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WO2005083041A1 - Reactor for thermal processing of waste - Google Patents

Reactor for thermal processing of waste Download PDF

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Publication number
WO2005083041A1
WO2005083041A1 PCT/EP2005/001886 EP2005001886W WO2005083041A1 WO 2005083041 A1 WO2005083041 A1 WO 2005083041A1 EP 2005001886 W EP2005001886 W EP 2005001886W WO 2005083041 A1 WO2005083041 A1 WO 2005083041A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
container
pressure
reactor
feed materials
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/001886
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Wuchert
Original Assignee
Kbi International Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kbi International Ltd. filed Critical Kbi International Ltd.
Publication of WO2005083041A1 publication Critical patent/WO2005083041A1/en

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20Apparatus; Plants
    • C10J3/22Arrangements or dispositions of valves or flues
    • C10J3/24Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed
    • C10J3/26Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed downwardly
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/723Controlling or regulating the gasification process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/78High-pressure apparatus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means

Definitions

  • the present invention relates to a reactor for thermal waste treatment and a method for thermal waste treatment of feedstocks.
  • a shaft reactor is known from DE 10007115C2, from which the present invention is based as the closest prior art and the disclosure content of which is part of the disclosure of the present patent application otherwise usual recycle gas is dispensed with.
  • recycle gas By avoiding recycle gas, the condensation of pyrolysis products and the formation of undesirable deposits should be avoided.
  • Gas is drawn off from the reactor vessel with a gas suction device, the atmospheric pressure being established in the vessel, since pressure equalization takes place due to the supply of waste materials via a non-gas-tight lock unit.
  • a similar shaft reactor is known from DE 101 45 460 C1, which is operated at a negative pressure due to the gas extraction. This makes it necessary to take measures to avoid an uncontrolled intrusion of false air.
  • DE 4332865A1 and DE 4327633A1 also disclose pyrolysis reactors with a transport device for the waste.
  • the transport device has a feed device which is connected laterally to a transport channel.
  • a stuffing screw which can be driven by a motor, lies in the longitudinal direction of the transport channel.
  • the transport channel opens into a smoldering drum, which is operated using a smoldering process.
  • the invention has for its object to provide an improved reactor for thermal waste treatment and an improved method for thermal waste treatment.
  • a reactor for the thermal treatment of waste materials which has a container that is gas-tight with respect to the environment for gasification, pyrolysis or thermolysis of the feed materials.
  • the feed materials are fed to the container via an essentially gas-tight device.
  • the reactor according to the invention is closed at the top. Since the feed materials are fed through a gas-tight device takes place and the removal of gas from the reactor vessel is regulated, a gas pressure can build up in the vessel that is above atmospheric pressure. Because of this, gasification, pyrolysis or thermolysis is more complete, faster and with increased efficiency.
  • the closed design of the reactor makes the gas pressure in the reactor independent of the atmospheric pressure and can be regulated by various options for influencing the local gas pressures in the reactor which are explained in more detail below.
  • the essentially gas-tight insulation of the container from the environment thus has the advantage, on the one hand, of better environmental compatibility since no or little gases can escape from the reactor container into the environment.
  • this has the advantage that the gas pressure which arises in the reactor can be regulated by influencing the various local, partial and dynamic gas pressures in the reactor.
  • the efficiency of a reactor can be increased in this way, since the thermal treatment of the starting materials can be carried out more intensively and thus more completely under increased pressure.
  • the gas concentration and the residence time of the gaseous intermediate products in the reactor increase due to the increased gas pressure in the reactor.
  • the pores of the feed materials are better penetrated by the gases in the reactor vessel due to the increased gas pressure, so that the corresponding reactions proceed more intensively and completely.
  • the residence time increases, i.e. the average throughput time of a feed particle through the reactor vessel, which also leads to a more complete material conversion.
  • the reactor is a shaft reactor, the shaft being closed at the top. Feed materials are therefore not supplied to the tank of the shaft reactor by tipping the feed materials into a shaft opening, as is customary in the prior art, but via the gas-tight device.
  • the gas-tight device can, for example, be arranged laterally at the upper end of the shaft in order to introduce the feed materials into the shaft.
  • the gas-tight device for feeding the feed materials is designed for a discontinuous feed of the feed materials.
  • the device has a lock system for this. To load a batch of feedstock, an outer lock door is opened to introduce the batch of feedstock into a lock room.
  • the inner and outer lock doors are essentially gas-tight, so that the increased gas pressure in the container can be essentially maintained when a batch of feed material is supplied.
  • the device for supplying feed materials is designed for the continuous feed of the feed materials.
  • the device has a stuffing device, in particular a stuffing screw.
  • the device for supplying feed materials is designed as a hydraulically or pneumatically driven tappet.
  • the feed materials are conveyed into the shaft of the reactor by a hydraulic or pneumatic cylinder.
  • a pressure relief flap, a pressure relief valve or another safety device is arranged on the top of the reactor shaft in order to release pressure from the reactor vessel if the pressure exceeds a safety threshold value.
  • one or more gas pressure sensors are arranged on or in the container of the reactor. At least one gas pressure sensor is preferably arranged in the shaft area of the reactor. The gas pressure sensor measures the gas pressure that builds up there in the container. The corresponding gas pressure measured value is entered into a control device in order to regulate the gas pressure within an allowed working range.
  • the reactor has gas supply means.
  • the gas supply means are arranged on a heating area of the reactor.
  • hot gases can be supplied via the gas supply means.
  • the regulating device can emit an actuating signal for the gas supply means. For example, if the gas pressure rises too much, the gas supply means are regulated so that the supply of the hot gases is reduced.
  • the partial combustion of the input materials is also throttled accordingly, so that the gas pressure can remain in the permitted working range.
  • the reactor has injection means via which oxygen or oxygen-containing gases can be introduced into a melting and superheating section of the reactor.
  • the control device can emit a control signal for the injection means. If, for example, the gas pressure in the container rises too much, the supply of oxygen or oxygen-containing gases via the injection means is reduced.
  • upper injection means and lower injection means are arranged on the reactor.
  • the upper injection means are located above a reduction section, while the lower injection agents are arranged above the melts and below the reduction section. For example, if the gas pressure in the container rises too much, the supply of oxygen or oxygen-containing gases via the upper and / or lower injection means is reduced.
  • gas extraction means are arranged in a lower region of the reactor in order to extract the gases obtained from the gasification, pyrolysis or thermolysis, if appropriate after reduction.
  • the regulating device is designed to emit an actuating signal to the gas suction means. If, for example, the gas pressure in the container rises too much, the control device sends a control signal to the gas extraction means, so that more gas is drawn off in order to increase the pressure reduce. In the opposite case, the gas extraction rate is reduced accordingly so that the pressure can increase.
  • control device is alternatively or additionally for emitting an actuating signal to the
  • a particular advantage of regulating the gas pressure, for example via the gas supply means and / or the injection means and / or the gas suction means and / or the device for supplying the feed materials, is that in normal operation a response, for example, to the pressure flap at the upper end of the shaft can be avoided , This has the particular advantage that no valuable reaction products can escape into the atmosphere via the pressure flap or otherwise e.g. must be destroyed by flaring. Another important advantage is that it also reduces environmental pollution.
  • Another aspect of the invention relates to a process for the thermal treatment of feedstocks by means of gasification, pyrolysis or thermolysis.
  • the gasification, pyrolysis or thermolysis is carried out at a gas pressure which is above atmospheric pressure, for example between 0.05 percent and 20 percent above atmospheric pressure, in particular between 0.1 and 10 percent above atmospheric pressure.
  • FIG. 1 shows a simplified sectional view of an embodiment of a reactor according to the invention
  • Figure 2 is a block diagram of an embodiment of the control system for the reactor.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a reactor according to the invention, which is a shaft reactor with a shaft 1.
  • the shaft 1 is closed at the top.
  • Feed materials are fed into the shaft 1 via a device 4 which is arranged on the side of the shaft 1.
  • the device 4 can also be arranged vertically above the closure 2 of the shaft 1.
  • the device 4 is connected to the shaft 1 in an essentially gas-tight manner in order to introduce feed materials into the shaft 1 without a significant loss of pressure in the shaft 1.
  • the device 4 is designed for the continuous supply of starting materials.
  • the device 4 has a funnel 5 for supplying feed materials 6.
  • the feed materials 6 are conveyed to the shaft 1 via a stuffing screw 7 of the device 4, so that they fall into the shaft 1 and form a pouring column 8.
  • the pouring column 8 is slightly asymmetrical.
  • the proportion of organic constituents preferably predominates in the starting materials 6, so that the reactor and the process described are particularly suitable for the treatment of normal household waste, commercial waste similar to household waste, as well as industrial waste and special waste with increased proportions of hydrocarbon compounds. If the combustible constituents are not high enough for certain feed material compositions to carry out the combustion and gasification processes, 6 energy sources can be added to the feed material. It is possible in the conventional manner Add a certain amount of coke or increase the total calorific value by adding wood or other high-calorie feedstocks.
  • the pouring column 8 is generally porous and gas-permeable. However, the closure 2 of the shaft 1 and the gas-tight feed of feed materials 6 into the shaft 1 prevent the penetration of ambient air into the reactor and the escape of gases from the reactor into the ambient air.
  • the shaft 1 and the pre-tempering section 9 are advantageously cylindrical or conical with a slight increase in cross-section downwards.
  • the pre-tempering section 9 has a double wall, wherein a wall cavity 10 is formed, in which a heat transfer medium is guided.
  • the bulkhead 8 can be supplied with heat in the region of the double-walled pre-tempering section 9, so that the feed material is preheated or pre-dried. If necessary, the wall cavity can be omitted and the heat can be supplied directly from the hotter zones of the reactor, for example by conduction.
  • the heat supply is dimensioned in such a way that adherence of certain raw material components to the wall is largely excluded.
  • water components can be removed by the pre-drying, so that they do not put an additional burden on the further gasification process.
  • the pouring column can be tempered to over 100 ° C.
  • the pre-tempering section may be omitted entirely if predrying is not necessary due to the composition of the feed material 6 or the pre-tempering section is used in special cases to cool the feed materials 6.
  • a pyrolysis section 11 follows below the pre-tempering section 9. Alternatively, this can also be a gasification section or one Act thermolysis section. At the transition between the pre-temperature section 9 or the feed section, if the pre-temperature section is omitted, and the pyrolysis section 11, the cross section is widened.
  • the free shaft cross section in this transition area preferably increases by at least twice, which on the one hand reduces the sinking speed of the feed materials 6 and on the other hand forms a pouring cone 12.
  • the pouring cone 12 is fed centrally from the pouring column 8 in the predrying section 9.
  • the pouring cone 12 flattens at the edge regions, so that a free space is created there.
  • gas supply means which, in the embodiment considered here, are designed as an annular gas supply chamber 13 which is opened approximately in the plane of the cross-sectional expansion in the pyrolysis section.
  • the purpose of the gas supply space 13 is to bring hot gases and / or oxygen-containing gases to the bulk cone 12, so that feedstocks 6 are partially burned in an edge region of the bulk cone 12.
  • the gas supply means can also be designed as nozzles, wall openings or other devices which enable the supply of gas to the truncated cone 12.
  • the burner 15 generates hot gas, which is preferably brought tangentially through the combustion chambers 14 and the gas supply space 13 to the cone 12.
  • several Brennkam mern or burner can be used if this is desirable for the most uniform heating of the pouring cone.
  • the combustion in the burner 15 expediently takes place with a lack of oxygen, so that an almost non-reactive combustion gas is provided by an almost stoichiometric combustion.
  • the combustion gas which for example largely consists of carbon dioxide and water vapor, the feed material 6 located on the cone of fill 12 is heated.
  • Partial burning of these feedstocks prevents sticking and sticking to the wall.
  • the pyrolysis process is started in this heating region of the pyrolysis section 11. This is done by raising the temperature of the feed materials 6, for example by completely or partially burning the feed materials 6 located near the wall or by supplying hot gases from the wall.
  • a pyrolysis zone is formed in the pyrolysis section 11 for drying and degassing the starting materials 6 by heating and supplying hot gases in the absence of oxygen or in the absence of oxygen.
  • a melting and superheating section 16 follows below the pyrolysis section 11. This has a cross-sectional constriction, due to which the sinking rate of the feed material changes.
  • upper injection means 17 which in the exemplary embodiment considered here are formed by a plurality of oxygen lances 18 distributed around the circumference. In order to protect the oxygen lances 18 from overheating, they are water-cooled, for example. In other designs, nozzles, burners or the like are used as the upper injection means, via which various fuel gases or gas compositions can be supplied in a controlled manner.
  • the supply of oxygen is not sufficient (for example if there are no feedstocks with a sufficiently high energy value available at this position for a short time), foreign combustion gases or excess gases obtained from the reactor can also be supplied via the injection means.
  • the targeted and metered addition of oxygen takes place directly below the level of the cross-sectional constriction with the aid of the upper injection means 17.
  • a hot zone 19 is formed in the region of the melting and overheating section 16. The combustion gases supplied via the gas feed chamber 13 and the pyrolysis gases formed in the pyrolysis section 11 are sucked through this hot zone 17.
  • the supply of oxygen in the hot zone is controlled in such a way that combustion takes place in the absence of oxygen, which ultimately leads to a further increase in temperature and to the extensive coking of the residues of the feedstock.
  • the temperature in the hot zone 19 is set in such a way that mineral components and metallic components forming slag are melted in this zone, a certain proportion of pollutants contained in the feed material (for example heavy metals) being dissolved in these melts. The molten metal and the slag melt then drip down. The largely coked residues also sink further downwards.
  • a reduction section 20 is formed below the melting and overheating section 16, in which the coked residues sink further down with a sufficient dwell time.
  • the reduction section 20 comprises a gas extraction space 21, via which excess gases are extracted. All extracted gases must therefore flow through both the hot zone 19 and a reduction zone 22 formed below it by the coked residues.
  • the gases are reduced in the reduction zone 22 with the aid of the carbon present there. In particular, there is the conversion of carbon dioxide into carbon monoxide, the carbon still contained in the bed being used up in particular and thus being further gasified.
  • the gases When passing through the reduction zone 22, the gases are also cooled, so that they can be extracted at a technically manageable temperature.
  • gas extraction means (not shown in FIG. 1) are connected to the gas extraction space 21.
  • the extracted excess gases are fed to subsequent (not shown) cooling and / or cleaning stages and a suitable conveying device (compressor or blower).
  • the conveying device serves to extract the excess gases from the gas extraction space 21.
  • a refractory-lined stove 25 connects below the gas extraction chamber 21.
  • the metal melts and the slag melts are collected in the hearth 25. So that these melts remain liquid, immediately above the melts and Provided below the gas extraction chamber 21 are lower injection means 26, which in turn have a plurality of oxygen lances 18 in the example shown.
  • the lower injection means can be designed and operated as explained above for the upper injection means 17. Via the injection, for example a suitable amount of oxygen, gas, fuel gas or the like, a temperature for the melts is set which is sufficiently high to keep the melts liquid and, after appropriate collection, is discharged from the reactor via a tap 27 can.
  • liquids are also to be converted in the reactor, these can advantageously be supplied via a liquid injection 30 which opens into the gas supply space 13 or is combined with other gas supply means.
  • Water, steam or other liquids intended for disposal can be introduced via the liquid injection 30, whereby in addition to the desired disposal, it is also possible to regulate the temperature of the combustion gases, the pyrolysis process and / or the composition and the temperature of the excess gases.
  • the reactor also has a regulator 32 for regulating the gas pressure in the reactor vessel.
  • a pressure sensor 34 is arranged at the upper end of the shaft 1. The gas pressure in the interior of the reactor vessel is measured by the pressure sensor 34. The pressure sensor 34 outputs a corresponding pressure signal to the controller 32. Further pressure sensors 34 are preferably arranged at different locations within the reactor vessel.
  • the controller 32 controls the reactor so that the gas pressure measured by the pressure sensor 34 remains in the reactor vessel within a predetermined working range.
  • This working range is preferably between 0.05 and 20 percent above atmospheric pressure, preferably between 0.1 and 10 percent above atmospheric pressure.
  • the pressure sensor 34 measures the gas pressure, that is to say the resulting gas pressure which results from the individual partial pressures of the supplied gases or the gases produced during the thermal treatment.
  • An increased pressure in the The consequence of the reactor container is that the thermal waste treatment, in the exemplary embodiment considered here, the pyrolysis, proceeds faster, more completely and thus more efficiently.
  • This increase in pressure in the reactor vessel is achieved in that the shaft 1 is closed at the top by the closure 2 in an essentially gas-tight manner, in that the feed 6 is supplied in a pressure-tight manner via the device 4 and / or in the liquid injection 30, and in that the gas is removed by the gas extraction means is regulated by the controller 32.
  • Another particular advantage is that gases cannot escape into the environment through the porous pouring column 8, since the shaft 1 is closed at the top by the closure 2.
  • the gas pressure is regulated by the controller 32 so that the pressure flap 3 does not open.
  • the pressure flap 3 thus serves only as a safety device for a possible malfunction during the operation of the reactor.
  • the overpressure flap 3 remains closed, so that no gases can escape from the shaft 1 into the atmosphere. Since the reactor vessel is otherwise essentially gas-tight, gases cannot escape from the reactor interior into the environment in an uncontrolled manner. This ensures a particularly high level of environmental compatibility.
  • the regulation of the reactor operation by the controller 32 can take place in different ways.
  • the controller 32 controls the burner 15 as an actuator, so that more or less hot gases are brought to the pouring column 12.
  • the controller 32 can also control the oxygen lances 18 as actuators for regulating the gas pressure and also the conveying device for the suction of the gases.
  • Another embodiment is the regulation of the gas pressure via the quantity of feed material 6 supplied per unit of time. In this case, the controller 32 controls the device 4 and / or the liquid injection 30 as an actuator for regulating the gas pressure.
  • the regulation of the gas pressure by the controller 32 can take place via one or more of the actuators mentioned.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a corresponding control system. Elements in FIG. 2 which correspond to elements in FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • FIG. 2 schematically shows the reactor vessel 36 which is gas-tight on all sides with respect to the environment, from which, in particular, no gas can escape from the reactor into the environment in normal operation.
  • One or more of the pressure sensors 34 which are used to measure the internal gas pressure in the reactor vessel 36, are arranged in the interior of the reactor vessel.
  • the pressure sensor or sensors 34 are connected to the controller 32.
  • the controller 32 is, for example, a so-called programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the controller 32 has a processor 38 for executing a control program 40.
  • the controller 32 uses, for example, the stuffing screw 7, the liquid injection 30, the burner 15, the upper injection means 17, the lower injection means 26 and / or the conveyor device 42, which serves to extract the excess gases, as actuators for regulating the gas pressure in the reactor vessel 36 within a desired work area.
  • the connection between the pressure sensor or sensors 34, the controller 32 and the stuffing screw 7, liquid injection 30, the burner 15, the upper injection means 17, the lower injection means 26 and the conveying device 42 is preferably carried out via a so-called field bus.
  • the controller 32 regulates, for example, the conveying speed of the stuffing screw 7, the amount of liquid feed material dispensed per unit of time via the liquid injection 30, the amount of gas burned by the burner 15 per unit of time, the gas volume emitted per unit of time from the upper injection means 17 or the lower injection means 26 and / or the excess gas volume drawn off from the conveying device 42 per unit of time.
  • the control program 40 can implement suitable proportional, proportional-differential and / or proportional-differential-integral controller algorithms.
  • a gas pressure value for the purposes of regulation is preferably determined from the gas pressure measurement signals which are emitted by the gas pressure sensors which are arranged differently in the reactor vessel. This can be done by low-pass filtering of the gas pressure measurement signals, forming a weighted average from the gas pressure measurement signals or another suitable type of filtering the Gas pressure measurement signals take place so that an effective pressure value for the resulting pressure in the reactor vessel is obtained.
  • the individual gas pressure sensors are preferably arranged in the areas of influence of the various manipulated variables.
  • the value emitted by the pressure sensor 34 arranged in the shaft 1 can be used as the reference value for the control.
  • control variables can be recorded.
  • this is the fill level of the feed materials in the reactor shaft.
  • the injection means the feed of feed materials, in particular the liquid injection, and the injection means, this is the gas composition and the temperatures, which can also be measured in different areas of the reactor.

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Abstract

The invention relates to a reactor for thermal processing of waste from additional materials (6), comprising a closed container (36) for gasifying, pyrolyzing or thermolyzing the additional materials, an essentially gasproof device (4) which is used to guide the additional materials into the container, gas guiding means (32, 34, 38, 40, 42) for the controlled withdrawal of gas from the container, such that pressure in the container can be adjusted to above the atmospheric pressure.

Description

Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung Thermal waste treatment reactor
B e s c h r e i b u n gDescription
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen.The present invention relates to a reactor for thermal waste treatment and a method for thermal waste treatment of feedstocks.
Bei der Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse handelt es sich um an sich bekannte Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung. Entsprechende Reaktoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.Gasification, pyrolysis or thermolysis are known processes for thermal waste treatment. Corresponding reactors are known from the prior art.
Aus der DE 10007115C2, von der die vorliegende Erfindung als nächstkommendem Stand der Technik ausgeht und deren Offenbarungsgehalt mit zur Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung gehört, ist ein Schachtreaktor bekannt, bei dem auf die sonst übliche Kreislaufgasführung verzichtet wird. Durch den Verzicht auf eine Kreislaufgasführung soll die Kondensation von Pyrolyseprodukten und die Entstehung unerwünschter Ablagerungen vermieden werden. Gas wird aus dem Reaktorbehälter mit einer Gasabsaugeinrichtung abgesaugt, wobei sich in dem Behälter der Atmosphärendrucks einstellt, da aufgrund der Zuführung von Abfallstoffen über eine nicht gasdichte Schleuseneinheit ein Druckausgleich erfolgt.A shaft reactor is known from DE 10007115C2, from which the present invention is based as the closest prior art and the disclosure content of which is part of the disclosure of the present patent application otherwise usual recycle gas is dispensed with. By avoiding recycle gas, the condensation of pyrolysis products and the formation of undesirable deposits should be avoided. Gas is drawn off from the reactor vessel with a gas suction device, the atmospheric pressure being established in the vessel, since pressure equalization takes place due to the supply of waste materials via a non-gas-tight lock unit.
Aus der DE 101 45 460 C1 ist ein ähnlicher Schachtreaktor bekannt, der aufgrund der Gasabsaugung bei einem Unterdruck betrieben wird. Dies macht Maßnahmen zur Vermeidung eines unkontrollierten Falschlufteinbruchs erforderlich.A similar shaft reactor is known from DE 101 45 460 C1, which is operated at a negative pressure due to the gas extraction. This makes it necessary to take measures to avoid an uncontrolled intrusion of false air.
Aus der DE 4332865A1 und der DE 4327633A1 sind ferner Pyrolysereaktoren mit einer Transporteinrichtung für den Abfall bekannt. Die Transporteinrichtung hat einen Zuführeinrichtung, die seitlich an einem Transportkanal angeschlossen ist. Im Transportkanal liegt in dessen Längsrichtung eine von einem Motor antreibbare Stopfschnecke. Der Transportkanal mündet in eine Schweltrommel, die nach einem Schwel-Brenn-Verfahren betrieben wird.DE 4332865A1 and DE 4327633A1 also disclose pyrolysis reactors with a transport device for the waste. The transport device has a feed device which is connected laterally to a transport channel. A stuffing screw, which can be driven by a motor, lies in the longitudinal direction of the transport channel. The transport channel opens into a smoldering drum, which is operated using a smoldering process.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein verbessertes Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung zu schaffen.In contrast, the invention has for its object to provide an improved reactor for thermal waste treatment and an improved method for thermal waste treatment.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The objects on which the invention is based are each achieved with the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen geschaffen, der einen gegenüber der Umgebung gasdicht geschlossenen Behälter zur Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse der Einsatzstoffe aufweist. Die Einsatzstoffe werden dem Behälter über eine im Wesentlichen gasdichte Vorrichtung zugeführt.According to the invention, a reactor for the thermal treatment of waste materials is created, which has a container that is gas-tight with respect to the environment for gasification, pyrolysis or thermolysis of the feed materials. The feed materials are fed to the container via an essentially gas-tight device.
Im Unterschied zu üblichen Schachtreaktoren ist also der erfindungsgemäße Reaktor oben geschlossen. Da die Zuführung der Einsatzstoffe über eine gasdichte Vorrichtung erfolgt und die Entnahme von Gas aus dem Reaktorbehälter geregelt wird, kann sich in dem Behälter ein Gasdruck aufbauen, der oberhalb des Atmosphärendrucks liegt. Aufgrund dessen verläuft die Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse vollständiger, schneller und mit erhöhter Effizienz.In contrast to conventional shaft reactors, the reactor according to the invention is closed at the top. Since the feed materials are fed through a gas-tight device takes place and the removal of gas from the reactor vessel is regulated, a gas pressure can build up in the vessel that is above atmospheric pressure. Because of this, gasification, pyrolysis or thermolysis is more complete, faster and with increased efficiency.
Weiterhin wird durch eine geschlossene Ausführung des Reaktors der Gasdruck in dem Reaktor vom Atmosphärendruck unabhängig und kann durch verschiedene weiter unten näher erläuterte Beeinflussungsmöglichkeiten der örtlichen Gasdrücke in dem Reaktor geregelt werden. Die im wesentlichen gasdichte Isolation des Behälters gegenüber der Umgebung hat also einerseits den Vorteil, der besseren Umweltverträglichkeit da kein oder wenig Gase aus dem Reaktorbehälter in die Umgebung entweichen können. Andererseits hat dies den Vorteil, dass der sich in dem Reaktor einstellende Gasdruck durch Beeinflussung der verschiedenen lokalen, partialen und dynamischen Gasdrücke in dem Reaktor geregelt werden kann. Insbesondere lässt sich auf diese Art und Weise der Wirkungsgrad eines Reaktors erhöhen, da die thermische Behandlung der Einsatzstoffe bei erhöhtem Druck intensiver und damit vollständiger erfolgen kann.Furthermore, the closed design of the reactor makes the gas pressure in the reactor independent of the atmospheric pressure and can be regulated by various options for influencing the local gas pressures in the reactor which are explained in more detail below. The essentially gas-tight insulation of the container from the environment thus has the advantage, on the one hand, of better environmental compatibility since no or little gases can escape from the reactor container into the environment. On the other hand, this has the advantage that the gas pressure which arises in the reactor can be regulated by influencing the various local, partial and dynamic gas pressures in the reactor. In particular, the efficiency of a reactor can be increased in this way, since the thermal treatment of the starting materials can be carried out more intensively and thus more completely under increased pressure.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass sich aufgrund des erhöhten Gasdrucks in dem Reaktor die Gaskonzentration und die Verweilzeit der gasförmigen Zwischenprodukte in dem Reaktor erhöht. Insbesondere werden die Poren der Einsatzstoffe aufgrund des erhöhten Gasdrucks besser von den im Reaktorbehälter befindlichen Gasen durchdrungen, so dass die entsprechenden Reaktionen intensiver und vollständiger ablaufen. Ferner steigt die Verweilzeit, d.h. die mittlere Durchlaufzeit eines Einsatzstoff- Partikels durch den Reaktorbehälter, was ebenso zu einer vollständigeren stofflichen Umsetzung führt.It is particularly advantageous that the gas concentration and the residence time of the gaseous intermediate products in the reactor increase due to the increased gas pressure in the reactor. In particular, the pores of the feed materials are better penetrated by the gases in the reactor vessel due to the increased gas pressure, so that the corresponding reactions proceed more intensively and completely. Furthermore, the residence time increases, i.e. the average throughput time of a feed particle through the reactor vessel, which also leads to a more complete material conversion.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Reaktor um einen Schachtreaktor, wobei der Schacht oben geschlossen ist. Die Zuführung von Einsatzstoffen zu dem Behälter des Schachtreaktors erfolgt also nicht wie im Stand der Technik üblich durch Einkippen der Einsatzstoffe in eine Schachtöffnung, sondern über die gasdichte Vorrichtung. Die gasdichte Vorrichtung kann beispielsweise am oberen Ende des Schachts seitlich angeordnet sein, um die Einsatzstoffe in den Schacht einzubringen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die gasdichte Vorrichtung zur Zuführung der Einsatzstoffe für eine diskontinuierliche Zuführung der Einsatzstoffe ausgebildet. Beispielsweise hat die Vorrichtung hierfür ein Schleusensystem. Zur Einbringung einer Charge Einsatzstoff wird eine äußere Schleusentür geöffnet, um die Charge Einsatzstoff in einen Schleusenraum einzubringen. Danach wird die äußere Schleusentür geschlossen und eine innere Schleusentür geöffnet, sodass die Charge Einsatzstoffe aus dem Schleusenraum in den Schacht fallen kann. Die innere und die äußere Schleusentür sind dabei im Wesentlichen gasdicht, sodass der erhöhte Gasdruck in dem Behälter bei der Zuführung einer Charge von Einsatzstoff im wesentlichen aufrechterhalten werden kann.According to a preferred embodiment of the invention, the reactor is a shaft reactor, the shaft being closed at the top. Feed materials are therefore not supplied to the tank of the shaft reactor by tipping the feed materials into a shaft opening, as is customary in the prior art, but via the gas-tight device. The gas-tight device can, for example, be arranged laterally at the upper end of the shaft in order to introduce the feed materials into the shaft. According to a preferred embodiment of the invention, the gas-tight device for feeding the feed materials is designed for a discontinuous feed of the feed materials. For example, the device has a lock system for this. To load a batch of feedstock, an outer lock door is opened to introduce the batch of feedstock into a lock room. Then the outer lock door is closed and an inner lock door is opened so that the batch of feed materials can fall from the lock room into the shaft. The inner and outer lock doors are essentially gas-tight, so that the increased gas pressure in the container can be essentially maintained when a batch of feed material is supplied.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen zur kontinuierlichen Zuführung der Einsatzstoffe ausgebildet. Beispielsweise hat die Vorrichtung hierzu eine Stopfeinrichtung, insbesondere eine Stopfschnecke.According to a further preferred embodiment of the invention, the device for supplying feed materials is designed for the continuous feed of the feed materials. For this purpose, for example, the device has a stuffing device, in particular a stuffing screw.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen als hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Stößel ausgebildet. In diesem Fall werden die Einsatzstoffe durch einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder in den Schacht des Reaktors befördert.According to a further preferred embodiment of the invention, the device for supplying feed materials is designed as a hydraulically or pneumatically driven tappet. In this case, the feed materials are conveyed into the shaft of the reactor by a hydraulic or pneumatic cylinder.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist oben an dem Schacht des Reaktors eine Überdruckklappe, ein Überdruckventil oder eine andere Sicherheitseinrichtung angeordnet, um Druck aus dem Reaktorbehälter abzulassen, wenn der Druck einen Sicherheitsschwellwert überschreitet.According to a further preferred embodiment of the invention, a pressure relief flap, a pressure relief valve or another safety device is arranged on the top of the reactor shaft in order to release pressure from the reactor vessel if the pressure exceeds a safety threshold value.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an oder in dem Behälter des Reaktors ein oder mehrere Gasdrucksensoren angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest ein Gasdrucksensor im Schachtbereich des Reaktors angeordnet. Mit dem Gasdrucksensor wird der Gasdruck gemessen, der sich dort in dem Behälter aufbaut. Der entsprechende Gasdruckmesswert wird in eine Regelungsvorrichtung eingegeben, um den Gasdruck innerhalb eines erlaubten Arbeitsbereichs zu regeln. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor Gaszuführmittel. Beispielsweise sind die Gaszuführmittel an einem Erwärmungsbereich des Reaktors angeordnet. Zum Starten beispielsweise der Pyrolyse können über die Gaszuführmittel heiße Gase zugeführt werden. Zur Regelung des Gasdrucks kann die Regelungsvorrichtung ein Stellsignal für die Gaszuführmittel abgeben. Wenn beispielsweise der Gasdruck zu stark ansteigt, werden die Gaszuführmittel so geregelt, dass die Zuführung der heißen Gase reduziert wird. Entsprechend wird auch die teilweise Verbrennung der Einsatzstoffe gedrosselt, sodass der Gasdruck in dem erlaubten Arbeitsbereich verbleiben kann.According to a further preferred embodiment of the invention, one or more gas pressure sensors are arranged on or in the container of the reactor. At least one gas pressure sensor is preferably arranged in the shaft area of the reactor. The gas pressure sensor measures the gas pressure that builds up there in the container. The corresponding gas pressure measured value is entered into a control device in order to regulate the gas pressure within an allowed working range. According to a preferred embodiment of the invention, the reactor has gas supply means. For example, the gas supply means are arranged on a heating area of the reactor. To start pyrolysis, for example, hot gases can be supplied via the gas supply means. To regulate the gas pressure, the regulating device can emit an actuating signal for the gas supply means. For example, if the gas pressure rises too much, the gas supply means are regulated so that the supply of the hot gases is reduced. The partial combustion of the input materials is also throttled accordingly, so that the gas pressure can remain in the permitted working range.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor Eindusungsmittel, über die Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase in einen Schmelz- und Überhitzungsabschnitt des Reaktors eingebracht werden können. Alternativ oder zusätzlich zur Regelung über die Gaszuführmittel kann die Regelungsvorrichtung ein Stellsignal für die Eindusungsmittel abgeben. Wenn also beispielsweise der Gasdruck in dem Behälter zu stark ansteigt, wird die Zuführung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen über die Eindusungsmittel reduziert.According to a further preferred embodiment of the invention, the reactor has injection means via which oxygen or oxygen-containing gases can be introduced into a melting and superheating section of the reactor. As an alternative or in addition to the control via the gas supply means, the control device can emit a control signal for the injection means. If, for example, the gas pressure in the container rises too much, the supply of oxygen or oxygen-containing gases via the injection means is reduced.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an dem Reaktor obere Eindusungsmittel und untere Eindusungsmittel angeordnet. Die oberen Eindusungsmittel befinden sich oberhalb eines Reduktionsabschnitts, während die unteren Eindusungsmittel oberhalb der Schmelzen und unterhalb des Reduktionsabschnitts angeordnet sind. Wenn also beispielsweise der Gasdruck in dem Behälter zu stark ansteigt, wird die Zuführung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen über die oberen und/oder unteren Eindusungsmittel reduziert.According to a further preferred embodiment of the invention, upper injection means and lower injection means are arranged on the reactor. The upper injection means are located above a reduction section, while the lower injection agents are arranged above the melts and below the reduction section. For example, if the gas pressure in the container rises too much, the supply of oxygen or oxygen-containing gases via the upper and / or lower injection means is reduced.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in einem unteren Bereich des Reaktors Gasabsaugungsmittel angeordnet um die aus der Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse ggf. nach Reduktion erhaltenen Gase abzusaugen. Alternativ oder zusätzlich zur Regelung des Drucks über die Gaszuführmittel und/oder die Eindusungsmittel ist die Regelungsvorrichtung zur Abgabe eines Stellsignals an die Gasabsaugungsmittel ausgebildet. Wenn beispielsweise der Gasdruck in dem Behälter zu stark ansteigt, wird von der Regelungsvorrichtung ein Stellsignal an die Gasabsaugungsmittel abgegeben, sodass mehr Gas abgesaugt wird, um den Druck zu senken. Im gegenteiligen Fall wird entsprechend die Gasabsaugungsrate reduziert, damit der Druck ansteigen kann.According to a further preferred embodiment of the invention, gas extraction means are arranged in a lower region of the reactor in order to extract the gases obtained from the gasification, pyrolysis or thermolysis, if appropriate after reduction. As an alternative or in addition to regulating the pressure via the gas supply means and / or the injection means, the regulating device is designed to emit an actuating signal to the gas suction means. If, for example, the gas pressure in the container rises too much, the control device sends a control signal to the gas extraction means, so that more gas is drawn off in order to increase the pressure reduce. In the opposite case, the gas extraction rate is reduced accordingly so that the pressure can increase.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Regelungsvorrichtung alternativ oder zusätzlich zur Abgabe eines Stellsignals an dieAccording to a further preferred embodiment of the invention, the control device is alternatively or additionally for emitting an actuating signal to the
Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen ausgebildet. Wenn beispielsweise derDevice for supplying feed materials. For example, if the
Gasdruck in dem Behälter zu stark steigt, gibt die Regelungsvorrichtung an dieGas pressure in the container increases too much, the control device indicates
Vorrichtung zur Zuführung der Einsatzstoffe ein Stellsignal ab, um dieDevice for supplying the input materials from a control signal to the
Zuführgeschwindigkeit der Einsatzstoffe pro Zeiteinheit zu reduzieren oder die Zuführung für eine bestimmte Zeit einzustellen.Reduce the feed rate of the feedstocks per unit of time or stop the feed for a certain time.
Von besonderem Vorteil der Regelung des Gasdrucks, beispielsweise über die Gaszuführmittel und/oder die Eindusungsmittel und/oder die Gasabsaugungsmittel und/oder die Vorrichtung zur Zuführung der Einsatzstoffe ist dabei, dass im Normalbetrieb ein Ansprechen beispielsweise der Überdruckklappe am oberen Ende des Schachts vermieden werden kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass. keine wertvollen Reaktionsprodukte über die Überdruckklappe in die Atmosphäre entweichen können oder anderweitig z.B. durch Abfackeln vernichtet werden müssen. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass damit auch die Umweltbelastung reduziert wird.A particular advantage of regulating the gas pressure, for example via the gas supply means and / or the injection means and / or the gas suction means and / or the device for supplying the feed materials, is that in normal operation a response, for example, to the pressure flap at the upper end of the shaft can be avoided , This has the particular advantage that no valuable reaction products can escape into the atmosphere via the pressure flap or otherwise e.g. must be destroyed by flaring. Another important advantage is that it also reduces environmental pollution.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Einsatzstoffen mittels Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse. Die Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse wird dabei bei einem Gasdruck durchgeführt, der oberhalb des Atmosphärendrucks liegt, beispielsweise zwischen 0,05 Prozent und 20 Prozent oberhalb des Atmosphärendrucks, insbesondere zwischen 0,1 und 10 Prozent oberhalb des Atmosphärendrucks.Another aspect of the invention relates to a process for the thermal treatment of feedstocks by means of gasification, pyrolysis or thermolysis. The gasification, pyrolysis or thermolysis is carried out at a gas pressure which is above atmospheric pressure, for example between 0.05 percent and 20 percent above atmospheric pressure, in particular between 0.1 and 10 percent above atmospheric pressure.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, Figur 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Regelungssystems für den Reaktor.FIG. 1 shows a simplified sectional view of an embodiment of a reactor according to the invention, Figure 2 is a block diagram of an embodiment of the control system for the reactor.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, wobei es sich um einen Schachtreaktor mit einem Schacht 1 handelt. Der Schacht 1 ist nach oben geschlossen. Allerdings kann sich an dem Verschluss 2 des Schachts 1 eine Überdruckklappe 3 befinden, die bei einem Gasdruck in dem Schacht 1 , der oberhalb eines erlaubten Schwellwerts liegt, öffnet.FIG. 1 shows an embodiment of a reactor according to the invention, which is a shaft reactor with a shaft 1. The shaft 1 is closed at the top. However, there may be an overpressure flap 3 on the closure 2 of the shaft 1, which opens when the gas pressure in the shaft 1 is above a permitted threshold value.
Die Zuführung von Einsatzstoffen in den Schacht 1 erfolgt über eine Vorrichtung 4, die seitlich an dem Schacht 1 angeordnet ist. Alternativ kann die Vorrichtung 4 aber auch vertikal über dem Verschluss 2 des Schachts 1 angeordnet sein.Feed materials are fed into the shaft 1 via a device 4 which is arranged on the side of the shaft 1. Alternatively, the device 4 can also be arranged vertically above the closure 2 of the shaft 1.
Die Vorrichtung 4 ist im Wesentlichen gasdicht mit dem Schacht 1 verbunden, um Einsatzstoffe in den Schacht 1 einzubringen, ohne dass es zu einem wesentlichen Druckverlust in dem Schacht 1 kommt.The device 4 is connected to the shaft 1 in an essentially gas-tight manner in order to introduce feed materials into the shaft 1 without a significant loss of pressure in the shaft 1.
In der hier betrachteten bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung 4 zur kontinuierlichen Zuführung von Einsatzstoffen ausgebildet. Die Vorrichtung 4 hat einen Trichter 5 zur Zuführung von Einsatzstoffen 6. Über eine Stopfschnecke 7 der Vorrichtung 4 werden die Einsatzstoffe 6 zu dem Schacht 1 befördert, sodass sie in den Schacht 1 hineinfallen und eine Schüttsäule 8 ausbilden. Bei der hier betrachteten seitlichen Anordnung der Vorrichtung 4 an dem Schacht 1 ist die Schüttsäule 8 leicht asymmetrisch.In the preferred embodiment considered here, the device 4 is designed for the continuous supply of starting materials. The device 4 has a funnel 5 for supplying feed materials 6. The feed materials 6 are conveyed to the shaft 1 via a stuffing screw 7 of the device 4, so that they fall into the shaft 1 and form a pouring column 8. In the case of the lateral arrangement of the device 4 on the shaft 1 considered here, the pouring column 8 is slightly asymmetrical.
Vorzugsweise überwiegt bei den Einsatzstoffen 6 der Anteil der organischen Bestandteile, sodass sich der Reaktor und das beschriebene Verfahren vor allem zur Behandlung von üblichem Hausmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeabfällen sowie Industrieabfällen und Sonderabfällen mit erhöhten Anteilen von Kohlenwasserstoffverbindungen eignet. Sofern bei bestimmten Einsatzstoff- Zusammensetzungen die brennbaren Bestandteile nicht ausreichend hoch sind, um die Verbrennungs- und Vergasungsprozesse durchzuführen, können dem Einsatzstoff 6 Energieträger zugesetzt werden. Dabei ist es möglich, in herkömmlicher Weise eine bestimmte Menge Koks zuzusetzen oder den Gesamtbrennwert durch Zusatz von Holz oder anderen höherkalorischen Einsatzstoffen zu erhöhen.The proportion of organic constituents preferably predominates in the starting materials 6, so that the reactor and the process described are particularly suitable for the treatment of normal household waste, commercial waste similar to household waste, as well as industrial waste and special waste with increased proportions of hydrocarbon compounds. If the combustible constituents are not high enough for certain feed material compositions to carry out the combustion and gasification processes, 6 energy sources can be added to the feed material. It is possible in the conventional manner Add a certain amount of coke or increase the total calorific value by adding wood or other high-calorie feedstocks.
Die Schüttsäule 8 ist im Allgemeinen porös und gasdurchlässig. Durch den Verschluss 2 des Schachts 1 und die gasdichte Zuführung von Einsatzstoffen 6 in den Schacht 1 wird jedoch das Eindringen von Umgebungsluft in den Reaktor und das Entweichen von Gasen aus dem Reaktor in die Umgebungsluft verhindert.The pouring column 8 is generally porous and gas-permeable. However, the closure 2 of the shaft 1 and the gas-tight feed of feed materials 6 into the shaft 1 prevent the penetration of ambient air into the reactor and the escape of gases from the reactor into the ambient air.
An den Schacht 1 schließt sich unten ein Vortemperierungsabschnitt 9 an, der im gezeigten Beispiel der Vertrocknung der Einsatzstoffe dient. Der Schacht 1 und der Vortemperierungsabschnitt 9 sind in vorteilhafter Weise zylindrisch oder konisch mit leichter Querschnittszunahme nach unten gestaltet. Der Vortemperierungsabschnitt 9 besitzt eine doppelte Wandung, wobei ein Wandungshohlraum 10 ausgebildet ist, in welchem ein Wärmeübertragungsmedium geführt wird.At the bottom of the shaft 1 there is a preheating section 9, which in the example shown serves to dry out the starting materials. The shaft 1 and the pre-tempering section 9 are advantageously cylindrical or conical with a slight increase in cross-section downwards. The pre-tempering section 9 has a double wall, wherein a wall cavity 10 is formed, in which a heat transfer medium is guided.
Mit Hilfe des Wärmeübertragungsmediums kann der Schüttsäule 8 im Bereich des doppelwandig ausgelegten Vortemperierungsabschnitts 9 Wärme zugeführt werden, sodass der Einsatzstoff vorgewärmt bzw. vorgetrocknet wird. Gegebenenfalls kann der Wandungshohlraum entfallen und die Wärmezufuhr beispielsweise durch Wärmeleitung unmittelbar von den heißeren Zonen des Reaktors erfolgen.With the help of the heat transfer medium, the bulkhead 8 can be supplied with heat in the region of the double-walled pre-tempering section 9, so that the feed material is preheated or pre-dried. If necessary, the wall cavity can be omitted and the heat can be supplied directly from the hotter zones of the reactor, for example by conduction.
Die Wärmezufuhr wird so dimensioniert, dass ein Anhaften bestimmter Einsatzstoffanteile an der Wandung weitgehend ausgeschlossen ist. Außerdem können durch die Vortrocknung Wasserbestandteile ausgetragen werden, sodass diese den weiteren Vergasungsprozess nicht zusätzlich belasten. Im Vortemperierungsabschnitt 9 kann die Schüttsäule auf über 100 °C temperiert werden.The heat supply is dimensioned in such a way that adherence of certain raw material components to the wall is largely excluded. In addition, water components can be removed by the pre-drying, so that they do not put an additional burden on the further gasification process. In the pre-tempering section 9, the pouring column can be tempered to over 100 ° C.
Der Vortemperierungsabschnitt kann ggf. gänzlich entfallen, wenn eine Vortrocknung aufgrund der Zusammensetzung des Einsatzstoffs 6 nicht erforderlich ist oder der Vortemperierungsabschnitt wird in besonderen Fällen zur Kühlung der Einsatzstoffe 6 verwendet.The pre-tempering section may be omitted entirely if predrying is not necessary due to the composition of the feed material 6 or the pre-tempering section is used in special cases to cool the feed materials 6.
Unterhalb des Vortemperierungsabschnitts 9 schließt sich ein Pyrolyseabschnitt 11 an. Alternativ kann es sich hierbei auch um einen Vergasungsabschnitt oder um einen Thermolyseabschnitt handeln. An dem Übergang zwischen dem Vortemperierungsabschnitt 9 bzw. dem Zuführabschnitt, wenn der Vortemperierungsabschnitt entfällt, und dem Pyrolyseabschnitt 11 ist der Querschnitt erweitert.A pyrolysis section 11 follows below the pre-tempering section 9. Alternatively, this can also be a gasification section or one Act thermolysis section. At the transition between the pre-temperature section 9 or the feed section, if the pre-temperature section is omitted, and the pyrolysis section 11, the cross section is widened.
Vorzugsweise vergrößert sich der freie Schachtquerschnitt in diesem Überga ngsbereich mindestens um das Doppelte, wodurch einerseits die Sinkgeschwindigkeit der Einsatzstoffe 6 reduziert wird und andererseits ein Schüttkegel 12 ausgebildet wird. Der Schüttkegel 12 wird zentral von der Schüttsäule 8 im Vortrocknungsabschnitt 9 gespeist.The free shaft cross section in this transition area preferably increases by at least twice, which on the one hand reduces the sinking speed of the feed materials 6 and on the other hand forms a pouring cone 12. The pouring cone 12 is fed centrally from the pouring column 8 in the predrying section 9.
An den Randbereichen flacht der Schüttkegel 12 ab, sodass dort ein freier Raum entsteht. In diesem oberen Randbereich des Pyrolyseabschnitts 11 befinden sich Gaszuführmittel, die in der hier betrachteten Ausführungsform als ein ringförmiger Gaszuführraum 13 ausgestaltet sind, der etwa in der Ebene der Querschnittserweiterung in den Pyrolyseabschnitt geöffnet ist. Der 2weck des Gaszuführraums 13 besteht darin, heiße Gase und/oder sauerstoffhaltige Gase an den Schüttkegel 12 heranzuführen, sodass Einsatzstoffe 6 in einem Randbereich des Schüttkegels 12 teilweise verbrannt werden.The pouring cone 12 flattens at the edge regions, so that a free space is created there. In this upper edge region of the pyrolysis section 11 there are gas supply means which, in the embodiment considered here, are designed as an annular gas supply chamber 13 which is opened approximately in the plane of the cross-sectional expansion in the pyrolysis section. The purpose of the gas supply space 13 is to bring hot gases and / or oxygen-containing gases to the bulk cone 12, so that feedstocks 6 are partially burned in an edge region of the bulk cone 12.
Die Gaszuführmittel können auch als Düsen, Wandungsöffnungen oder andere Vorrichtungen gestaltet sein, die die Zufuhr von Gas an den Schürttkegel 12 ermöglichen.The gas supply means can also be designed as nozzles, wall openings or other devices which enable the supply of gas to the truncated cone 12.
Dazu mündet in dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel zumindest eine Brennkammer 14, die zumindest mit einem Brenner 15 bestückt ist, in den Gaszuführraum 13.For this purpose, in the exemplary embodiment considered here, at least one combustion chamber 14, which is equipped with at least one burner 15, opens into the gas supply space 13.
Der Brenner 15 erzeugt heißes Gas, welches vorzugsweise tangential über die Brennkammern 14 und den Gaszuführraum 13 an den Schüttkegel 12 herangeführt wird. Bei angewandelten Ausführungsformen können mehrere Brennkam mern oder Brenner eingesetzt werden, wenn dies für eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Schüttkegels wünschenswert ist. Die Verbrennung im Brenner 15 erfolgt zweckmäßig unter Sauerstoffmangel, sodass durch eine nahezu stöchiometrische Verbrennung ein reaktionsträges Verbrennungsgas bereitgestellt wird. Durch die Zuführung des Verbrennungsgases, welches beispielsweise weitgehend aus Kohlendioxid und Wasserdampf besteht, wird der auf dem Schüttkegel 12 befindliche Einsatzstoff 6 erhitzt.The burner 15 generates hot gas, which is preferably brought tangentially through the combustion chambers 14 and the gas supply space 13 to the cone 12. In converted embodiments, several Brennkam mern or burner can be used if this is desirable for the most uniform heating of the pouring cone. The combustion in the burner 15 expediently takes place with a lack of oxygen, so that an almost non-reactive combustion gas is provided by an almost stoichiometric combustion. By introducing the combustion gas, which for example largely consists of carbon dioxide and water vapor, the feed material 6 located on the cone of fill 12 is heated.
Durch teilweises Verbrennen dieser Einsatzstoffe wird ein Verkleben und Anhaften an der Wandung vermieden. In diesem Erwärmungsbereich des Pyrolyseabschnitts 11 wird der Pyrolyseprozess gestartet. Dies erfolgt durch Anhebung der Temperatur der Einsatzstoffe 6, zum Beispiel durch vollständige oder teilweise Verbrennung der in Wandungsnähe befindlichen Einsatzstoffe 6 oder durch Zuführung heißer Gase ausgehend von der Wandung. In dem Pyrolyseabschnitt 11 kommt es zur Ausbildung einer Pyrolysezone zum Trocknen und Entgasen der Einsatzstoffe 6 durch Erwärmung und Zuführung von heißen Gasen unter Sauerstoffmangel oder bei Abwesenheit von Sauerstoff.Partial burning of these feedstocks prevents sticking and sticking to the wall. The pyrolysis process is started in this heating region of the pyrolysis section 11. This is done by raising the temperature of the feed materials 6, for example by completely or partially burning the feed materials 6 located near the wall or by supplying hot gases from the wall. A pyrolysis zone is formed in the pyrolysis section 11 for drying and degassing the starting materials 6 by heating and supplying hot gases in the absence of oxygen or in the absence of oxygen.
Unterhalb des Pyrolyseabschnitts 11 schließt sich ein Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt 16 an. Dieser weist eine Querschnittseinengung auf, aufgrund derer sich die Sinkgeschwindigkeit des Einsatzstoffmaterials verändert. Außerdem befinden sich im Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt 16 obere Eindusungsmittel 17, die im hier betrachteten Ausführungsbeispiel durch mehrere am Umfang verteilte Sauerstofflanzen 18 gebildet sind. Um die Sauerstofflanzen 18 vor einer Überhitzung zu schützen, werden diese beispielsweise wassergekühlt. Bei anderen Ausführungen kommen Düsen, Brenner oder dergleichen als obere Eindusungsmittel zum Einsatz, über welche gesteuert verschiedene Brenngase oder Gaszusammensetzungen zugeführt werden können. Sofern die Zufuhr von Sauerstoff nicht ausreichend ist (wenn beispielsweise kurzfristig keine Einsatzstoffe mit ausreichend hohem Energiewert an dieser Position zur Verfügung stehen), können auch Fremdbrenngase oder aus dem Reaktor gewonnene Überschussgase über die Eindusungsmittel zugeführt werden. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel erfolgt mit Hilfe der oberen Eindusungsmittel 17 die gezielte und dosierte Zugabe von Sauerstoff unmittelbar unterhalb der Ebene der Querschnittseinengung. Dadurch bildet sich im Bereich des Schmelz- und Überhitzungsabschnitts 16 eine heiße Zone 19 aus. Die über den Gaszuführraum 13 zugeführten Verbrennungsgase und die im Pyrolyseabschnitt 11 ausgebildeten Pyrolysegase werden durch diese heiße Zone 17 hindurchgesaugt. Die Sauerstoffzuführung in der heißen Zone wird so gesteuert, dass eine Verbrennung unter Sauerstoffmangel erfolgt, die schließlich zu einer weiteren Temperaturerhöhung und zur weitgehenden Verkokung der Reststoffe des Einsatzmaterials führt. Die Temperatur in der heißen Zone 19 wird so eingestellt, dass Schlacke bildende mineralische Bestandteile und metallische Bestandteile in dieser Zone aufgeschmolzen werden, wobei ein bestimmter Anteil von im Einsatzmaterial enthaltenen Schadstoffen (zum Beispiel Schwermetalle) in diesen Schmelzen gelöst wird. Die Metallschmelze und die Schlackenschmelze tropfen dann nach unten. Die möglichst weitgehend verkokt Reststoffe sinken ebenfalls weiter abwärts.A melting and superheating section 16 follows below the pyrolysis section 11. This has a cross-sectional constriction, due to which the sinking rate of the feed material changes. In addition, in the melting and superheating section 16 there are upper injection means 17, which in the exemplary embodiment considered here are formed by a plurality of oxygen lances 18 distributed around the circumference. In order to protect the oxygen lances 18 from overheating, they are water-cooled, for example. In other designs, nozzles, burners or the like are used as the upper injection means, via which various fuel gases or gas compositions can be supplied in a controlled manner. If the supply of oxygen is not sufficient (for example if there are no feedstocks with a sufficiently high energy value available at this position for a short time), foreign combustion gases or excess gases obtained from the reactor can also be supplied via the injection means. In the exemplary embodiment considered here, the targeted and metered addition of oxygen takes place directly below the level of the cross-sectional constriction with the aid of the upper injection means 17. As a result, a hot zone 19 is formed in the region of the melting and overheating section 16. The combustion gases supplied via the gas feed chamber 13 and the pyrolysis gases formed in the pyrolysis section 11 are sucked through this hot zone 17. The supply of oxygen in the hot zone is controlled in such a way that combustion takes place in the absence of oxygen, which ultimately leads to a further increase in temperature and to the extensive coking of the residues of the feedstock. The temperature in the hot zone 19 is set in such a way that mineral components and metallic components forming slag are melted in this zone, a certain proportion of pollutants contained in the feed material (for example heavy metals) being dissolved in these melts. The molten metal and the slag melt then drip down. The largely coked residues also sink further downwards.
Unterhalb des Schmelz- und Überhitzungsabschnitts 16 ist ein Reduktionsabschnitt 20 ausgebildet, in welchem die verkokten Reststoffe mit ausreichender Verweilzeit weiter abwärts sinken. Der Reduktionsabschnitt 20 umfasst einen Gasabsaugraum 21 , über welchen Überschussgase abgesaugt werden. Alle abgesaugten Gase müssen somit sowohl die heiße Zone 19 als auch eine unter dieser durch die verkokten Reststoffe ausgebildeten Reduktionszone 22 durchströmen. In der Reduktionszone 22 werden die Gase mit Hilfe des dort vorhandenen Kohlenstoffs reduziert. Insbesondere kommt es zur Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlenmonoxid, wobei vor allem der in der Schüttung noch enthaltene Kohlenstoff aufgebraucht und somit weiter vergast wird. Beim Durchlaufen der Reduktionszone 22 werden die Gase außerdem abgekühlt, sodass sie mit einer technisch beherrschbaren Temperatur abgesaugt werden können. Hierzu sind Gasabsaugungsmittel (in der Figur 1 nicht dargestellt) mit dem Gasabsaugungsraum 21 verbunden.A reduction section 20 is formed below the melting and overheating section 16, in which the coked residues sink further down with a sufficient dwell time. The reduction section 20 comprises a gas extraction space 21, via which excess gases are extracted. All extracted gases must therefore flow through both the hot zone 19 and a reduction zone 22 formed below it by the coked residues. The gases are reduced in the reduction zone 22 with the aid of the carbon present there. In particular, there is the conversion of carbon dioxide into carbon monoxide, the carbon still contained in the bed being used up in particular and thus being further gasified. When passing through the reduction zone 22, the gases are also cooled, so that they can be extracted at a technically manageable temperature. For this purpose, gas extraction means (not shown in FIG. 1) are connected to the gas extraction space 21.
Die abgesaugten Überschussgase werden nachfolgenden (nicht gezeigten) Kühl- und/oder Reinigungsstufen und einer geeigneten Fördereinrichtung (Verdichter oder Gebläse) zugeführt. Die Fördereinrichtung dient zur Absaugung der Überschussgase aus dem Gasabsaugraum 21.The extracted excess gases are fed to subsequent (not shown) cooling and / or cleaning stages and a suitable conveying device (compressor or blower). The conveying device serves to extract the excess gases from the gas extraction space 21.
Unterhalb des Gasabsaugraumes 21 schließt sich ein feuerfest ausgekleideter Herd 25 an. Im Herd 25 werden die Metallschmelzen und die Schlackeschmelzen gesammelt. Damit diese Schmelzen flüssig bleiben, sind unmittelbar oberhalb der Schmelzen und unterhalb des Gasabsaugraums 21 untere Eindusungsmittel 26 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel wiederum mehrere Sauerstofflanzen 18 aufweisen. Die unteren Eindusungsmittel können so gestaltet und betrieben sein, wie das oben für die oberen Eindusungsmittel 17 erläutert wurde. Über die Eindüsung, zum Beispiel einer geeigneten Menge von Sauerstoff, Gas, Brenngas oder Ähnlichem, wird eine Temperatur für die Schmelzen eingestellt, die ausreichend hoch ist, um die Schmelzen flüssig zu halten und nach entsprechender Sammlung über einen Abstich 27 aus dem Reaktor ausleiten zu können.A refractory-lined stove 25 connects below the gas extraction chamber 21. The metal melts and the slag melts are collected in the hearth 25. So that these melts remain liquid, immediately above the melts and Provided below the gas extraction chamber 21 are lower injection means 26, which in turn have a plurality of oxygen lances 18 in the example shown. The lower injection means can be designed and operated as explained above for the upper injection means 17. Via the injection, for example a suitable amount of oxygen, gas, fuel gas or the like, a temperature for the melts is set which is sufficiently high to keep the melts liquid and, after appropriate collection, is discharged from the reactor via a tap 27 can.
Sofern im Reaktor auch Flüssigkeiten umgesetzt werden sollen, können diese vorteilhaft über eine Flüssigkeitseindüsung 30 zugeführt werden, die in den Gaszuführraum 13 mündet bzw. mit anderen Gaszuführungsmitteln kombiniert ist. Über die Flüssigkeitseindüsung 30 können Wasser, Wasserdampf oder andere zur Entsorgung bestimmte Flüssigkeiten eingebracht werden, wobei neben der gewünschten Entsorgung auch eine Regelung der Temperatur der Verbrennungsgase, des Pyrolyseprozesses und/oder der Zusammensetzung und der Temperatur der Überschussgase möglich wird.If liquids are also to be converted in the reactor, these can advantageously be supplied via a liquid injection 30 which opens into the gas supply space 13 or is combined with other gas supply means. Water, steam or other liquids intended for disposal can be introduced via the liquid injection 30, whereby in addition to the desired disposal, it is also possible to regulate the temperature of the combustion gases, the pyrolysis process and / or the composition and the temperature of the excess gases.
Der Reaktor hat ferner einen Regler 32 zur Regelung des Gasdrucks in dem Reaktorbehälter. Ein Drucksensor 34 ist am oberen Ende des Schachts 1 angeordnet. Von dem Drucksensor 34 wird der Gasdruck im Inneren des Reaktorbehälters gemessen. Der Drucksensor 34 gibt ein entsprechendes Drucksignal an den Regler 32 ab. Vorzugsweise sind weitere Drucksensoren 34 an verschiedenen Stellen innerhalb des Reaktorbehälters angeordnet.The reactor also has a regulator 32 for regulating the gas pressure in the reactor vessel. A pressure sensor 34 is arranged at the upper end of the shaft 1. The gas pressure in the interior of the reactor vessel is measured by the pressure sensor 34. The pressure sensor 34 outputs a corresponding pressure signal to the controller 32. Further pressure sensors 34 are preferably arranged at different locations within the reactor vessel.
Der Regler 32 regelt den Reaktor so, dass der von dem Drucksensor 34 gemessene Gasdruck in dem Reaktorbehälter innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsbereichs verbleibt. Vorzugsweise ist dieser Arbeitsbereich zwischen 0,05 und 20 Prozent über dem Atmosphärendruck, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 Prozent über dem Atmosphärendruck.The controller 32 controls the reactor so that the gas pressure measured by the pressure sensor 34 remains in the reactor vessel within a predetermined working range. This working range is preferably between 0.05 and 20 percent above atmospheric pressure, preferably between 0.1 and 10 percent above atmospheric pressure.
Der Drucksensor 34 misst den Gasdruck, das heißt den resultierenden Gasdruck, der sich aus den einzelnen Partialdrücken der zugeführten Gase bzw. der bei der thermischen Behandlung entstehenden Gase ergibt. Ein erhöhter Druck in dem Reaktorbehälter hat zur Folge, dass die thermische Abfallbehandlung, in dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel die Pyrolyse, schneller, vollständiger und damit effizienter abläuft. Diese Druckerhöhung in dem Reaktorbehälter wird dadurch erreicht, dass der Schacht 1 oben durch den Verschluss 2 im wesentlichen gasdicht verschlossen ist, dass die Zuführung von Einsatzstoff 6 über die Vorrichtung 4 und/oder die Flüssigkeitseindüsung 30 druckdicht erfolgt, und dass die Entnahme von Gas durch die Gasabsaugungsmittel von dem Regler 32 geregelt wird.The pressure sensor 34 measures the gas pressure, that is to say the resulting gas pressure which results from the individual partial pressures of the supplied gases or the gases produced during the thermal treatment. An increased pressure in the The consequence of the reactor container is that the thermal waste treatment, in the exemplary embodiment considered here, the pyrolysis, proceeds faster, more completely and thus more efficiently. This increase in pressure in the reactor vessel is achieved in that the shaft 1 is closed at the top by the closure 2 in an essentially gas-tight manner, in that the feed 6 is supplied in a pressure-tight manner via the device 4 and / or in the liquid injection 30, and in that the gas is removed by the gas extraction means is regulated by the controller 32.
Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass Gase nicht durch die poröse Schüttsäule 8 in die Umgebung entweichen können, da der Schacht 1 oben durch den Verschluss 2 abgeschlossen ist. Im Normalbetrieb wird der Gasdruck von dem Regler 32 so geregelt, dass die Überdruckklappe 3 nicht öffnet. Die Überdruckklappe 3 dient also lediglich als Sicherheitseinrichtung für einen etwaigen Störfall beim Betrieb des Reaktors. Im Normalbetrieb bleibt die Überdruckklappe 3 geschlossen, sodass keine Gase aus dem Schacht 1 nach oben hin in die Atmosphäre entweichen können. Da auch sonst der Reaktorbehälter im wesentlichen gasdicht ist, können also Gase aus dem Reaktorinnenraum nicht unkontrolliert in die Umgebung entweichen. Damit ist ein besonders hohes Maß an Umweltverträglichkeit gegeben.Another particular advantage is that gases cannot escape into the environment through the porous pouring column 8, since the shaft 1 is closed at the top by the closure 2. In normal operation, the gas pressure is regulated by the controller 32 so that the pressure flap 3 does not open. The pressure flap 3 thus serves only as a safety device for a possible malfunction during the operation of the reactor. In normal operation, the overpressure flap 3 remains closed, so that no gases can escape from the shaft 1 into the atmosphere. Since the reactor vessel is otherwise essentially gas-tight, gases cannot escape from the reactor interior into the environment in an uncontrolled manner. This ensures a particularly high level of environmental compatibility.
Die Regelung des Reaktorbetriebs durch den Regler 32, so dass der Gasdruck innerhalb eines erlaubten Arbeitsbereichs bleibt, kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. Beispielsweise steuert der Regler 32 den Brenner 15 als Stellglied an, sodass mehr oder weniger heiße Gase an die Schüttsäule 12 herangeführt werden. Entsprechend kann der Regler 32 auch die Sauerstofflanzen 18 als Stellglieder für die Regelung des Gasdrucks ansteuern sowie auch die Fördereinrichtung für die Absaugung der Gase. Eine weitere Ausführungsform ist die Regelung des Gasdrucks über die pro Zeiteinheit zugeführte Menge von Einsatzstoff 6. In diesem Fall steuert der Regler 32 die Vorrichtung 4 und/oder die Flüssigkeitseindüsung 30 als Stellglied zur Regelung des Gasdrucks an. Die Regelung des Gasdrucks durch den Regler 32 kann dabei über ein oder mehrere der genannten Stellglieder erfolgen.The regulation of the reactor operation by the controller 32, so that the gas pressure remains within an allowable working range, can take place in different ways. For example, the controller 32 controls the burner 15 as an actuator, so that more or less hot gases are brought to the pouring column 12. Correspondingly, the controller 32 can also control the oxygen lances 18 as actuators for regulating the gas pressure and also the conveying device for the suction of the gases. Another embodiment is the regulation of the gas pressure via the quantity of feed material 6 supplied per unit of time. In this case, the controller 32 controls the device 4 and / or the liquid injection 30 as an actuator for regulating the gas pressure. The regulation of the gas pressure by the controller 32 can take place via one or more of the actuators mentioned.
Die Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines entsprechenden Regelungssystems. Elemente der Figur 2, die Elementen der Figur 1 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figur 2 zeigt schematisch den nach allen Seiten gegenüber der Umgebung gasdichten Reaktorbehälter 36, aus dem insbesondere nach oben im Normalbetrieb kein Gas aus dem Reaktor in die Umgebung gelangen kann. Im Inneren des Reaktorbehälters sind ein oder mehrere der Drucksensoren 34 angeordnet, welche zur Messung des Gasinnendrucks in dem Reaktorbehälter 36 dienen. Der oder die Drucksensoren 34 sind mit dem Regler 32 verbunden. Bei dem Regler 32 handelt es sich beispielsweise um eine so genannte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Der Regler 32 hat einen Prozessor 38 zur Ausführung eines Regelungsprogramms 40.FIG. 2 shows a block diagram of a corresponding control system. Elements in FIG. 2 which correspond to elements in FIG. 1 are identified by the same reference numerals. FIG. 2 schematically shows the reactor vessel 36 which is gas-tight on all sides with respect to the environment, from which, in particular, no gas can escape from the reactor into the environment in normal operation. One or more of the pressure sensors 34, which are used to measure the internal gas pressure in the reactor vessel 36, are arranged in the interior of the reactor vessel. The pressure sensor or sensors 34 are connected to the controller 32. The controller 32 is, for example, a so-called programmable logic controller (PLC). The controller 32 has a processor 38 for executing a control program 40.
Der Regler 32 verwendet beispielsweise die Stopfschnecke 7, die Flüssigkeitseindüsung 30, den Brenner 15, die oberen Eindusungsmittel 17, die unteren Eindusungsmittel 26 und/oder die Förderereinrichtung 42, welche zur Absaugung der Überschussgase dient, als Stellglieder zur Regelung des Gasdrucks in dem Reaktorbehälter 36 innerhalb eines gewünschten Arbeitsbereichs. Die Verbindung zwischen dem oder den Drucksensoren 34, dem Regler 32 sowie der Stopfschnecke 7, Flüssigkeitseindüsung 30, dem Brenner 15, den oberen Eindüsungsmitteln 17, den unteren Eindüsungsmitteln 26 und der Fördereinrichtung 42 erfolgt vorzugsweise über einen so genannten Feldbus.The controller 32 uses, for example, the stuffing screw 7, the liquid injection 30, the burner 15, the upper injection means 17, the lower injection means 26 and / or the conveyor device 42, which serves to extract the excess gases, as actuators for regulating the gas pressure in the reactor vessel 36 within a desired work area. The connection between the pressure sensor or sensors 34, the controller 32 and the stuffing screw 7, liquid injection 30, the burner 15, the upper injection means 17, the lower injection means 26 and the conveying device 42 is preferably carried out via a so-called field bus.
Der Regler 32 regelt beispielsweise die Fördergeschwindigkeit der Stopfschnecke 7, die pro Zeiteinheit über die Flüssigkeitseindüsung 30 abgegebene Menge von flüssigem Einsatzstoff, die pro Zeiteinheit von dem Brenner 15 verbrannte Gasmenge, das pro Zeiteinheit von den oberen Eindüsungsmitteln 17 bzw. den unteren Eindüsungsmitteln 26 abgegebene Gasvolumen und/oder das pro Zeiteinheit von der Fördereinrichtung 42 abgesaugte Überschussgasvolumen. Hierzu kann das Regelungsprogramm 40 geeignete proportional, proportional-differenzial und/oder proportional-differenzial- integral Regleralgorithmen implementieren.The controller 32 regulates, for example, the conveying speed of the stuffing screw 7, the amount of liquid feed material dispensed per unit of time via the liquid injection 30, the amount of gas burned by the burner 15 per unit of time, the gas volume emitted per unit of time from the upper injection means 17 or the lower injection means 26 and / or the excess gas volume drawn off from the conveying device 42 per unit of time. For this purpose, the control program 40 can implement suitable proportional, proportional-differential and / or proportional-differential-integral controller algorithms.
Vorzugsweise wird ein Gasdruckwert für die Zwecke der Regelung aus den Gasdruckmesssignalen, die von den verschieden in dem Reaktorbehälter verteilt angeordneten Gasdrucksensoren abgegeben werden, ermittelt. Dies kann durch Tiefpassfilterung der Gasdruckmesssignale, Bildung eines gewichteten Mittelwerts aus den Gasdruckmesssignalen oder eine andere geeignete Art der Filterung der Gasdruckmesssignale erfolgen, so dass ein effektiver Druckwert für den resultierenden Druck in dem Reaktorbehälter erhalten wird.A gas pressure value for the purposes of regulation is preferably determined from the gas pressure measurement signals which are emitted by the gas pressure sensors which are arranged differently in the reactor vessel. This can be done by low-pass filtering of the gas pressure measurement signals, forming a weighted average from the gas pressure measurement signals or another suitable type of filtering the Gas pressure measurement signals take place so that an effective pressure value for the resulting pressure in the reactor vessel is obtained.
Die einzelnen Gasdrucksensoren sich vorzugsweise in den Einflussbereichen der verschiedenen Stellgrößen angeordnet. Als Referenzwert für die Regelung kann der von dem in dem Schacht 1 (vgl. Fig. 1 ) angeordneten Drucksensor 34 abgegebene Wert verwendet werden.The individual gas pressure sensors are preferably arranged in the areas of influence of the various manipulated variables. The value emitted by the pressure sensor 34 arranged in the shaft 1 (cf. FIG. 1) can be used as the reference value for the control.
Neben den Drücken können weitere Regelgrößen erfasst werden. Hinsichtlich der Ansteuerung der Stopfschnecke ist dies der Füllstand der Einsatzstoffe in dem Schacht des Reaktor. Hinsichtlich der Eindusungsmittel, der Zuführung von Einsatzstoffen, insbesondere der Flüssigkeitseindüsung, und der Eindusungsmittel ist dies die Gaszusammensetzung und die Temperaturen, die ebenfalls in verschiedenen Bereichen des Reaktors gemessen werden können. In addition to the pressures, other control variables can be recorded. With regard to the actuation of the stuffing screw, this is the fill level of the feed materials in the reactor shaft. With regard to the injection means, the feed of feed materials, in particular the liquid injection, and the injection means, this is the gas composition and the temperatures, which can also be measured in different areas of the reactor.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Schachtshaft
Verschlussshutter
ÜberdruckklappeOverpressure valve
Vorrichtungcontraption
Trichterfunnel
Einsatzstofffeedstock
Stoffschneckefabric screw
Schüttsäuledischarge column
VortemperierungsabschnittVortemperierungsabschnitt
Wandlungshohlraumconversion cavity
Pyrolyseabschnittpyrolysis section
Schüttkegelangle of repose
GaszuführraumGaszuführraum
Brennkammercombustion chamber
Brennerburner
Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt obere EindusungsmittelMelting and overheating section upper injection
Sauerstofflanze heiße ZoneOxygen lance hot zone
Reduktionsabschnittreduction section
GasabsaugraumGasabsaugraum
Reduktionszonereduction zone
Herd untere EindusungsmittelHearth lower injection
Abstichracking
FlüssigkeitseindüsungLiquid injection
Reglerregulator
Drucksensorpressure sensor
Reaktorbehälter Prozessor Regelungsprogramm Fördereinrichtung reactor vessel Processor control program conveyor

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen (6) mit:1. Reactor for the thermal treatment of waste materials (6) with:
- einem gasdicht gegenüber der Umgebung geschlossenen Behälter (36) zur Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse der Einsatzstoffe,a gas-tight container (36) closed to the environment for gasification, pyrolysis or thermolysis of the starting materials,
- einer im Wesentlichen gasdichten Vorrichtung (4) zur Zuführung von Einsatzstoffen in den Behälter,- an essentially gas-tight device (4) for feeding feed materials into the container,
Gasabführmitteln (32, 34, 38, 40, 42) zur geregelten Entnahme von Gas aus dem Behälter, so dass sich ein Druck in dem Behälter oberhalb des Atmosphärendrucks einstellen kann.Gas discharge means (32, 34, 38, 40, 42) for the controlled removal of gas from the container, so that a pressure in the container can be set above atmospheric pressure.
2. Reaktor nach Anspruch 1 , wobei der Behälter einen oben geschlossenen Schacht (1) aufweist, und die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen an dem Schacht angeordnet ist, und die Regelung (32) der Gasabführmittel so ausgebildet ist, so dass der Druck zwischen 0,05 und 20 Prozent über dem Atmosphärendruck liegt, vorzugsweise 0,1 bis 10 Prozent über dem Atmosphärendruck.2. Reactor according to claim 1, wherein the container has a shaft (1) closed at the top, and the device for supplying feed materials is arranged on the shaft, and the regulation (32) of the gas discharge means is designed such that the pressure is between 0 , 05 and 20 percent above atmospheric pressure, preferably 0.1 to 10 percent above atmospheric pressure.
3. Reaktor nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen seitlich an dem Schacht des Behälters angeordnet ist.3. Reactor according to claim 2, wherein the device for supplying feed materials is arranged laterally on the shaft of the container.
4. Reaktor nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen zur diskontinuierlichen Zuführung der Einsatzstoffe ausgebildet ist.4. Reactor according to claim 1, 2 or 3, wherein the device for supplying feed materials is designed for discontinuous feed of the feed materials.
5. Reaktor nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen eine Schleuse zur Zuführung der Einsatzstoffe in den Behälter aufweist. 5. The reactor of claim 4, wherein the device for supplying feed materials has a lock for supplying the feed materials into the container.
6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen zur kontinuierlichen Zuführung der Einsatzstoffe in den Behälter ausgebildet ist.6. Reactor according to one of the preceding claims, wherein the device for supplying feed materials is designed for the continuous feed of the feed materials into the container.
7. Reaktor nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen eine Stopfeinrichtung aufweist.7. Reactor according to claim 6, wherein the device for supplying feed materials has a stuffing device.
8. Reaktor nach Anspruch 7, wobei die Stopfeinrichtung eine Stopfschnecke (7) aufweist.8. Reactor according to claim 7, wherein the stuffing device has a stuffing screw (7).
9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln (3) zum Ablassen eines Überdrucks, wobei die Mittel zum Ablassen des Überdrucks an einem oberen Bereich des Behälters angeordnet sind.9. Reactor according to one of the preceding claims, with means (3) for releasing an excess pressure, the means for releasing the excess pressure being arranged on an upper region of the container.
10. Reaktor nach Anspruch 9, wobei die Mittel zum Ablassen des Überdrucks an einem oberen Bereich eines nach oben geschlossenen Schachts (1 ) des Behälters angeordnet sind.10. Reactor according to claim 9, wherein the means for releasing the excess pressure are arranged at an upper region of an upwardly closed shaft (1) of the container.
11. Reaktor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Mittel zum Ablassen des Überdrucks eine Überdruckklappe und/oder ein Überdruckventil aufweisen.11. Reactor according to claim 9 or 10, wherein the means for releasing the excess pressure comprise an excess pressure flap and / or an excess pressure valve.
12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem Drucksensor (34) zur Messung eines Gasdrucks in dem Behälter und einer Regelungsvorrichtung (32) zur Regelung des Gasdrucks innerhalb eines Arbeitsbereichs.12. Reactor according to one of the preceding claims, with at least one pressure sensor (34) for measuring a gas pressure in the container and a control device (32) for controlling the gas pressure within a working range.
13. Reaktor nach Anspruch 12, mit Gaszuführmitteln (13, 14, 15) zur Teilverbrennung der Einsatzstoffe in einem Erwärmungsbereich des Reaktors, wobei die Regelungsvorrichtung zur Abgabe eines Stellsignals für die Gaszuführmittel ausgebildet ist.13. Reactor according to claim 12, with gas supply means (13, 14, 15) for the partial combustion of the starting materials in a heating area of the reactor, the control device being designed to emit an actuating signal for the gas supply means.
14. Reaktor nach Anspruch 12 oder 13, mit Eindüsungsmitteln (17, 26) über die Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase in den Behälter zuführbar sind, wobei die Regelungsvorrichtung zur Abgabe eines Stellsignals für die Eindusungsmittel ausgebildet ist.14. Reactor according to claim 12 or 13, with injection means (17, 26) via which oxygen or oxygen-containing gases can be fed into the container, the Control device for emitting an actuating signal for the injection means is formed.
15. Reaktor nach Anspruch 14, wobei die Eindusungsmittel eine oder mehrere Sauerstofflanzen (18) aufweisen.15. The reactor of claim 14, wherein the injection means have one or more oxygen lances (18).
16. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, mit Gasabsaugungsmitteln (21 , 42) zur Absaugung von Gasen aus dem Behälter, wobei die Regelungsvorrichtung zur Abgabe eines Stellsignals für die Gasabsaugungsmittel ausgebildet ist.16. Reactor according to one of the preceding claims 12 to 15, with gas extraction means (21, 42) for extracting gases from the container, the control device being designed to emit a control signal for the gas extraction means.
17. Reaktor nach Anspruch 16, wobei die Regelungsvorrichtung zur Abgabe eines Stellsignals an die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen ausgebildet ist.17. The reactor of claim 16, wherein the control device is designed to emit an actuating signal to the device for supplying feed materials.
18. Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen, wobei die thermische Behandlung durch Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse bei einem Gasdruck durchgeführt wird, der oberhalb des Atmosphärendrucks liegt.18. Process for the thermal treatment of waste materials, the thermal treatment being carried out by gasification, pyrolysis or thermolysis at a gas pressure which is above atmospheric pressure.
19. Verfahren nach Anspruch 18, mit folgenden Schritten:19. The method according to claim 18, comprising the following steps:
- Zuführung von Einsatzstoffen über eine im Wesentlichen gasdichte Vorrichtung in einen Behälter, wobei der Behälter oben gasdicht geschlossen ist, - Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse der Einsatzstoffe in dem Behälter,Feeding of feed materials into a container via an essentially gas-tight device, the container being gas-tight at the top, gasification, pyrolysis or thermolysis of the feed materials in the container,
- geregelte Entnahme von Gas aus dem Behälter, so dass der Gasdruck in dem Behälter oberhalb des Atmosphärendrucks liegt.- controlled removal of gas from the container so that the gas pressure in the container is above atmospheric pressure.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Zuführung der Einsatzstoffe über die gasdichte Vorrichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt. 20. The method according to claim 18 or 19, wherein the feed of the feedstocks via the gas-tight device is carried out continuously or discontinuously.
21. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die gasdichte Vorrichtung eine Schleuse aufweist, und die Zuführung der Einsatzstoffe diskontinuierlich über die Schleuse erfolgt.21. The method according to claim 18 or 19, wherein the gas-tight device has a lock, and the feed materials are fed discontinuously via the lock.
22. Verfahren nach Anspruch 18, 19 oder 20, wobei die gasdichte Vorrichtung eine Stopfvorrichtung aufweist, und die Zuführung der Einsatzstoffe in den Behälter über die Stopfvorrichtung erfolgt.22. The method according to claim 18, 19 or 20, wherein the gas-tight device has a tamping device, and the feed materials are fed into the container via the tamping device.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 22, wobei ein Gasdruck in dem Behälter zwischen 0,05 und 20 Prozent über dem Atmosphärendruck liegt, vorzugsweise 0,1 bis 10 Prozent über dem Atmosphärendruck.23. The method according to any one of the preceding claims 18 to 22, wherein a gas pressure in the container is between 0.05 and 20 percent above atmospheric pressure, preferably 0.1 to 10 percent above atmospheric pressure.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 23, wobei ein Gasdruck in dem Behälter in einem Arbeitsbereich geregelt wird.24. The method according to any one of the preceding claims 18 to 23, wherein a gas pressure in the container is regulated in a working area.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Regelung über Gaszuführmittel und/oder Eindusungsmittel und/oder Gasabsaugungsmittel und/oder die gasdichte Vorrichtung erfolgt.25. The method according to claim 24, wherein the regulation takes place via gas supply means and / or injection means and / or gas suction means and / or the gas-tight device.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei als Grundlage für die Regelung des Gasdrucks Messsignale von in dem Behälter verteilt angeordneten Gasdrucksensoren erfasst und gefiltert werden. 26. The method according to claim 24 or 25, wherein as a basis for the control of the gas pressure, measurement signals from gas pressure sensors distributed in the container are detected and filtered.
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