 20 and 30 minutes and this is usually done under conditions that are completely free of oxygen.
  • the temperature range specified above represents a target temperature range within which the treatment process is to be carried out.
  • the pyrolysis gas produced is mostly an oil / gas mixture, possibly with dust-like fractions.
  • the pyrolysis reactor 2 comprises a mostly hollow-cylindrical reactor housing 7 with a rotatably mounted and mostly or preferably helical conveyor device 8 therein.
  • the reactor housing 7 defines a longitudinal axis 9, which mostly or preferably has a horizontal orientation.
  • the conveying device 8 is preferably aligned centrally with respect to the longitudinal axis 9 and mounted on the reactor housing 7.
  • the rotatory turning movement can take place, for example, by means of an unspecified drive means, e.g. a drive motor.
  • At least one filling opening 11 is provided in its reactor housing 7, which opens into the interior of the pyrolysis reactor 2 for feeding the gasification material 5.
  • a feed unit 12 is provided for feeding the gasification material 5 into the pyrolysis reactor 2.
  • the feed unit 12 can be designed in the most varied of ways and, in this exemplary embodiment, is designed as a chute with a sluice.
  • the gasification material 5 passes through the filling opening 11 into a reactor interior 13 delimited by the reactor housing 7.
  • the flow rate conveyed into the reactor interior 13 can be determined and preferably kept constant per unit of time.
  • the gasification material 5 removed from the storage container 6 and fed or conveyed to the feed unit 12 can, if necessary, be crushed in a crushing device 14 after removal from the storage tank 6 and / or reduced in its moisture content in a drying device 15.
  • a discharge unit 17 can be provided in the discharge area 16, with at least one discharge opening 18 being provided or formed in the reactor housing 7 for discharging or removing the treated gasification material 5.
  • the gasification material 5 fed or fed into the reactor interior 13 is conveyed by means of the conveying device 8 from the loading area 10 to the discharge area 16.
  • a heating device 19 is provided, which is shown as a rectangular box.
  • the heating device 19 is used to provide a first amount of heat and to bring it into the reactor interior 13 and to transfer it to the gasification material 5 located therein. Electric power, natural gas, liquid gas, pyrolysis gas, etc. can be used as energy sources. can be used.
  • the heating device 19 can be referred to as the primary device for the provision of the first amount of heat, with the reactor interior 13 being heated directly for the thermo-chemical treatment of the gasification material 5 by means of the heating device 19.
  • the heating device 19 is thus arranged directly on or immediately in the reactor housing 7, in particular its reactor jacket.
  • a gaseous oxidizing agent is additionally fed to the reactor interior 13 during the thermochemical treatment of the gasification material 5 per unit of time.
  • the supplied amount of gaseous oxidizing agent per unit of time is set or selected so that, with this predetermined amount of oxidizing agent, a substoichiometric conversion of the gasification material 5 with a lambda value selected from a value range with a lower limit of 0.01 and an upper limit of 0 , 5 takes place.
  • the lambda value (s) can be determined or ascertained by means of a combustion calculation.
  • the quotient of the amount of oxygen (O2) present or supplied in the additionally supplied gaseous oxidizing agent and the theoretical amount of oxygen (O2) required for the complete dige combustion gives the lambda value.
  • the respective amounts can be given in the simplest way in molar proportions (because of the reaction equations).
  • the lambda value represents a clear molar ratio of the amount of oxidizing agent in relation to the respective gasification material 5.
  • a second amount of heat is generated, which is provided in addition to the first amount of heat (Q EX for the treatment process.
  • Q EX the first amount of heat
  • the first amount of heat per unit of time provided by the heating device 19 must be reduced accordingly, which can lead to a not inconsiderable potential for savings, for example in the case of electrical energy supply.
  • thermochemical treatment of the gasification material 5 takes place in the reactor interior 13.
  • the first amount of heat provided otherwise without the additional second amount of heat can be reduced, thereby saving primary energy for operating the Treatment plant 1 per unit of time can be achieved.
  • the first amount of heat provided by the heating device 19 per unit of time is preferably reduced by a maximum of the amount of the second amount of heat.
  • temperature monitoring can also be carried out.
  • a measured value of the actual temperature currently prevailing in the reactor interior 13 can be determined as a parameter by means of a temperature determining device.
  • the measurements can be carried out at predetermined time intervals or also continuously.
  • the measured value (s) of the actual temperature can be transmitted or forwarded to a control device of the treatment system 1 and are used to control the heating device 19 as well as depending on the determined lambda value for the amount of the supplied gaseous oxidizing agent per unit of time.
  • the respective parameters can be set in relation to one another by the control device in such a way that the predetermined temperature limits of the setpoint temperature and the value range of the lambda value are maintained.
  • the thermo-chemical treatment of the gasification material 5 it is conveyed by means of the conveyor device 8 from the loading area 10 to the discharge area 16 and during this time it is mainly decomposed into pyrolysis coke and pyrolysis gas.
  • the gaseous oxidizing agent is preferably completely burned, with the derived pyrolysis gas subsequently being free of oxygen (O2).
  • the gaseous oxidizing agent is selected from the group consisting of air, oxygen (O2) and nitrous oxide (N2O).
  • the oxygen occurs in the form of a covalent homodimer, i.e. a combination of two oxygen atoms with the empirical formula O2.
  • the gas nitrous oxide can also be called laughing gas.
  • the gaseous oxidizing agent has an overpressure compared to that in the reactor interior 13, the pressure with at least one pressure value selected from a pressure value range with a lower limit of 1 mbar, preferably 2 mbar, and an upper limit of 30 mbar, preferably 15 mbar, the reactor interior 13 is fed.
  • the supply can take place, for example, by means of a fan, a pressure accumulator, a pumping device or the like.
  • the supply means can be selected depending on the particular gaseous oxidizing agent used.
  • the gaseous oxidizing agent can be fed in or fed into the reactor interior 13 via at least one inflow opening 20 arranged in the reactor housing 7.
  • a plurality of inflow openings 20 are preferably provided in the reactor housing 7, the inflow openings 20 preferably being arranged so as to be distributed over the jacket surface.
  • the inflow openings 20 can be part of a supply unit 21.
  • the supply unit 21 can furthermore comprise a conveying means 22, such as a pump or a fan, by means of which the gaseous oxidizing agent is fed to the at least one inflow opening 20 via supply lines.
  • a conveying means 22 such as a pump or a fan
  • At least one of the inlet openings 20 in the discharge area 16 of the already treated gasification material 5 from the reactor housing 7 can also open into the reactor interior 13. Since the gasification material to be treated 5 in the reactor interior 13 mostly has a filling height preferably up to the height of the longitudinal axis 9, there remains a free space above the gasification material filling height formed or defined by the gasification material 5.
  • the at least one inlet flow opening 20, viewed in the cross section of the reactor housing 7, opens into the reactor interior 13 in a cross-sectional area starting from a horizontal plane 23 above the same, the horizontal plane 23 in one of the Conveying device 8 or running in a longitudinal axis 9 defined by the hollow cylindrical reactor housing 7 is arranged.
  • the conveying device 8 is designed as a conveying screw 24 with at least one screw web 25 and extends between the loading area 10 and the discharge area 16.
  • the conveyor device 8 which is preferably designed as a conveyor screw 24.
  • the line can preferably be carried out through the screw web 25 surrounding or forming the screw conveyor 24.
  • a flow channel can be provided within the screw flight 25.
  • one or more of the to flow openings 20 are arranged in the screw flight 25 and also open into the inner space 13 of the reactor. This enables the gaseous oxidizing agent to be fed directly into the gasification material 5 located in the reactor interior 13.
  • the pyrolysis coke is preferably discharged separately from the pyrolysis gas.
  • the discharge unit 17 not only includes the at least one discharge opening 18 provided for the solids, but also mostly a collecting container 26.
  • the pyrolysis gas that is also produced during the pyrolysis is mostly or preferably in the upper area of the pyrolysis Reactor 2 derived from this.
  • the collecting container 26 can be provided in order to separate any suspended matter still contained in the pyrolysis gas or dust-like fractions contained therein prior to forwarding. In this the suspended matter or dust-like fractions can be separated from the pyrolysis gas.
  • the pyro lysis gas pre-cleaned in this way can then, for example, be fed to the burning device 4 and burned in this ver.
  • thermochemical treatment process at least the following listed steps are provided:
  • the pyrolysis reactor 2 designed as a screw reactor with the reactor housing 7, which delimits the hollow cylindrical reactor interior 13 and defines the longitudinal axis 9, the heating device 19, by means of which a first amount of heat is introduced into the reactor interior 13 and this directly to the thermo-chemical treatment of the gasification material 5 is heated, and with at least the conveyor device 8 located in the reactor interior 13 of the reactor housing 7, which conveyor device 8 is designed as a screw conveyor 24 with at least one screw web 25 and is rotatably mounted on the reactor housing 7,
  • thermo-chemical treatment of the gasification material 5 in the reactor interior 13 at least by means of the first amount of heat (QExt) provided by the heating device 19,
  • the supplied amount of gaseous oxidizing agent per unit of time is set so that with this amount of oxidizing agent Substoichiometric implementation of the gasification material 5 with a lambda value selected from a value range with a lower limit of 0.01 and an upper limit of 0.5 takes place, and that the first amount of heat provided by the heating device 19 (Q EX O per time unit is a maximum of Amount of the second amount of heat (Q M ) is reduced.
  • the amount of gaseous oxidizing agent supplied per unit of time can, for example, be determined by regulating devices.
  • the temperature required or desired for the treatment process can be stored in a control unit and the temperature currently prevailing in the reactor interior 13 can be established or determined by means of at least one sensor. A comparison of the temperature setpoint stored in the control unit with the currently determined actual temperature value can thus be carried out. If there is a discrepancy between the two temperature values, depending on the specified lambda value, either the amount of supplied gaseous oxidation means is increased or decreased per unit of time or, on the other hand, the first amount of heat provided by the heating device 19 is increased or decreased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermochemischen Behandlung von Vergasungsmaterial (5) mittels eines Pyrolyse-Reaktors (2), bei dem von einer Heizvorrichtung (19) eine erste Wärmemenge (QExt) in einen Reaktor-Innenraum (13) eingebracht und dieser unmittelbar beheizt wird. Zusätzlich wird pro Zeiteinheit während der Behandlung ein gasförmiges Oxidationsmittel dem Reaktor-Innenraum (13) zugeleitet. Die Menge des gasförmigen Oxidationsmittels wird so eingestellt, dass eine unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials (5) mit einem Lambdawert ausgewählt aus einem Wertebereich mit einer unteren Grenze von 0,01 und einer oberen Grenze von 0,5 erfolgt. Dabei wird eine zweite Wärmemenge (QInt) zusätzlich zu der ersten Wärmemenge (QExt) erzeugt, wobei die bereitgestellte erste Wärmemenge (QExt) maximal um den Betrag der zweiten Wärmemenge (QInt) pro Zeiteinheit reduziert wird.

Description

VERFAHREN ZUR THERMO-CHEMISCHEN BEHANDLUNG EINES VERGASUNGS- MATERIALS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermo-chemischen Behandlung von Vergasungsma terial, bei welchem der Eintrag von externer Wärmemenge für den thermo-chemischen Be handlungsvorgang reduziert wird.
Es ist grundsätzlich bekannt, einem Pyrolyse-Reaktor direkt eine entsprechende externe Wär memenge mittels einer dazu vorgesehenen Heizvorrichtung zuzuführen, um das thermo-che- misch zu behandelnde Vergasungsmaterial im Reaktor-Innenraum zu behandeln und dabei in Pyrolysekoks und Pyrolysegas zu zersetzen. Zumeist wird die Heizvorrichtung mit elektri schem Strom oder einem brennbaren Gas, wie z.B. Erdgas, zur Erzeugung oder Breitstellung der erforderlichen Wärmemenge versorgt. Der primäre Energieaufwand zur Erzeugung oder Breitstellung der erforderlichen Wärmemenge ist dabei sehr hoch.
Die WO2019054868A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Synthesegasgemi sches aus einer festen Biomassezufuhr, wobei das das Synthesegasgemisch Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfasst. Die Biomasse wird aus einem Biomassetank abgegeben und einem Drehrohrofen zugeführt. Die im Drehrohrofen erforderliche Wärme wird durch indirekten Wärmeaustausch mit Dampf und durch partielle Oxidation der Kohlenwasserstoffgasfraktion mit dem Sauerstoff bereitgestellt. Am Ende des Drehrohrofens werden die Kohleteilchen durch Gravitation von der Gasfraktion getrennt, wobei die Feststoffe aus einem Auslass in ein Gefäß fallen und die Gasfraktion dieses Gefäß über das Gasauslassrohr verlässt.
Die W02020055254 Al mit dem internationalen Veröffentlichungstag am 2020-03-19 be schreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Verkohlungsprodukts durch Pyrolyse oder milder Vergasung einer festen Biomassebeschickung in Form von Pellets, bei dem eine Gasfraktion erhalten wird, die Wasserstoff, Kohlenmonoxid und eine Mischung gasförmiger organischer Verbindungen und eine feste Fraktion umfasst. Die Pyrolyse oder die milde Vergasung wird bei einer Temperatur zwischen 500 und 800 °C durchgeführt. Die Pellets werden mittels einer mit Armen versehen rotierenden Achse in axialer Richtung ausgehend von einem Feststoffe inlass zu einem Feststoffauslass bewegt. Die W02009115549A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse. Die Vorrichtung besteht aus zwei Reaktoren. Im ersten Reaktor wird die eingebrachte Biomasse in Pyrolysekoks und Pyrolysegas durch Zufuhr einer Wärme menge oder durch partielle Oxidation zerlegt. Der Pyrolysekoks wird in die Wirbelschicht ei nes Synthesegasreaktors eingebracht. Das Pyrolysegas wird als Wirbelgas für die Wirbel schicht des Synthesegasreaktors genutzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu über winden und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dem der primäre Energieaufwand für die thermo-chemische Behandlung des Vergasungsmaterials reduziert werden kann und trotzdem ein zufriedenstellendes Behandlungsergebnis erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur thermo-chemischen Behandlung von Vergasungsma terial, wie z.B. Biomasse, Hausmüll, Gewerbemüll, Kunststoffe, Kunststoffverbunde, vorge sehen. Bei dem Verfahren sind zumindest folgende Schritte durchzuführen:
Bereitstellen zumindest eines als Schneckenreaktor ausgebildeten Pyrolyse-Reak tors mit einem Reaktorgehäuse, welches Reaktorgehäuse hohlzylindrisch ausgebil det ist, einen Reaktor- Innenraum umgrenzt und eine Längsachse definiert, einer Heizvorrichtung, mittels welcher Heizvorrichtung eine erste Wärme menge in den Reaktor- Innenraum eingebracht und dieser unmittelbar zur thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials beheizt wird, und mit zumindest einer im Reaktor- Innenraum des Reaktorgehäuses befindli chen Fördervorrichtung, welche Fördervorrichtung als Förderschnecke mit zumindest einem Schneckensteg ausgebildet und drehbar am Reaktorgehäuse gelagert ist,
Bereitstellen einer Zufuhreinheit mit zumindest einer in den Reaktor- Innenraum einmündenden Einfüllöffnung zum Zuführen des Vergasungsmaterials in den Pyrolyse-Reak tor,
Bereitstellen einer Abfuhreinheit mit zumindest einer aus dem Reaktor-Innenraum ausmündenden Abfuhröffnung zum Abführen des behandelten Vergasungsmaterials nach des sen thermo-chemischen Behandlung im Reaktor-Innenraum des Pyrolyse-Reaktors, Bereitstellen des zu behandelnden Vergasungsmaterials, Zuführen des bereitgestellten und zu behandelnden Vergasungsmaterials in den Reaktor- Innenraum mittels der Zufuhreinheit, thermo-chemische Behandlung des Vergasungsmaterials im Reaktor-Innenraum zumindest mittels der von der Heizvorrichtung bereitgestellten ersten Wärmemenge (QExt),
Zusätzliches Zuleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in den Reaktor-Innen raum während der thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials pro Zeiteinheit, wobei eine unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials durchgeführt wird und bei der unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials eine zweite Wärmemenge (Qint) zusätzlich zu der ersten Wärmemenge (QExt) erzeugt wird, und dabei das Vergasungs material in einem überwiegenden Anteil in Pyrolysekoks und Pyrolysegas zersetzt wird, und wobei das zu behandelnden Vergasungsmaterial mittels der Fördervorrichtung von einem Be schickung sbereich zu einem Abfuhrbereich gefördert wird,
Abführen des Pyrolysekokses und Ableiten des Pyrolysegases aus dem Reaktor- Innenraum des Pyrolyse-Reaktors mittels der Abfuhreinheit, wobei weiters noch vorgesehen ist, dass die zugeleitete Menge des gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit so eingestellt wird, dass bei dieser Oxidationsmittel-Menge die unterstöchiometrische Umset zung des Vergasungsmaterials mit einem Lambdawert ausgewählt aus einem Wertebereich mit einer unteren Grenze von 0,01 und einer oberen Grenze von 0,5 erfolgt, und dass die von der Heizvorrichtung bereitgestellte erste Wärmemenge (QExt) pro Zeiteinheit maximal um den Betrag der zweiten Wärmemenge (QM) reduziert wird.
Vorteilhaft ist bei den hier gewählten Verfahrensschritten, dass durch die begrenzte zusätzli che Zufuhr des gasförmigen Oxidationsmittels eine unterstöchiometrische partielle Verbren nung des zu behandelnden Vergasungsmaterials innerhalb des Pyrolyse-Reaktors erfolgt. Da mit wird in Abhängigkeit von der zugeleiteten Menge des gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit durch den internen partiellen Oxidationsvorgang eine gewisse zweite Wärme menge (QM) im Reaktor-Innenraum des Pyrolyse-Reaktors bereitgestellt. Die von der Heiz vorrichtung bereitgestellte ersten Wärmemenge (QExt) wird reduziert, um eine zu hohe Be handlungstemperatur des Vergasungsmaterials zu verhindern. Aufgrund der durch den partiel len Oxidationsvorgang breitgestellten zweiten Wärmemenge (QM) wird so in einem gewissen Ausmaß der Energiebedarf zur Bereitstellung oder Erzeugung der ersten Wärmemenge (QExt) reduziert. Das Ausmaß der unterstöchiometrischen Umsetzung des Vergasungsmaterials wird mittels des Lambdawerts in den vorgegebenen Grenzen ermittelt.
Da die von der Heizvorrichtung bereitgestellte erste Wärmemenge pro Zeiteinheit maximal um den Betrag der zweiten Wärmemenge reduziert wird wird damit eine maximale Energie einsparung für die Bereitstellung und Erzeugung der ersten Wärmemenge mittels der Heizvor richtung erzielt. Weiters wird damit aber auch die im Reaktor- Innenraum herrschende Be handlungstemperatur in gewissen Grenzen auch über eine längere Zeitdauer konstant gehal ten. Es wird so weiters eine zu hohe Behandlungstemperatur verhindert.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehens weise ist dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxidationsmittel vollständig verbrannt wird und das abgeleitete Pyrolysegas frei von Sauer stoff (O2) ist. Damit kann sichergestellt werden, dass im abgeleiteten Pyrolysegas kein zusätz licher freier Sauerstoff mehr enthalten ist und das dem Reaktor- Innenraum zugeleitete gasför mige Oxidationsmittel vollständig verbrannt und umgesetzt worden ist.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher das gasförmige Oxidationsmittel aus der Gruppe von Luft, Sauerstoff (O2), Distickstoffmonoxid (N2O) ausgewählt wird. Damit kann auf unterschiedliche zu behandelnde Vergasungsmaterialien Bedacht genommen wer den.
Eine andere Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, wenn das gasförmige Oxidationsmit tel mit einem Überdruck gegenüber dem im Reaktor- Innenraum herrschenden Druck mit zu mindest einem Druckwert ausgewählt aus einem Druck-Wertebereich mit einer unteren Grenze von 1 mbar, bevorzugt 2 mbar, und einer oberen Grenze von 30 mbar, bevorzugt von 15 mbar, dem Reaktor- Innenraum zugeleitet wird. Durch den gewählten minimalen Über druck bezüglich des im Reaktorgehäuse herrschenden Innendrucks kann so einerseits eine si chere konstante Zuleitung des gasförmigen Oxidationsmittels in den Reaktor- Innenraum und andererseits eine gerichtete Abströmrichtung des Pyrolysegases aus dem Reaktor- Innenraum erzielt werden.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei der von dem zu behandelnden Vergasungs material im Reaktor-Innenraum des Reaktorgehäuses eine Vergasungsmaterial-Füllhöhe bis maximal auf die Höhe der Längsachse definiert wird und oberhalb der vom Vergasungsmate rial definierten Vergasungsmaterial-Füllhöhe ein Freiraum verbleibt. Je nach Konsistenz und der fortschreitenden Behandlungsdauer des zu behandelnden Vergasungsmaterial wird von diesem an seiner Oberseite ein Materialspiegel gebildet, welcher zumeist von der Förder schnecke beim Weitertransport in gewissen Grenzen bewegt und somit verändert wird. Damit kann eine vorbestimmte Höhe des im Reaktor-Innenraum befindlichen Vergasungsmaterial festgelegt werden und es verbleibt ein Freiraum oberhalb des Vergasungsmaterials, welcher für die unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials und Bereitstellung der zweiten Wärmemenge (QM) dienen kann.
Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem das gasförmige Oxidationsmittel über zumindest eine im Reaktorgehäuse angeordnete Zuströmöffnung dem Reaktor-Innenraum zugeführt wird. Damit kann je nach Anordnung der zumindest einen Zuströmöffnung eine für den Be handlungsvorgang optimale Einströmposition in den Reaktor-Innenraum und damit auf das Vergasungsmaterial festgelegt werden.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehens weise ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zu strömöffnung im Reaktorgehäuse vorgesehen sind und die Zuströmöffnungen über die Man telfläche verteilt angeordnet sind. Damit kann verteilt über das gesamte Reaktorgehäuse eine ausreichend dosierte Menge des gasförmigen Oxidationsmittels in den Reaktor-Innenraum zu geführt werden.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher zumindest eine der Zuströmöffnung im Beschickungsbereich in den Reaktor-Innenraum einmündet. Damit kann bereits am Beginn des Behandlungsvorgangs in dem Vergasungsmaterial eine ausreichende, zweite Wärme menge durch ein partielle Oxidation des Vergasungsmaterials bereitgestellt oder erzeugt wer den.
Eine andere Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, wenn zumindest eine der Zuströmöff nung im Abfuhrbereich in den Reaktor-Innenraum einmündet. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, auch noch am Ende des Behandlungsvorgangs vor dem Entnehmen bzw. Abfüh ren desselben aus dem Reaktor-Innenraum ein ausreichend hohes Temperaturniveau beibehal ten zu können.
Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem die zumindest eine Zuströmöffnung im Quer schnitt des Reaktorgehäuses gesehen in einem Querschnittsbereich ausgehend von einer Hori- zontalebene oberhalb derselben in den Reaktor- Innenraum einmündet, wobei die Horizontal ebene in einer von der Fördervorrichtung oder in einer vom hohlzylindrisch ausgebildeten Re aktorgehäuse definierten Längsachse verlaufend angeordnet ist. Damit kann sichergestellt werden, dass bei entsprechender Wahl der Füllhöhe des Vergasungsmaterials das gasförmige Oxidationsmittel stets in dem oberhalb des zu behandelnden Vergasungsmaterials gebildeten Freiraums in den Reaktor- Innenraum eingeleitet werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehens weise ist dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxidationsmittel via die Förderschnecke, insbesondere deren zumindest einen Schneckensteg, dem Reaktor- Innenraum zugeleitet wird. Damit kann über die Längserstreckung der als För derschnecke ausgebildeten Fördervorrichtung das gasförmige Oxidationsmittel während der Förderbewegung desselben direkt in das zu behandelnde Vergasungsmaterial eingeleitet wer den.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein mögliches Anlagenschema einer Behandlung sanlage mit vereinfacht angedeu teten Anlagenkomponenten.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Der Begriff „insbesondere“ wird nachfolgend so verstanden, dass es sich dabei um eine mög liche speziellere Ausbildung oder nähere Spezifizierung eines Gegenstands oder eines Verfah rensschritts handeln kann, aber nicht unbedingt eine zwingende, bevorzugte Ausführungsform desselben oder eine zwingende Vorgehensweise darstellen muss. In der Fig. 1 ist ein mögliches Anlagenschema einer Behandlungsanlage 1 vereinfacht und stark stilisiert gezeigt, welche zumindest einen Pyrolyse-Reaktor 2 umfasst, wobei gegebe nenfalls weiters noch ein Koksvergaser 3 und/oder zumindest eine Brennvorrichtung 4 vorge sehen sein kann.
Die Behandlung sanlage 1 ist grundsätzlich dazu vorgesehen, in einem thermo-chemischen Behandlungsverfahren oder thermo-chemischen Behandlungsvorgang Vergasungsmaterial 5 zu behandeln. Das Vergasungsmaterial 5 kann unterschiedlichster Herkunft sein und/oder eine unterschiedlichste Zusammensetzung aufweisen. Dabei kann es sich um Biomasse, Hausmüll, Gewerbemüll oder dergleichen handeln. Als sogenannte Biomasse werden hier insbesondere organische Abfallprodukte, wie Klärschlamm, Schlachtabfälle, Tiermehl, Exkremente oder dergleichen verstanden. Es können auch Kunststoffe und/oder Kunststoffverbunde in der Be handlung sanlage 1 thermisch behandelt und daraus Pyrolysegas und Pyrolysekoks gebildet werden. Das zu behandelnde Vergasungsmaterial 5 kann in einem vereinfacht dargestellten Speicherbehälter 6 bevorratet und für den Pyrolysevorgang bereitgesteht werden. Bevorzugt werden in etwa sortengleiche Vergasungsmaterialien 5 dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführt, wobei aber auch eine Mischung aus den zuvor genannten Werkstoffen dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführt werden kann.
Je nach Art und Zusammensetzung des Vergasungsmaterials 5 wurde dieses bislang unter schiedlichst entsorgt oder weiterverarbeitet. Eine erste Möglichkeit steht die thermische Ver wertung durch Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen, einem Zementwerk oder ähnlichen Anlagen dar. Eine weitere Möglichkeit, insbesondere bei Klärschlamm, ist die landwirtschaft liche Ausbringung auf den Feldern. Dabei werden jedoch alle im Klärschlamm mit enthalte nen Schadstoffe, Mikroplastik und dergleichen auf den Feldern verteilt und kommen so auch ins Grundwasser. Schließlich kann auch eine Kompostierung oder Vererdung erfolgen.
Aufgrund der unterschiedlichen zu behandelnden Vergasungsmaterialien 5, insbesondere de ren Konsistenz, kann das Zuführen desselben in den Pyrolyse-Reaktor 2 Probleme bereiten. Zumeist wird das zu behandelnde Vergasungsmaterial 5 schwerkraftbedingt dem Pyrolyse- Reaktor 2 mittels einer Schleuse und einem Fallschacht zugeführt, wie dies vereinfacht ange deutet ist.
Ist das Vergasungsmaterial 5 dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführt worden, findet in diesem eine thermo-chemische Umwandlung des Vergasungsmaterials 5 statt, welche als Pyrolisierungs- Vorgang bezeichnet werden kann. Hier findet eine thermische Zersetzung des Vergasungsma terials 5 in Pyrolysekoks und Pyrolysegas jeweils mit den unterschiedlichsten Bestandteilen statt. Der Pyrolysekoks stellt überwiegend eine Feststofffraktion dar, welche auch als Carbo- nisat bezeichnet werden kann. Der Pyrolyse-Reaktor 2 kann z.B. als Schneckenreaktor ausge bildet sein, in welchem die thermische Zersetzung des Vergasungsmaterials 5 bei einer Tem peratur in einem Temperaturbereich zwischen 400 °C, insbesondere 450 °C, und 600 °C, ins besondere 550 °C, erfolgt. Dieser Vorgang erfolgt bei einer Verweilzeit zwischen 20 und 30 min und dies bei zumeist vollständig von Sauerstoff freien Bedingungen. Der zuvor angege bene Temperaturbereich stellt einen Soll-Temperaturbereich dar, innerhalb welchem der Be handlungsvorgang durchzuführen ist.
Bei dem entstehenden Pyrolysegas handelt es sich zumeist um ein Öl-/Gasgemisch ggf. mit staubförmigen Anteilen.
Der Pyrolyse-Reaktor 2 umfasst ein zumeist hohlzylindrisch ausgebildetes Reaktorgehäuse 7 mit einer darin drehbar gelagerten und zumeist bzw. bevorzugt schneckenförmig ausgebilde ten Fördervorrichtung 8. Das Reaktorgehäuse 7 definiert eine Längsachse 9, welche zumeist oder bevorzugt eine horizontale Ausrichtung aufweist. Die Fördervorrichtung 8 ist bevorzugt zentrisch bezüglich der Längsachse 9 ausgerichtet und am Reaktorgehäuse 7 gelagert. Die ro tatorische Drehbewegung kann z.B. mittels eines nicht näher bezeichneten Antriebsmittels, z.B. einem Antriebsmotor, erfolgen.
In einem Beschickungsbereich 10 des Pyrolyse-Reaktors 2 ist in dessen Reaktorgehäuse 7 zu mindest eine Einfüllöffnung 11 vorgesehen, welche in den Innenraum des Pyrolyse-Reaktors 2 zum Zuführen des Vergasungsmaterials 5 einmündet.
Zum Zuführen des Vergasungsmaterials 5 in den Pyrolyse-Reaktor 2 ist eine Zufuhreinheit 12 vorgesehen. Die Zufuhreinheit 12 kann unterschiedlichst ausgebildet sein und ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Fallschacht mit Schleuse ausgebildet. Ausgehend von der Zufuhrein heit 12 gelangt das Vergasungsmaterial 5 über die Einfüllöffnung 11 in einen vom Reaktorge häuse 7 umgrenzten Reaktor-Innenraum 13. Mittels der Zufuhreinheit 12 kann pro Zeiteinheit die in den Reaktor-Innenraum 13 hinein geförderte Fördermenge festgelegt und bevorzugt konstant gehalten werden. Das aus dem Speicherbehälter 6 entnommene und der Zufuhreinheit 12 zugeführte oder zu geförderte Vergasungsmaterial 5 kann nach der Entnahme aus dem Speicherbehälter 6 gege benenfalls in einer Zerkleinerung s Vorrichtung 14 zerkleinert und/oder in einer Trocknungs vorrichtung 15 in seinem Feuchtigkeitsgehalt reduziert werden.
Zum Abführen des im Pyrolyse-Reaktor 2 behandelten Vergasungsmaterials 5 kann im Ab fuhrbereich 16 eine Abfuhreinheit 17 vorgesehen sein, wobei dazu im Reaktorgehäuse 7 zum Abfördem bzw. der Entnahme des behandelte Vergasungsmaterials 5 zumindest eine Abfuhr öffnung 18 vorgesehen oder ausgebildet ist. Das in den Reaktor- Innenraum 13 zugeführte o- der zugeförderte Vergasungsmaterial 5 wird dabei mittels der Fördervorrichtung 8 vom Be schickung sbereich 10 zum Abfuhrbereich 16 gefördert.
Zur Bereitstellung der für den Behandlungsvorgang benötigten Wärmemenge ist dazu eine Heizvorrichtung 19 vorgesehen, welche als rechteckiger Kasten dargestellt ist. Die Heizvor richtung 19 dient dazu, eine erste Wärmemenge bereitzu stellen und diese in den in den Reak- tor-Innenraum 13 einzubringen und an das darin befindliche Vergasungsmaterial 5 zu übertra gen. Als Energieträger kann z.B. elektrischer Strom, Erdgas, Flüssiggas, Pyrolysegas usw. eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung 19 kann dabei als primäre Vorrichtung zur Bereitstel lung der ersten Wärmemenge bezeichnet werden, wobei mittels der Heizvorrichtung 19 der Reaktor-Innenraum 13 unmittelbar zur thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmate rials 5 beheizt wird. Die Heizvorrichtung 19 ist somit direkt und unmittelbar am oder unmit telbar im Reaktorgehäuse 7, insbesondere dessen Reaktor-Mantel, angeordnet.
Es ist hier noch vorgesehen, dass zusätzlich ein gasförmiges Oxidationsmittel dem Reaktor- Innenraum 13 während der thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials 5 pro Zeiteinheit zugeleitet wird. Die zugeleitete Menge des gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit wird so eingestellt oder so gewählt, dass bei dieser vorbestimmten Oxidationsmit tel-Menge eine unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials 5 mit einem Lambdawert ausgewählt aus einem Wertebereich mit einer unteren Grenze von 0,01 und einer oberen Grenze von 0,5 erfolgt. Die Bestimmung oder Ermittlung des oder der Lambdawerte kann mittels einer Verbrennungsrechnung erfolgen. Der Quotient aus der ermittelten Menge des vorhandenen oder zugeführten Sauerstoffs (O2) im zusätzlich zugeführten gasförmigen Oxidationsmittel und dem theoretischen Mengen-Bedarf an Sauerstoff (O2) für die vollstän- dige Verbrennung ergibt den Lambdawert. Die jeweiligen Mengenangaben können am ein fachsten in Molanteilen (wegen der Reaktionsgleichungen) erfolgen. Der Lambdawert stellt ein eindeutiges Stoffmengenverhältnis der Oxidationsmittel-Menge in Bezug zum jeweiligen Vergasungsmaterial 5 dar.
Bei der partiellen Verbrennung (Oxidation) des Vergasungsmaterials 5 wird eine zweite Wär memenge erzeugt, welche zusätzlich zu der ersten Wärmemenge (QEX für den Behandlungs vorgang bereitgestellt wird. Um einer Überhitzung oder zu hohe Behandlungstemperaturen im Reaktor-Innenraum 13 durch die zusätzlich bereitgestellte oder erzeugte zweite Wärmemenge (Qint) zu hindern, ist die von der Heizvorrichtung 19 bereitgestellte erste Wärmemenge pro Zeiteinheit entsprechend zu reduzieren. Dies kann zu einem nicht unerheblichen Einsparungs potential z.B. bei elektrischer Energiezufuhr führen.
Im laufenden Betrieb und auch bei zugeführtem gasförmigen Oxidationsmittel erfolgt im Re aktor-Innenraum 13 die thermo-chemische Behandlung des Vergasungsmaterials 5. Die an sonsten ohne der zusätzlich zweiten Wärmemenge bereitgestellte erste Wärmemenge kann re duziert werden, wodurch eine Einsparung an Primärenergie für den Betrieb der Behandlungs anlage 1 pro Zeiteinheit erzielt werden kann. Die von der Heizvorrichtung 19 bereitgestellte erste Wärmemenge pro Zeiteinheit wird bevorzugt maximal um den Betrag der zweiten Wär memenge reduziert.
Um insbesondere eine Überhitzung und/oder eine zu hohe Zufuhr der von der Heizvorrich tung 19 bereitgestellten ersten Wärmemenge pro Zeiteinheit zu verhindern, kann auch eine Temperaturüberwachung durchgeführt werden. So kann mittels einer Temperatur-Ermitt lungsvorrichtung ein Messwert der im Reaktor-Innenraum 13 aktuell herrschende Ist-Tempe ratur als Parameter ermittelt werden. Die Messungen können in vorbestimmten Zeitintervallen oder auch ständig durchgeführt werden. Der oder die ermittelten Messwerte der Ist-Tempera tur können an eine Steuerungsvorrichtung der Behandlung sanlage 1 übertragen oder weiterge leitet werden und dienen zur Steuerung der Heizvorrichtung 19 sowie in Abhängigkeit vom ermittelten Lambdawert für die Menge des zugeleiteten gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit. Damit können die jeweiligen Parameter zueinander von der Steuerungsvorrich tung so eingestellt werden, dass die vorbestimmten Temperaturgrenzen der Soll-Temperatur sowie der Wertebereich des Lambdawerts eingehalten werden. Bei der thermo-chemische Behandlung des Vergasungsmaterials 5 wird dieses mittels der Fördervorrichtung 8 vom Beschickungsbereich 10 zum Abfuhrbereich 16 gefördert und wäh renddessen in einem überwiegenden Anteil in Pyrolysekoks und Pyrolysegas zersetzt.
Bei der unterstöchiometrischen Umsetzung des Vergasungsmaterials 5 wird bevorzugt das gasförmige Oxidationsmittel vollständig verbrannt, wobei nachfolgend das abgeleitete Pyro lysegas frei von Sauerstoff (O2) ist.
Dies ist dann der Fall, wenn das gasförmige Oxidationsmittel aus der Gruppe von Luft, Sauer stoff (O2), Distickstoffmonoxid (N2O) ausgewählt wird. Unter Normalbedingungen tritt der Sauerstoff in Form eines kovalenten Homodimers auf, also einer Verbindung aus zwei Sauer stoff-Atomen und mit der Summenformel O2 . Das Gas Distickstoffmonoxid kann umgangs sprachlich auch Lachgas bezeichnet werden. Weiters ist es vorteilhaft, wenn das gasförmige Oxidationsmittel mit einem Überdruck gegenüber dem im Reaktor- Innenraum 13 herrschen den Druck mit zumindest einem Druckwert ausgewählt aus einem Druck-Wertebereich mit einer unteren Grenze von 1 mbar, bevorzugt 2 mbar, und einer oberen Grenze von 30 mbar, bevorzugt von 15 mbar, dem Reaktor- Innenraum 13 zugeleitet wird.
Es ist aber auch möglich oder denkbar, das gasförmige Oxidationsmittel mit einem dazu hö heren Druck dem Reaktor- Innenraum 13 zuzuleiten oder zuzuführen. Das Zuführen kann z.B. mittels eines Gebläses, eines Druckspeichers, einer Pumpvorrichtung oder dergleichen erfol gen. Das Zuführmittel kann dabei in Abhängigkeit vom jeweilig eingesetzten gasförmigen Oxidationsmittel gewählt werden.
Das Zuführen oder das Zuleiten des gasförmigen Oxidationsmittels in den Reaktor- Innenraum 13 kann über zumindest eine im Reaktorgehäuse 7 angeordnete Zuströmöffnung 20 erfolgen. Es sind bevorzugt mehrere Zuströmöffnung 20 im Reaktorgehäuse 7 vorgesehen, wobei die Zuströmöffnungen 20 bevorzugt über die Mantelfläche verteilt angeordnet sind. Die Zu- strömöffnungen 20 können Bestandteil einer Versorgungseinheit 21 sein. Die Versorgungs einheit 21 kann weiters ein Fördermittel 22, wie z.B. eine Pumpe oder ein Gebläse, umfassen, mittels welcher über Versorgungsleitungen das gasförmige Oxidationsmittel der zumindest einen Zuströmöffnung 20 zugeleitet wird. Je nach Verfahrensablauf kann zumindest eine der Zuströmöffnung 20 im Beschickungsbe reich 10 in den Reaktor-Innenraum 13 einmünden. Es kann auch zumindest eine der Zu strömöffnung 20 im Abfuhrbereich 16 des bereits behandelten Vergasungsmaterials 5 aus dem Reaktorgehäuse 7 in den Reaktor-Innenraum 13 einmünden. Da das zu behandelnde Ver gasungsmaterial 5 im Reaktor-Innenraum 13 zumeist eine Füllhöhe bevorzugt bis maximal auf die Höhe der Längsachse 9 aufweist, bleibt oberhalb der vom Vergasungsmaterial 5 gebil deten oder definierten Vergasungsmaterial-Füllhöhe ein Freiraum bestehen.
In dem zuvor beschriebenen Fall kann es dann vorteilhaft sein, wenn die zumindest eine Zu strömöffnung 20 im Querschnitt des Reaktorgehäuses 7 gesehen in einem Querschnittsbereich ausgehend von einer Horizontalebene 23 oberhalb derselben in den Reaktor-Innenraum 13 einmündet, wobei die Horizontalebene 23 in einer von der Fördervorrichtung 8 oder in einer vom hohlzylindrisch ausgebildeten Reaktorgehäuse 7 definierten Längsachse 9 verlaufend an geordnet ist. Unabhängig oder zusätzlich dazu wäre es aber auch möglich, die zumindest eine Zuströmöffnung 20 im Querschnitt des Reaktorgehäuses 7 gesehen auch unterhalb der zuvor beschriebenen Horizontalebene 23 vorzusehen.
Die Fördervorrichtung 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Förderschnecke 24 mit zu mindest einem Schneckensteg 25 ausgebildet und erstreckt sich zwischen dem Beschickungs bereich 10 und dem Abfuhrbereich 16.
Unabhängig oder zusätzlich dazu wäre es aber auch noch möglich, das gasförmige Oxidati onsmittel via der bevorzugt als Förderschnecke 24 ausgebildeten Fördervorrichtung 8 dem Reaktor-Innenraum 13 und dem darin befindlichen Vergasungsmaterial 5 zuzuleiten. Die Zu leitung kann dabei bevorzugt durch den die Förderschnecke 24 umgebenden oder diese bil denden Schneckensteg 25 durchgeführt werden. Dazu kann innerhalb des Schneckenstegs 25 ein Strömungskanal vorgesehen sein. Ausgehend von diesem sind eine oder mehrere der Zu strömöffnung 20 im Schneckensteg 25 angeordnet und münden ebenfalls in den Reaktor-In nenraum 13 ein. Damit kann eine direkte Zuleitung des gasförmigen Oxidationsmittels in das im Reaktor-Innenraum 13 befindliche Vergasungsmaterial 5 ermöglicht werden.
Das Abführen des Pyrolysekokses erfolgt bevorzugt getrennt vom Pyrolysegas. Dazu umfasst die Abfuhreinheit 17 nicht nur die dafür vorgesehene zumindest eine Abfuhröffnung 18 für die Feststoffe, sondern auch noch zumeist ein Sammelbehältnis 26. Das ebenfalls bei der Py rolyse entstehende Pyrolysegas wir zumeist oder bevorzugt im oberen Bereich des Pyrolyse- Reaktors 2 aus diesem abgeleitet. Um gegebenenfalls noch im Pyrolysegas enthaltene Schwebstoffe oder darin befindliche staubförmige Anteile vor dem Weiterleiten abzuschei den, kann das Sammelbehältnis 26 vorgesehen sein. In diesem können die Schwebstoffe oder staubförmigen Anteile aus dem Pyrolysegas abgeschieden werden. Das so vorgereinigte Pyro lysegas kann dann anschließend z.B. der Brennvorrichtung 4 zugeleitet und in dieser ver brannt werden.
Bei dem zuvor beschriebenen thermo-chemischen Behandlungsverfahren sind zumindest nachfolgend aufgelistete Schritte vorgesehen:
Bereitstellen des als Schneckenreaktor ausgebildeten Pyrolyse-Reaktors 2 mit dem Reaktorgehäuse 7, welches den hohlzylindrisch ausgebildeten Reaktor- Innenraum 13 umgrenzt und die Längsachse 9 definiert, der Heizvorrichtung 19, mittels welcher eine erste Wärmemenge in den Re aktor- Innenraum 13 eingebracht und dieser unmittelbar zur thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials 5 beheizt wird, und mit zumindest der im Reaktor- Innenraum 13 des Reaktorgehäuses 7 befind lichen Fördervorrichtung 8, welche Fördervorrichtung 8 als Förderschnecke 24 mit zumindest einem Schneckensteg 25 ausgebildet und drehbar am Reaktorgehäuse 7 gelagert ist,
Bereitstellen der Zufuhreinheit 12 mit zumindest der in den Reaktor-Innenraum 13 einmündenden Einfüllöffnung 11 zum Zuführen des Vergasungsmaterials 5 in den Pyro lyse-Reaktor 2,
Bereitstellen der Abfuhreinheit 17 mit zumindest der aus dem Reaktor-Innenraum 13 ausmündenden Abfuhröffnung 18 zum Abführen des behandelten Vergasungsmaterials 5 nach dessen thermo-chemischen Behandlung im Reaktor-Innenraum 13 des Pyrolyse-Reak tors 2,
Bereitstellen des zu behandelnden Vergasungsmaterials 5,
Zuführen des bereitgestellten und zu behandelnden Vergasungsmaterials 5 in den Reaktor-Innenraum 13 mittels der Zufuhreinheit 12, thermo-chemische Behandlung des Vergasungsmaterials 5 im Reaktor-Innenraum 13 zumindest mittels der von der Heizvorrichtung 19 bereitgestellten ersten Wärmemenge (QExt),
Zusätzliches Zuleiten des gasförmigen Oxidationsmittels in den Reaktor-Innen- raum 13 während der thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials 5 pro Zeitein heit, wobei die unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials 5 durchgeführt wird und bei der unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials (5) die zweite Wärmemenge (QM) zusätzlich zu der ersten Wärmemenge (QEX erzeugt wird, und dabei das Vergasungsmaterial 5 in einem überwiegenden Anteil in Pyrolysekoks und Pyrolysegas zer setzt wird, und wobei das zu behandelnden Vergasungsmaterial 5 mittels der Fördervorrich tung 8 vom Beschickungsbereich 10) zum Abfuhrbereich 16 gefördert wird,
Abführen des Pyrolysekokses und Ableiten des Pyrolysegases aus dem Reaktor- Innenraum 13 des Pyrolyse-Reaktors 2 mittels der Abfuhreinheit 17, wobei weiters noch vor gesehen ist, dass die zugeleitete Menge des gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit so eingestellt wird, dass bei dieser Oxidationsmittel-Menge die unterstöchiometrische Umset zung des Vergasungsmaterials 5 mit einem Lambdawert ausgewählt aus einem Wertebereich mit einer unteren Grenze von 0,01 und einer oberen Grenze von 0,5 erfolgt, und dass die von der Heizvorrichtung 19 bereitgestellte erste Wärmemenge (QEXO pro Zeiteinheit maximal um den Betrag der zweiten Wärmemenge (QM) reduziert wird.
Die zugeleitete Menge des gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit kann z.B. durch Re gelorgane festgelegt werden. So kann z.B. die für den Behandlungsvorgang erforderliche oder gewünschte Temperatur in einer Steuerungseinheit hinterlegt werden und mittels zumindest eines Sensors die im Reaktor-Innenraum 13 aktuell herrschende Temperatur festgestellt oder ermittelt werden. Damit kann ein Vergleich des in der Steuerungseinheit hinterlegten Tempe ratur-Sollwerts mit dem aktuell ermittelten Temperatur-Istwert durchgeführt werden. Bei ei ner festgestellten Abweichung zwischen den beiden Temperaturwerten wird in Abhängigkeit vom festgelegten Lambdawert entweder die Menge des zugeleiteten gasförmigen Oxidations mittels pro Zeiteinheit erhöht oder verringert oder andererseits die von der Heizvorrichtung 19 bereitgestellte erste Wärmemenge erhöht oder verringert. So kann in vorgegebenen Grenzen ein konstanter Behandlungsvorgang erfolgen und der Einsatz an Primärenergie zur Bereitstel lung der ersten Wärmemenge reduziert werden. Es wird dabei nur ein geringer Anteil des Vergasungsmaterials 5 mit dem gasförmigen Oxidationsmittel oxidiert bzw. unterstöchiomet risch umgesetzt.
Die Reihenfolge der Schritte kann so erfolgen, wobei aber auch eine davon abweichende Rei henfolge möglich ist. Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
Behandlungsanlage
Pyrolyse-Reaktor
Koksvergaser
Brennvorrichtung
Vergasungsmaterial
Speicherbehälter
Reaktorgehäuse
Fördervorrichtung
Längsachse
B eschickung sbereich
Einfüllöffnung
Zufuhreinheit
Reaktor- Innenraum
Zerkleinerung s Vorrichtung
Trocknungsvorrichtung
Abfuhrbereich
Abfuhreinheit
Abfuhröffnung
Heizvorrichtung
Zuströmöffnung
V er sorgung seinheit
Fördermittel
Horizontalebene
Förderschnecke
Schneckensteg
S ammelbehältnis

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur thermo-chemischen Behandlung von Vergasungsmaterial (5), ins besondere Biomasse, Hausmüll, Gewerbemüll, Kunststoffe, Kunststoffverbunde, bei dem fol gende Schritte in einer Behandlung sanlage (1) durchgeführt werden:
Bereitstellen zumindest eines als Schneckenreaktor ausgebildeten Pyrolyse-Reak tors (2) mit einem Reaktorgehäuse (7), welches Reaktorgehäuse (7) hohlzylindrisch ausgebildet ist, einen Reaktor-Innenraum (13) umgrenzt und eine Längsachse (9) definiert, einer Heizvorrichtung (19), mittels welcher Heizvorrichtung (19) eine erste Wärmemenge in den Reaktor-Innenraum (13) eingebracht und dieser unmittelbar zur thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials (5) beheizt wird, und mit zumindest einer im Reaktor-Innenraum (13) des Reaktorgehäuses (7) befindlichen Fördervorrichtung (8), welche Fördervorrichtung (8) als Förderschnecke (24) mit zumindest einem Schneckensteg (25) ausgebildet und drehbar am Reaktorgehäuse (7) gelagert ist,
Bereitstellen einer Zufuhreinheit (12) mit zumindest einer in den Reaktor-Innen raum (13) einmündenden Einfüllöffnung (11) zum Zuführen des Vergasungsmaterials (5) in den Pyrolyse-Reaktor (2),
Bereitstellen einer Abfuhreinheit (17) mit zumindest einer aus dem Reaktor-In nenraum (13) ausmündenden Abfuhröffnung (18) zum Abführen des behandelten Verga sungsmaterials (5) nach dessen thermo-chemischen Behandlung im Reaktor-Innenraum (13) des Pyrolyse-Reaktors (2),
Bereitstellen des zu behandelnden Vergasungsmaterials (5),
Zuführen des bereitgestellten und zu behandelnden Vergasungsmaterials (5) in den Reaktor-Innenraum (13) mittels der Zufuhreinheit (12), - thermo-chemische Behand lung des Vergasungsmaterials (5) im Reaktor-Innenraum (13) zumindest mittels der von der Heizvorrichtung (19) bereitgestellten ersten Wärmemenge (QExt),
Zusätzliches Zuleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in den Reaktor-Innen raum (13) während der thermo-chemischen Behandlung des Vergasungsmaterials (5) pro Zeiteinheit, wobei eine unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials (5) durch geführt wird und bei der unterstöchiometrische Umsetzung des Vergasungsmaterials (5) eine zweite Wärmemenge (Qint) zusätzlich zu der ersten Wärmemenge (QEX erzeugt wird, und da bei das Vergasungsmaterial (5) in einem überwiegenden Anteil in Pyrolysekoks und Pyroly segas zersetzt wird, und wobei das zu behandelnden Vergasungsmaterial (5) mittels der För dervorrichtung (8) von einem Beschickungsbereich (10) zu einem Abfuhrbereich (16) geför dert wird,
Abführen des Pyrolysekokses und Ableiten des Pyrolysegases aus dem Reaktor- Innenraum (13) des Pyrolyse-Reaktors (2) mittels der Abfuhreinheit (17), dadurch gekennzeichnet, dass die zugeleitete Menge des gasförmigen Oxidationsmittels pro Zeiteinheit so eingestellt wird, dass bei dieser Oxidationsmittel-Menge die unterstöchiometrische Umset zung des Vergasungsmaterials (5) mit einem Lambdawert ausgewählt aus einem Wertebe reich mit einer unteren Grenze von 0,01 und einer oberen Grenze von 0,5 erfolgt, und dass die von der Heizvorrichtung (19) bereitgestellte erste Wärmemenge (QEXO pro Zeiteinheit maximal um den Betrag der zweiten Wärmemenge (QM) reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxida tionsmittel vollständig verbrannt wird und das abgeleitete Pyrolysegas frei von Sauerstoff (O2) ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxidationsmittel aus der Gruppe von Luft, Sauerstoff (O2), Distickstoff monoxid (N2O) ausgewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxidationsmittel mit einem Überdruck gegenüber dem im Reaktor- In nenraum (13) herrschenden Druck mit zumindest einem Druckwert ausgewählt aus einem Druck-Wertebereich mit einer unteren Grenze von 1 mbar, bevorzugt 2 mbar, und einer obe ren Grenze von 30 mbar, bevorzugt von 15 mbar, dem Reaktor-Innenraum (13) zugeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem zu behandelnden Vergasungsmaterial (5) im Reaktor-Innenraum (13) des Reak torgehäuses (7) eine Vergasungsmaterial-Füllhöhe bis maximal auf die Höhe der Längsachse (9) definiert wird und oberhalb der vom Vergasungsmaterial (5) definierten Vergasungsmate rial-Füllhöhe ein Freiraum verbleibt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxidationsmittel über zumindest eine im Reaktorgehäuse (7) angeord nete Zuströmöffnung (20) dem Reaktor-Innenraum (13) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zuströmöff nung (20) im Reaktorgehäuse (7) vorgesehen sind und die Zuströmöffnungen (20) über die Mantelfläche verteilt angeordnet sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Zuströmöffnung (20) im Beschickungsbereich (10) in den Reaktor-Innenraum (13) ein mündet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindest eine der Zuströmöffnung (20) im Abfuhrbereich (16) in den Reaktor-Innenraum (13) einmündet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Zuströmöffnung (20) im Querschnitt des Reaktorgehäuses (7) gesehen in ei nem Querschnittsbereich ausgehend von einer Horizontalebene (23) oberhalb derselben in den Reaktor-Innenraum (13) einmündet, wobei die Horizontalebene (23) in einer von der Förder vorrichtung (8) oder in einer vom hohlzylindrisch ausgebildeten Reaktorgehäuse (7) definier ten Längsachse (9) verlaufend angeordnet ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Oxidationsmittel via die Förderschnecke (24), insbesondere deren zumin dest einen Schneckensteg (25), dem Reaktor-Innenraum (13) zugeleitet wird.
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