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Die Entsorgung von Abfall ist in den letzten Jahren zu einem
zunehmenden Problem geworden, und die Notwendigkeit zum
Umwandeln von vielen Formen von Abfall in Energie ist
offensichtlich geworden. Dies muß jedoch in einer für die Umwelt
akzeptablen Weise sowie zu akzeptablen Kosten erfolgen.
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Es sind viele Versuche unternommen worden, um Abfall in
Energie umzuwandeln. Die bisher am häufigsten verwendete Methode
ist die Verbrennung. Diese wird jedoch aufgrund der
Emissionen und der Reaktion der Öffentlichkeit zunehmend
inakzeptabler.
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Potentiell das akzeptabelste Mittel zum Umwandeln von Abfall
in Energie ist eine Behandlung durch Pyrolyse und Vergasung,
die zur Erzeugung eines Brenngases führen, das vorzugsweise
oxidiert wird, während es noch heiß ist, um die Energie
freizusetzen. Alternativ hierzu kann das Pyrolysegas kondensiert
werden, um ein komplexes Kohlenwasserstofföl und -gas zu
bilden, die verbrannt werden können. Dies ist jedoch im Rahmen
der umweltmäßigen Auflagen schwierig, und die unmittelbare
Verbrennung des Brenngases ist bevorzugt.
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Viele der Pyrolyse- und Vergasungssysteme, die derzeit
verwendet werden oder für die Verwendung vorgeschlagen worden
sind, benutzen rotierende oder sich bewegende Förderer oder
Behälter zum Zuführen, Mischen und Durchrühren des
Abfallmaterials, das pyrolysiert werden soll. Es bestehen jedoch
viele Probleme, insbesondere hinsichtlich der Zufuhr zu sowie
der Abdichtung bei diesen rotierenden Systemen, und eine der
Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung
dieser Probleme in wirtschaftlicher Weise sowie in der
gleichzeitigen Angabe eines effizienten, kontinuierlichen
Pyrolyse- und Vergasungsprozesses, der exakt gesteuert werden
kann. Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Erfindung eine
effektive Zufuhr, Mischung und Durchrührung des
Abfallmaterials, so daß dieses dem Pyrolyse- und Vergasungsprozeß in
gleichmäßiger Weise unterzogen wird.
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Insbesondere gestattet die Erfindung eine kontinuierliche
Pyrolyse und Vergasung einer großen Vielfalt von
Abfallmaterialien unter Verwendung der Wärmereaktion zum Erwärmen des
Prozesses in einer integrierten, kompakten Anlage. Die
zurückgeführte Abfallwärme kann für die Energieerzeugung sowie
für das Trocknen des Abfalls mittels Wärme verwendet werden.
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In unserer derzeit anhängigen GB-Patentanmeldung
Nr. 9521984.6 ist ein Verfahren für die Erzeugung von
Wärmeenergie aus festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen
beschrieben, wobei bei diesem Verfahren der kohlenstoffhaltige
Brennstoff einer im wesentlichen anäroben Pyrolyse in zumindest
einer ersten Zone unterzogen wird und anschließend die aus
der Pyrolyse resultierenden Verbrennungsstoffe in eine zweite
Zone übertragen werden, die von der oder den ersten Zonen
getrennt ist, wobei die Verbrennungsstoffe in der zweiten Zone
durch Einleitung von primärer Verbrennungsluft, wahlweise
zusammen mit Dampf, einer Vergasung unterzogen werden, wobei
die Abgase von der zweiten Zone und die Pyrolysegase von der
ersten oder den ersten Zonen anschließend einer
Sekundär-Verbrennung unterzogen werden und die erste oder ersten Zonen
durch von der Sekundär-Verbrennung abgeleitete Wärme erwärmt
werden, wobei Asche vom Boden der zweiten Zone entfernt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei einem
derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung anwendbar und
schafft ein besonders effizientes Mittel zum Zuführen von
kohlenstoffhaltigen Brennstoffmaterialien zu der
Pyrolysestufe eines solchen Verfahrens.
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Wie vorstehend erwähnt, gibt es Probleme bei der Schaffung
einer wirksamen Dichtung der Pyrolyse- und
Vergasungsvorrichtung, insbesondere wenn bewegliche Teile vorhanden sind sowie
insbesondere in dem Bereich der Vorrichtung, in den der
kohlenstoffhaltige Brennstoff eingebracht wird. Es sind mehrere
Arten von mechanischen Einbringanordnungen bekannt, die
verschiedene Arten von Absperrungen, Luftschleusen und
Kolbeneinrichtungen beinhalten.
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Die beweglichen Teile solcher mechanischer Anordnungen haben
jedoch die Tendenz, daß sie kompliziert sind und auch für
eine Gasleckage sowohl nach innen als auch nach außen und
ferner für ein Verklemmen aufgrund der Ansammlung von
kohlenstoffhaltigem Material sowie der Pyrolyseprodukte desselben
anfällig sind. Außerdem ist die bevorzugte Form eines
Pyrolysereaktors ein Rohr, da dies eine der effektivsten
Einrichtungen zum Übertragen von Wärme auf das zu pyrolysierende
Material darstellt.
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Bei Zuführsystemen, bei denen eine zwangsweise Förderung von
teilchenförmigem Material in oder durch einen rohrförmigen
Behälter erfolgt, hat es sich jedoch herausgestellt, daß
aufgrund des Reibungseffekts, der sich zum Beispiel bei einer
Verengung des Rohres verstärkt, beispielsweise durch eine
unbeabsichtigte Beschädigung am Inneren des Rohres,
Unregelmäßigkeiten der Innenoberfläche oder beabsichtigte
Verengungen, beispielsweise in Form von Vorrichtungen zum Verbessern
des Mischens und/oder des Wärmetransfers, das zugeführte
Material eine Tendenz zum Verklemmen in dem Rohr zeigt,
beispielsweise an einer solchen Verengung, und gelegentlich ist
nicht einmal die Aufbringung einer ganz beträchtlich höheren
Kraft als der zum Hervorrufen einer normalen Zufuhr in und
durch das Rohr hindurch erforderlichen Kraft zum Überwinden
des Verklemmens ausreichend.
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Außerdem stellen derartige Situationen natürlich eine
Verschwendung von Energie dar, und sie sind hinsichtlich der
kontinuierlichen Produktionsbedingungen aufgrund der
Unterbrechungen in dem normalen Ablauf, die durch das Verklemmen
verursacht werden, unwirtschaftlich.
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Die vorliegende Erfindung gibt Lösungen für die vorstehend
genannten Probleme an, die der Verwendung von derartigen
Reaktoren innewohnen.
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Die GB-A-1 057 977 offenbart ein Verfahren zum Zuführen von
trockenen, staubartigen, festen Brennstoffen zu einem
Hochdruck-Vergasungssystem durch Zusetzen eines flüchtigen,
flüssigen Kohlenwasserstoffs zu dem Zuführmaterial, um eine
halbfeste Mischung zu bilden, die pumpfähig ist.
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Die DE-A-43 27 430 beschreibt eine Vorrichtung und ein
Verfahren für die thermische Entsorgung von Abfall, bei dem
verdichtete Abfallschlacken anfangs in ein beheiztes
Entgasungsrohr geleitet werden. In dem Rohr sind jedoch keine separaten
Dichtungen vorgesehen, und es findet sich keine Erwähnung
eines möglichen Verklemmens der Schlacken in dem Rohr oder
wie ein solches Verklemmen vermieden werden kann.
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Die GB-A-262 901 beschreibt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Zuführen von festen Stoffen in oder Entfernen von
festen Stoffen aus Behältern unter Druck, wobei die festen
Stoffe mittels eines Kolbens oder Stößels bei jedem Hub
desselben durch ein Rohr gezwungen werden, das wahlweise ein
gasdichtes Material enthält. Es wird Vorgeschlagen, das Rohr
im Querschnitt leicht konisch auszubilden.
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Insgesamt haben die Anmelder festgestellt, daß das
erstgenannte Dichtungsproblem durch Verwendung einer der Abtragung
unterliegenden Dichtung in der Einbringanordnung gelöst
werden kann, d. h. einer Dichtung, die abgetragen werden kann,
und daß das zweitgenannte Problem des Verklemmens von
zugeführten teilchenförmigen Materialien durch Aufbringen einer
relativ kleinen negativen oder neutralen Kraft im Inneren der
Menge des kolbenbeaufschlagten teilchenförmigen Materials
überwunden werden kann, um dadurch einen Hohlraum auf der
stromauswärtigen Seite der Verengung zu bilden.
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Es somit zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung in
Verbindung mit dem neuartigen Konzept einer der Abtragung
unterliegenden Dichtung die zusätzliche neuartige Kombination von
zwei Mitteln zum Erzielen einer effektiven Bewegung einer
chargenweisen Zufuhr durch einen Reaktor schafft, nämlich
eine rammenartige arbeitende Einbringeinrichtung zusammen mit
einer Einrichtung zum Auflösen eines Verklemmens oder zum
Verhindern eines Verklemmens, die vorzugsweise in Form einer
rotierenden Schraube vorliegen kann, um die Passage des
teilchenförmigen Zufuhrmaterials zu erleichtern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die
kontinuierliche Pyrolyse und Vergasung von teilchenförmigen
Abfallmaterialien angegeben, welches die Zuführung eines
Abfallmaterials in Chargen durch eine Kolbenwirkung in eine
Vielzahl von Reaktorrohren umfaßt, die im wesentlichen
horizontal in einer Ofenleitung angeordnet sind, wobei die festen
Rückstände von der Pyrolyse in einen oder mehrere vertikale
Reaktoren ausgetragen werden, wo die Vergasung erfolgt, wobei
die Asche von dem Boden des vertikalen Reaktors entfernt wird
und Gase von der Pyrolyse und den Vergasungsprozessen
oxidiert werden und für zwei Sekunden bei mindestens 1250ºC
gehalten werden, bevor sie zu der Ofenleitung gelangen, die
durch den Durchgang von den oxidierten Gasen auf etwa 1200ºC
gehalten wird, wobei die Gase dann zu einem Boiler und
danach, wenn erforderlich, zu einer separaten Vorheizleitung
geleitet werden, welche die Reaktorrohr umgeben, um eine
vorläufige Trocknung von feuchtem Abfallmaterial
durchzuführen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß Luft daran gehindert
wird, in den Reaktor einzutreten und Pyrolysegase daran
gehindert werden, aus dem Reaktor zu entweichen, indem jede
Charge von Abfallmaterial an seiner Rückseite mit einer
separaten, der Abtragung unterliegenden Dichtung versehen wird,
die zwischen dem Brennstoff und dem Kolben bzw. der Ramme
positioniert wird und die durch die Wirkung des Kolbens auf
die Brennstoffcharge in den Reaktor hineingezwungen wird,
während sie in abdichtendem Eingriff mit den Innenwänden des
Reaktors steht; daß die Dichtung aus einem Material
hergestellt wird, welches die Hochtemperatur- und chemischen
Bedingungen in dem Reaktor zumindest für eine so lange
Zeitdauer aushalten wird, die erforderlich ist, um die
Dichtungsfunktion auszuüben, und das danach thermisch in Produkte
zerlegt wird, die für den Pyrolyseprozeß oder die Pyrolysegase,
welche von dem Reaktor erzeugt werden, nicht schädlich sind;
und daß ein Verklemmen des gepackten Abfallmaterials in den
Reaktorrohren verhindert oder überwunden wird, indem man
einen zumindest vorübergehenden Hohlraum oder Zwischenraum in
dem gepackten teilchenförmigen Material ausbildet.
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Die Wirkung des Kolbens bzw. der Ramme auf die
Brennstoffschlacke führt zu einem Aufbrechen der der Abtragung
unterliegenden Dichtung, wenn diese in das eigentliche Pyrolyserohr
eintritt, wobei die Dichtungsfunktion dann von einer
zweiten der Abtragung unterliegenden Dichtung übernommen
wird, die an der Rückseite einer zweiten Brennstoffschlacke
vorgesehen ist, die zwischenzeitlich in das Zuführende des ·
Reaktorrohrs hineingepreßt wird.
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Die erste der Abtragung unterliegende Dichtung oder die
Fragmente derselben werden zusammen mit dem Abfallmaterial
pyrolysiert, wobei das Baumaterial der der Abtragung
unterliegenden Dichtung derart gewählt ist, daß es vom Standpunkt des
Pyrolyse- und Vergasungsprozesses von dem Abfallmaterial
ununterscheidbar wird. Die Dichtung kann zum Beispiel aus
Faserkarton oder einem beliebigen anderen geeigneten Material
hergestellt werden.
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Die Dicke der Dichtung, die als eine Art. Kolben betrachtet
werden kann, ist nicht von besonders kritischer Bedeutung,
hängt jedoch offensichtlich in gewissem Ausmaß von seinem
Baumaterial ab. Die Dichtungen können fertig hergestellt und
zum Beispiel dazu ausgebildet sein, an der Rückseite jeder
Brennstoffschlacke jeweils einzeln in das Rohr eingeführt zu
werden, zum Beispiel von einem Magazin mit einer Vielzahl
solcher Dichtungen.
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Alternativ hierzu können die Dichtungen zum Beispiel durch
die Bewegung des Zuführkolbens bei jedem Hub ausgehend von
einem geeigneten Vorratsmaterial-Flächenkörper auf die
entsprechende Größe gestanzt werden. Weitere mögliche Wege zum
Herstellen der der Abtragung unterliegenden Dichtung
beinhalten zum Beispiel das Einspritzen von Styropor in einen engen
Hohlraum, der zwischen dem in das Rohreingebrachten
Abfallmaterial und der Stirnseite des Kolbens der Ramme
gebildet ist, wobei das Einspritzen zum Beispiel durch eine hohle
Kolbenstange hindurch erfolgt.
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Durch sorgfältige Ausbildung der Dichtung, die üblicherweise
als Scheibe ausgebildet ist, insbesondere hinsichtlich ihrer
Abmessungen, kann die Dichtung dazu veranlaßt werden, sich in
dem Rohr festzusetzen oder zu verkeilen und nur eine
Vorwärtsbewegung des vor ihr befindlichen Abfallmaterials zu
ermöglichen. Die Dichtungen können zentral mit einem Loch oder
einer Aussparung versehen sein, die zum Beispiel auf einen
entsprechenden Festlegezapfen an der Ramme paßt.
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Wie vorstehend erwähnt, löst die Verwendung von der Abtragung
unterliegenden Dichtungen, wie sie vorstehend beschrieben
worden sind, die bisher aufgetretenen Probleme bei der
Abdichtung der Pyrolyse- und Vergasungsvorrichtung. Wie auch
vorstehend bereits erwähnt, schafft die vorliegende Erfindung
jedoch zusätzlich eine Lösung für das Phänomen eines
reibungsmäßigen Verklemmens von teilchenförmigen Materialien bei
der Zufuhr derselben in Reaktoren.
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Man hat festgestellt, daß ein solches Verklemmen von
zugeführten teilchenförmigen Materialien überwunden oder
vermieden werden kann, indem man einen Hohlraum, der nur
vorübergehend vorhanden sein kann und häufig auch nur vorübergehend
vorhanden ist, in die Menge des teilchenförmigen Materials
einbringt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung, durch die
ein solcher Hohlraum gebildet wird, um eine rotierende
Einrichtung, die sich von der stromabwärtigen Seite des
teilchenförmigen Materials aus in das eigentliche teilchenförmige
Material hinein erstreckt und einen Teil im Inneren des
teilchenförmigen Materials aufweist, der einen oder mehrere
Vorsprünge aufweist, die sich radial von der Achse der
rotierenden Einrichtung wegerstrecken, so daß dann, wenn die rotierende
Einrichtung gedreht wird, hinter dem oder den
Vorsprüngen ein Hohlraum gebildet wird. Die rotierende Einrichtung
kann zum Beispiel eine rotierende Schraube oder eine
rotierende Welle sein, an der ein oder mehr Stifte vorhanden sind.
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Ein rammenartiges Einbringen als Verfahren zum Einführen hat
sich als sehr effektiv und wirksam herausgestellt,
insbesondere bei Verwendung von Pyrolyserohren mit relativ glattem
und gleichmäßigem Innendurchmesser. Wie jedoch bei jedem
beliebigen Rohr der Fall ist, das mit losem Material gefüllt
ist, und insbesondere einem Rohr, das eine beliebige Art von
Verengung enthält, hat das Schüttgut bzw. lose Material eine
Tendenz zum Verklemmen, wobei es häufig nicht möglich ist,
die Verklemmung in dem Rohr selbst durch Aufbringen einer
sehr hohen Kraft auf die Ramme bzw. den Kolben zu überwinden.
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Man hat jedoch festgestellt, daß ein solches Verklemmen von
Abfallmaterial in einem stationären Pyrolyserohr überwunden
werden kann, indem erfindungsgemäß lediglich eine relativ
geringe neutrale oder negative Kraft zum Bilden eines Hohlraums
oder Zwischenraums an einer Stelle auf der stromaufwärtigen
Seite der Verengung verwendet wird. Daß eine solche geringe
Kraft zum Entfernen oder Verhindern einer Verklemmung in dem
rammenbeaufschlagten Materialfluß wirksam sein sollte, ist um
so überraschender, wenn man an die sehr hohen Kräfte denkt,
die ohne Erfolg beim Auflösen der Verklemmung auf die Ramme
aufgebracht werden können.
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Es sollte erwähnt werden, daß das vorstehend beschriebene,
reibungsmäßige Verklemmungsphänomen letztendlich unabhängig
davon auftritt, was für Einrichtungen zum Hindurchzwängen des
losen Materials durch das Rohr verwendet werden. Wenn zum
Beispiel Schraubeneinrichtungen die einzigen Einrichtungen
zum Hindurchzwängen des Materials durch das Rohr sind, kommt
es letztendlich zu einem Verklemmen in dem Rohr, wenn dieses
vollständig mit Material gefüllt wird.
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Einzelheiten von Gesichtspunkten und Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sind in den Begleitzeichnungen
dargestellt; darin zeigen:
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Fig. 1a und 1b schematische Darstellungen einer
Testvorrichtung zur Erläuterung des ein Verklemmen verhindernden
Zuführaspekts der Erfindung;
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Fig. 2a eine schematische, teilweise im Schnitt
dargestellte Ansicht des ersten Teils eines Verfahrens und einer
Vorrichtung für die Pyrolyse und Vergasung gemäß der
Erfindung;
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Fig. 2b eine alternative Einbringanordnung zu der in
Fig. 2a gezeigten;
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Fig. 3a eine schematische Darstellung der Ausbildung des.
Verbrennungsvorgangs zur Erläuterung der Anordnung der
Vielzahl von Pyrolyserohren in der Verbrennungsleitung;
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Fig. 3b eine schematische Darstellung der Ausbildung
einer vertikalen Anordnung von vier Pyrolyserohren, wie sie
in Fig. 3a gezeigt sind, wenn eine Vortrocknung von feuchtem
Abfallmaterial durchgeführt werden soll;
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Fig. 4 eine schematische, vertikale Schnittansicht des
ersten Teils eines Pyrolyse- und Vergasungsverfahrens, bei
dem eine Zuführramme schräg zu einem Pyrolyserohr angeordnet
ist, um eine Charge von Abfall-Brennmaterial unter Verwendung
von der Abtragung unterliegenden Dichtungen in ein
Pyrolyserohr einzubringen, das mit einem Schneckenantrieb ausgestattet
ist, um ein Verklemmen der Zufuhr durch das Pyrolyserohr
zu verhindern;
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Fig. 5 und 6 eine vertikale Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht des in Fig. 4 gezeigten Anordnungstyps, wobei die
Verwendung von zwei Pyrolyserohren dargestellt ist und im
Umriß ein Doppelwirbelströmungs-Thermoreaktor zum Erwärmen der
Pyrolyserohre dargestellt ist.
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Unter Bezugnahme zuerst auf die Fig. 1a und 1b wurden Tests
nach Schwierigkeiten beim Zuführen von Abfallmaterialien in
ein Pyrolyserohr durchgeführt. Die Analyse der Situation hat
zu der Annahme geführt, daß sobald der natürliche Weg des
Materials in dem Rohr über irgendeine Verengung führte, die
Bedingungen für ein Verklemmen des Zuführkolbens hergestellt
wurden. Der Schüttwinkel betrug ca. 30 Grad.
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Man hat festgestellt, daß dann, wenn eine negative Kraft an
einer Stelle auf der stromaufwärtigen Seite oder Kolbenseite
der Verengung aufgebracht werden konnte, dieses Verklemmen
vermieden werden konnte, während die Vorteile der
Rammenzufuhr aufrechterhalten werden konnten.
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Es wurde eine kleine Testvorrichtung gebaut aus einem Rohr 1 ·
mit einer Länge von 200 mm und einer Bohrung von 40 mm, in
das ein 25 mm langer Kolben 2 eingepaßt wurde, der an einer
langen Kolbenstange angebracht war, wie dies in der Zeichnung
dargestellt ist. Eine Öffnung 5 zum Zuführen des zu testenden
Abfallmaterials 7 wurde in die obere Oberfläche des Rohrs
eingebracht, und zwei Metallstangen 6 mit einem Durchmesser
von 6,5 mm wurden quer in dem Rohr angeordnet, und zwar 30
sowie 70 mm von dem offenen Ende entfernt, um Verengungen für
die Bewegung des Materials zu bilden.
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Es wurden zwei Systeme verwendet, um den erforderlichen
Hohlraum zu schaffen. Als erstes wurde eine zweigängige Schraube
8 mit einem Durchmesser von 6,5 mm unter den Verengungen
positioniert, wobei sie sich 20 mm über diese hinaus
erstreckte, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, und als
zweites wurde eine Welle mit einem Durchmesser von 4,0 mm mit
drei Paaren von Stiften von 10 mm, die insgesamt entlang der
Welle in Abständen von 5 mm angeordnet waren, in der in Fig.
1b gezeigten Weise vorgesehen.
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Die Kraft des Kolbens wurde unter Verwendung einer Federwaage
gemessen und die Schraube war dazu ausgebildet, in der
erforderlichen Weise mit 500 min&supmin;¹ angetrieben zu werden. Der
Gewindegang der Schraube betrug ca. 2,5 mm.
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Die Vorrichtung wurde mit drei Materialien getestet, und zwar
einem leichten Aggregat in Kugelform mit einem Durchmesser
zwischen 2,5 und 3,5 mm, granuliertem, getrocknetem
Hühnerdreck in zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 2,5 mm
und einer Länge zwischen 2 und 5 mm, sowie granulatförmigem
Waschpulver zwischen 1,5 und 2,5 mm.
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Jedes Material wurde durch die Öffnung hindurch in das Rohr
eingebracht, wobei die Schraube stationär war. Das Material
wurde durch den Kolben vor einer Kartondichtung 4 vorwärts
gedrückt und mit einer zweiten Charge nachgefüllt, die
ebenfalls in die in der Zeichnung dargestellte Position vorwärts
gedrückt wurde. Hierbei kam es zu einem Verklemmen des
Kolbens, das Kräften von über 250 N standhielt. Der Schüttwinkel
war für jedes der Materialien ähnlich, wobei die "freie"
Oberfläche durch die erste Verengung hindurch verlief, wie
dies in der Zeichnung dargestellt ist.
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Beim Starten des Motors und rotationsmäßigen Bewegen der
Schraube wurde festgestellt, daß das zuvor verklemmte
Material frei an den Verengungen vorbei sowie aus dem freien Ende
des Rohrs hinaus abgeflossen ist. Die zum Bewegen des Kolbens
erforderliche Kraft fiel sofort auf einen sehr niedrigen
Wert, der von dem Material abhängig war.
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Das Bewegen des Kolbens und seiner Halterung allein benötigte
eine Kraft von 85 N.
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Bei rotierender Schraube und Zufuhr von leichtem Aggregat
betrug die Gesamtkraft 170 N oder 85 N bei Zuführen des
Materials.
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Bei rotierender Schraube und der Zufuhr von Hühnerdreck
betrug die Gesamtkraft 95 N oder 10 N zum Zuführen des
Materials.
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Bei rotierender Schraube und der Zufuhr von Waschpulver war
die Gesamtkraft 95 N oder 10 N zum Zuführen des Materials.
Die Tests wurden mit der mit Stiften versehenen Welle
wiederholt, wobei es sich gezeigt hat, daß die Materialien bei
Rotation der Stifte durch die Verengung hindurchgezwängt
werden können. Die auf den Kolben wirkenden Kräfte waren höher
und lagen bei 150 N oder 65 N zum Zuführen des Materials.
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Diese Tests zeigen in sehr deutlicher Weise die Wirkung der
Erfindung und verdeutlichen, daß das Konzept der Verwendung
beispielsweise eines Schneckenförderers zum Erzeugen einer
negativen Kraft auf die Granulatmaterialien vor irgendeiner
Verengung ein sehr praktikabler Weg zum Überwinden der
Verklemmung ist, wie dies auch für die Verwendung des
einfacheren Systems einer Welle mit Querstiften gilt.
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Das System behält die Dichtungsvorteile der
Rammen-Kolbenförderung sowie der Verwendung der der Abtragung
unterliegenden Dichtung bei. Tests mit dünnen Kartondichtungen haben
gezeigt, daß diese keinen Unterschied bei den Förderraten oder
Förderkräften machen. Es wurden Tests mit dünnen
Dichtungsscheiben 4 zwischen unterschiedlichen Materialien
durchgeführt, die ein deutliches Erkennen der Förderbewegung
ermöglichten.
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Fig. 2a zeigt eine allgemeine Anordnung unter Darstellung von
nur einem Reaktorrohr in Verbindung mit einer einzelnen
vertikalen Vergasungseinrichtung. Man sollte jedoch bedenken,
daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch mehr als ein
Pyrolyserohr in Verbindung mit einer einzelnen
Vergasungseinrichtung verwendet werden kann und daß es ferner auch
Bestandteil des Konzepts der vorliegenden Erfindung ist, daß
nicht alle der Pyrolyserohre gleichzeitig in Betrieb sein
müssen, wodurch Redundanz geschaffen wird, beispielsweise im
Fall von erforderlichen Reparaturen oder Reinigungen, wodurch
ermöglicht wird, daß die Vorrichtung kontinuierlich in
Benutzung gehalten wird.
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In Fig. 2a befindet sich ein Pyrolysereaktorrohr 1 zum Teil
innerhalb eines mit hitzebeständigen Ziegeln ausgekleideten
Ofens 2, der in dem allgemeinen Temperaturbereich von ca. 800
ºC bis 1400ºC arbeitet. Die Breite des Ofens, durch den das
Rohr ragt, beträgt typischerweise ca. 2 m, und das
eigentliche Reaktorrohr kann typischerweise einen Durchmesser von
etwa einem halben Meter aufweisen. Das Reaktorrohr ragt in
eine vertikale Vergasungseinrichtung 3 und ist einer
abnehmbaren Druckabdeckung 4 in der Ofenwandung auf der
gegenüberliegenden Seite des Vergasungseinrichtungsrohrs zugewandt.
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Das Rohr 1 erstreckt sich auf der der Vergasungseinrichtung
gegenüberliegenden Seite von der Ofenwandung nach außen über
eine Distanz von 2 bis 3 Metern und weist eine Öffnung 5 auf,
durch die Schlacken von Abfallbrennstoff 6 in das
Pyrolyserohr eingebracht werden können.
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An dem der Öffnung 6 benachbarten Ende des Rohrs 1 befindet
sich ein Hydraulikzylinder 7, der einen Kolben bzw. eine
Ramme 8 betätigt. Zwischen der Öffnung 5 und dem
Hydraulikzylinder 7 und dem Kolben 8 befindet sich eine
Zuführeinrichtung zum Zuführen von der Abtragung unterliegenden
Dichtungsscheiben 9 in den Raum zwischen der eingebrachten
Abfallbrennstoffschlacke und dem Kopf des Kolbens. Der Kolben weist
einen Festlegezapfen 11 auf, der mit einer Öffnung 12 in
jeder Dichtungsscheibe zusammenwirkt.
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In der Zeichnung ist eine verformte Dichtungsscheibe 15 an
der Stelle dargestellt, wo diese durch den vor angehenden,
nach vorne gehenden Einbringhub des Kolbens beim Einbringen
einer Brennstoffschlacke in das Reaktionsrohr positioniert
worden ist. In der in der Zeichnung dargestellten Situation
befindet sich der Kolben unmittelbar vor der Ausführung des
nächsten Einbringhubes, in dem er sowohl die neu zugeführte
Dichtungsscheibe 9 als auch die Brennstoffschlacke 6 vorwärts
drückt, die sich in der Öffnung 5 des Reaktorrohrs befindet.
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Eine weitere nach vorne gehende Bewegung des hydraulischen
Kolbens führt dazu, daß die verformte Dichtungsscheibe in den
Pyrolysebereich des Rohrs eintritt, wobei zu diesem Zeitpunkt
die neu zugeführte Dichtungsscheibe, die eine Position
jenseits der Öffnung erreicht hat, die Funktion der Abdichtung
des Reaktorrohrs übernimmt, während die bereits in dem von
dem Ofen erwärmten Teil des Reaktors befindliche Charge von
Abfallbrennstoff zusammen mit der vorangehenden
Dichtungsscheibe durch die aufgebrachte Wärme pyrolysiert werden.
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Der Vorwärts-Kolbenhub des hydraulischen Kolbens beträgt
typischerweise ca. 2,25 m und die Länge der
Brennstoffschlacke beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
typischerweise ca. 1 m. Es versteht sich selbstverständlich,
daß in den bei dem vorliegenden Beispiel erwähnten
Abmessungen beträchtliche Variationen möglich sind und die Erfindung
auf keinerlei spezielle Abmessungen der verwendeten
Vorrichtung eingeschränkt ist.
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Beim Erreichen des Vergasungseinrichtungsendes des
Reaktorrohres fallen die aus dem Pyrolyseprozeß resultierenden
Kohlenstoff-Verbrennungsrückstände in das tiefe Bett der
vertikalen Vergasungseinrichtung, wo diese durch Einleiten von
Luft und/oder Dampf durch den Verteiler 17 vergast werden.
Asche wird vom Boden der Vergasungseinrichtung mittels der
Schraube 18 entfernt.
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Die Gase aus der Vergasungseinrichtung und das Pyrolysegas
aus dem Pyrolysereaktor mischen sich und treten in Richtung
nach oben aus, wie dies bei dem Bezugszeichen. 19 gezeigt ist,
um sich mit den Reaktionsgasen zu vereinigen, die von den
anderen Pyrolyserohren erzeugt werden, wie dies bei dem
Bezugszeichen 21 in Fig. 3a gezeigt ist.
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Fig. 2b zeigt eine alternative Einbringanordnung, bei der
anstatt einer Schlacke oder einer Vorpackung von Abfallmaterial
loses teilchenförmiges Abfallmaterial in die Öffnung in dem
Pyrolyserohr eingebracht wird.
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In Fig. 3a ist eine Vielzahl von Pyrolyserohren 22, genauer
gesagt acht Pyrolyserohren, parallel paarweise übereinander
in einem Ofen 23 angeordnet, wobei zwei vertikale Säulen von
jeweils vier Reaktorrohren gebildet werden, wobei jede
vertikale Säule eine vertikale Vergasungseinrichtung mit tiefem
Bett speist (in dieser Figur nicht dargestellt).
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Wie vorstehend erwähnt, arbeitet der Ofen in dem
Temperaturbereich von 800 bis 1400ºC, wobei die Temperatur in dieser
Größenordnung in dem Thermoreaktor 24 erzeugt wird, wo die
Pyrolysegase und das Produktions-/Abgas aus der
Vergasungseinrichtung bei dem Bezugszeichen 25 eintreten, um bei dem
Bezugszeichen 26 mit einer feststehenden
Verbrennungsluftströmung in einem Doppelwirbelreaktor 27~ gemischt zu werden,
um die erforderliche Temperatur zu erzeugen.
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Stromab von dem Ofen befindet sich ein Boiler 28 mit einem
Austrittsgebläse 29. Abgase aus dem Boiler können dazu
verwendet werden, um für ein Trocknen von feuchten
Abfallbrennstoffen zu sorgen, wie dies in Fig. 3b gezeigt ist.
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Die ungefähren Abmessungen der speziellen, in Fig. 3a
gezeigten Vorrichtung sind eine Länge von etwa 12 Metern und eine
Höhe von etwa 4 Metern. Wie vorstehend erwähnt, besteht
hinsichtlich dieser Abmessungen keine besondere Bedeutung, mit
der Ausnahme, daß dadurch gezeigt werden soll, wie kompakt
die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet
werden kann.
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Der Dampf von dem Boiler wird üblicherweise natürlich zum
Erzeugen von elektrischer Energie durch herkömmliche
Einrichtungen, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind,
verwendet.
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In Fig. 3b ist schematisch eine spezielle Anordnung
dargestellt, die für die Behandlung von feuchten Abfallbrennstoffen
verwendet werden kann, die nicht geeignet sind, um direkt
einer Pyrolysebehandlung ohne vorhergehende Trocknung
unterzogen zu werden. In Fig. 3b sind daher die Reaktorrohre durch
zwei einander benachbarte Kammern hindurch angeordnet, wobei
es sich bei der zweiten Kammer 31 um den Ofen handelt, der in
der vorstehend beschriebenen Weise bei 800º bis 1400ºC
arbeitet, während es sich bei der ersten Kammer 32 um eine
Trockenkammer handelt, die bei einer Temperatur von 200 bis
500ºC unter Verwendung der heißen Abgase von dem Boiler
arbeitet, wobei die Anordnung der Öffnung 35 in den
Reaktorrohren, die Anordnung des hydraulischen Kolbens 37 und des
Vergasungseinrichtungsrohrs 33 ansonsten mit der in Fig. 1
gezeigten Anordnung praktisch identisch sind, wobei sich jede
der beiden vertikalen Anordnungen von Pyrolyserohren in ein
gemeinsames Vergasungseinrichtungsrohr 33 öffnet.
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Es ist zu erkennen, daß bei Verwendung von relativ feuchtem
Abfallmaterial der Gesichtspunkt der der Abtragung
unterliegenden Dichtung der vorliegenden Erfindung potentiell die
Handhabung von feuchtem Abfallmaterial in den Reaktorrohren
ermöglicht, und zwar ohne die Art von Problemen, die zum
Beispiel Systemen mit sich bewegenden Bändern innewohnen.
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Wie vorstehend erwähnt, zeigt Fig. 4 schematisch eine
Vorrichtung, die im allgemeinen der in Fig. 2a gezeigten
Vorrichtung ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß in diesem Fall
der Zuführkolben in einem spitzen Winkel zu dem eigentlichen
Pyrolyserohr wirkt und ferner in dem eigentlichen
Pyrolyserohr eine Schrauben- bzw. Schneckenfördereinrichtung
vorgesehen ist, um ein Verklemmen zu verhindern oder eine
Verklemmung der Zufuhr in dem Pyrolyserohr aufzuheben.
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In den Fig. 5 und 6 sind jeweils eine vertikale
Schnittansicht bzw. eine Draufsicht einer der in Fig. 4 gezeigten
Vorrichtung ähnlichen Vorrichtung in detaillierterer Weise
gezeigt, wobei jedoch zwei Pyrolyserohre sowie zugehörige
Kolbenförderungen und Schneckenfördereinrichtungen zusammen
mit der Verwendung von der Abtragung unterliegenden
Dichtungen zum Einsatz kommen.
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In den Fig. 4, 5 und 6 entsprechen die verwendeten
Bezugszeichen den in den Fig. 2a und 3a für entsprechende Merkmale
verwendeten Bezugszeichen, wobei jedoch zusätzlich die
Bezugszeichen 20 und 21 verwendet werden, um die
Schneckenantriebs- bzw. Schneckenfördereinrichtung zu bezeichnen, und
wobei das Bezugszeichen 22 die Einbringung von Sekundärluft
in den Sekundär-Verbrennungsofen darstellt.
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Zahlreiche weitere bevorzugte und/oder alternative
Anordnungen, die im Rahmen der Erfindung liegen, sind aus der
vorstehenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen erkennbar.
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Es ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung eine sehr
kompakte Einrichtung zum Umwandeln von Abfall in Energie
angibt und ferner durch die Verwendung des
Zyklonen-Thermoreaktors sicherstellt, daß alle Gasemissionen bei mindestens 1250
ºC mit einer Verweilzeit von 2 Sekunden durch eine
Oxidationszone hindurchgeführt werden, um hinsichtlich der
Umweltverschmutzung bestehenden Bedenken Rechnung zu tragen.