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AT524346B1 - Vorrichtung zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material - Google Patents

Vorrichtung zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material Download PDF

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AT524346B1
AT524346B1 ATA9438/2018A AT94382018A AT524346B1 AT 524346 B1 AT524346 B1 AT 524346B1 AT 94382018 A AT94382018 A AT 94382018A AT 524346 B1 AT524346 B1 AT 524346B1
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Monika Philipp
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Abstract

Vorrichtung (17) zur Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18), umfassend ein Mehrkammersystem (26) mit einer mit einer Mischung (21) befüllbaren Verbrennungskammer (1), die mit einer Energie-Erzeugungs-Vorrichtung (11) und einer Reaktionskammer (3) in Verbindung steht, wobei stromabseitig von der Reaktionskammer (3) eine stromaufseitige Bestrahlungseinrichtung (12) vorgesehen ist, wobei stromabseitig von dieser Bestrahlungseinrichtung (12) mindestens eine Plasma-Zündeinrichtung (37) vorgesehen ist, welche stromabseitig mit einem mit einer Mischung (21) befüllbaren Reaktor (5) in Verbindung steht, wobei stromabseitig von dem Reaktor (5) eine zweite Bestrahlungseinrichtung (13) vorgesehen ist, wobei stromabseitig von dieser Bestrahlungseinrichtung (13) eine Filtereinrichtung (43) vorgesehen ist, welche stromabseitig mit einer Vergaser-Einrichtung (469 in Verbindung steht, die stromabseitig mit der Verbrennungskammer (1) in Verbindung steht und wobei stromabseitig von der Filereinrichtung (43) eine katalytische Reaktionszone (16) vorgesehen ist, wobei stromabseitig von der Reaktionszone (16) eine Vorrichtung (47) zur Auftrennung des aus der Reaktionszone (16) austretenden Gasstromes vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
VORRICHTUNG ZUR THERMISCHEN UND KATALYTISCHEN BEHANDLUNG VON KOHLENSTOFFHALTIGEM MATERIAL
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material, mit den in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, in denen zum Beispiel Hausmüll verbrannt wird.
[0003] Diese bekannten Vorrichtungen zur Verbrennung von Hausmüll sind insbesondere deswegen nachteilig, weil bei der Verbrennung des Hausmülls dort große Mengen von die Treibhausgasproblematik steigerndem Kohlendioxid erzeugt und an die Umgebung abgegeben werden.
[0004] In manchen dieser bekannten Vorrichtungen wird das dort erzeugte Kohlendioxid in umständlichen, kostenintensiven und störungsanfälligen sowie oftmals nur teilweise wirksamen Filtereinrichtungen aus den Rauchgasen entfernt.
[0005] Die US 2010/ 0 004 495 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem kohlenstoffhaltiges organisches Material verbrannt und Hitze damit gewonnen und anschließend das CO> haltige Abgas in einem katalytischen Gasreaktor in Gegenwart von Wasser in Methan und Sauerstoff umgewandelt wird.
[0006] Die US 2013/ 264 187 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem CO» unter Verwendung von Plasmatechnologie in organische Kohlenstoffprodukte umgewandelt wird.
[0007] Aus der US 2012/ 0 329 657 A1 sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei welchen eine Kohlenstoffquelle und eine Wasserstoffquelle unter Verwendung von Plasmatechnologie in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden.
[0008] Die US 5964908 A beschreibt ein System, bei welchem CO» haltige Gase mit Hilfe eines Synthesereaktors zu kohlenwasserstoffhaltigen Gasen umgewandelt werden.
[0009] Aus der WO 2018/ 129 426 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem CO» haltige Gase mittels Bestrahlung und Katalyse in Kohlenstoffprodukte umgewandelt werden.
[0010] Die WO 1992/ 002 448 A1 offenbart ein Verfahren, bei welchem ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid unter Verwendung von Plasmatechnologie in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt wird.
[0011] Die JP 2003/ 027 241 A beschreibt ein Verfahren, bei dem CO» haltige Gase unter Verwendung von Plasmatechnologie und mittels Katalyse in brennbare Gase umgewandelt werden.
[0012] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur thermischen und gegebenenfalls katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material, welche Kohlendioxid nicht an die Umgebung abgibt und welche eine umständliche, kostenintensive, störungsanfällige und oftmals nur teilweise wirksame Filtereinrichtung für die Herausfilterung von Kohlendioxid nicht benötigt.
[0013] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den in dem Patentanspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0014] Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
[0015] Figur 1 ein schematisches Fließdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material;
[0016] Figur 2 eine schematische Draufsicht auf das Mehrkammersystem (26) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) einschließlich der mit dem Mehrkammersystem (26) in Verbindung stehenden Einrichtungen;
[0017] Figur 3 eine schematische Draufsicht auf eine Reaktionskammer (3) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (17), in welcher drei nebeneinander angeordnete Reaktoren (5) vorgesehen sind, wobei Rauchgase (39) externer Herkunft sowie die in der Reaktionskammer (3) und/oder in der Verbrennungskammer (1) enthaltenen Gase (32) nach ihrem Austritt (6) aus der Reaktionskammer (3) und/oder aus dem Mehrkammersystem (26) einer ersten Bestrahlungseinrichtung (12) und danach einer Plasma-Zündeinrichtung (37) zuführbar sind, wobei diese PlasmaZündeinrichtung (37) mit einem innerhalb der Reaktionskammer (3) vorgesehenen Reaktor (5) in Verbindung steht, wobei die Gase nach der Passage des Reaktors (5) einer zweiten Bestrahlungseinrichtung (13) zuführbar sind;
[0018] Figur 4 eine schematische Seitenansicht eines innerhalb einer Reaktionskammer (3) vorgesehenen Reaktors (5), wobei zwischen dem Austritt (6) aus der Reaktionskammer (3) beziehungsweise aus dem Mehrkammersystem (26) einerseits und dem Eintritt in den Reaktor (5) andererseits eine erste Bestrahlungseinrichtung (12) und eine Plasma-Zündeinrichtung (37) vorgesehen sind und wobei die Gase (19) aus dem Reaktor (5) nach ihrem Austritt aus dem Reaktor (5) einer zweiten Bestrahlungseinrichtung (13) zuführbar sind.
[0019] Die vorliegende Erfindung betrifft also eine Vorrichtung (17) zur thermischen und vorzugsweisen katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18).
[0020] Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung (17) zur thermischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18), bei welcher eine Uberführung von eingebrachtem kohlenstoffhaltigen Material (18) in Alkane und/oder Alkene und/oder Alkohole erfolgt.
[0021] Unter „kohlenstoffhaltigem Material (18)“ ist im Falle der vorliegenden Erfindung beispielsweise Hausmüll, Sondermüll, Gewerbemüll, Olschiefer, Olsand, Braunkohle, Steinkohle oder Asphalt zu verstehen.
[0022] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung (17) zur thermischen und gegebenenfalls katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18), bei welcher eine auch strahlungsinduzierte Überführung von eingebrachtem kohlenstoffhaltigen Material (18) in Alkane und/oder Alkene und/oder Alkohole erfolgt.
[0023] In der Regel umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung (17) beispielsweise ein oder mehrere Mehrkammersysteme (26).
[0024] Vorzugsweise sind in jedem Mehrkammersystem (26) eine oder mehrere Verbrennungskammern (1) vorgesehen.
[0025] Im Allgemeinen kann jede Verbrennungskammer (1) kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einer Mischung (21) befüllbar sein, welche kohlenstoffhaltiges Material (18) und Asche (41) und/oder Rückstände (20) aus der Verbrennungskammer (1) und einen oder mehrere Stabilisatoren (30) umfasst.
[0026] Vorzugsweise kann jede Verbrennungskammer (1) in Form beispielsweise eines Feuerraumes, einer Rostfeuerung, einer Rostfeuerung mit festen Planrosten oder mit einem Vorschubrost oder mit einem Wanderrost oder mit einem Unterschubrost oder mit einem Treppenrost, ausgebildet sein.
[0027] Alternativ hierzu kann jede Verbrennungskammer (1) in Form beispielsweise eines Standofens oder eines Durchlaufofens, eines Drehrohrofens, eines Traommelofens, eines Tunnelofens, eines Förderband- oder Förderkettenofens, eines Durchziehofens, eines Paternosterofens oder eines Fallschachtofens, ausgebildet sein, wobei die Gutaufnahme beispielsweise durch verfahrbare Töpfe, verfahrbare Wannen oder verfahrbare Wagons oder verfahrbare Gestelle erfolgen kann.
[0028] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) kann jede Verbrennungskammer (1) jeweils mit einer oder mehreren Vorrichtungen (11) zur Erzeugung von elektrischer oder kinetischer Energie in mittelbarer oder unmittelbarer Verbindung stehen.
[0029] Das Auftreten eines potentiellen „Teer-Problems oder Verschmutzungs-Problems" in dem Bereich der Vorrichtung (11) zur Erzeugung von elektrischer oder kinetischer Energie wird dadurch verhindert, dass die Gase die Vorrichtung (11) zur Erzeugung von Energie frühzeitig verlassen und dann ebenfalls an die Einrichtung (43) zur Filterung der Rauchgase zuführbar sein können und nachfolgend über die Vergaser-Vorrichtung (46) der Verbrennungskammer (1) wieder zugeführt werden können.
[0030] Wie bereits aus Figur 1 ersichtlich können die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar mit einer oder mehreren Reaktionskammern (3) in Verbindung stehen.
[0031] Vorzugsweise kann jede Reaktionskammer (3) und/oder jede Verbrennungskammer (1) und/oder jedes Mehrkammersystem (26) eine oder mehrere Auslassöffnungen (6) aufweisen. Aus diesen Auslassöffnungen (6) können die in der Reaktionskammer (3) und/oder in der Verbrennungskammer (1) und/oder in dem Mehrkammersystem (26) vorhandenden Rauchgase (32) nach außen abführbar sein.
[0032] Schon aus Figur 1 geht hervor, dass in besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) stromabseitig von der oder den Reaktionskammern (3) und/oder stromabseitig von der oder den Mehrkammersystemen (26) eine oder mehrere stromaufseitige erste Bestrahlungseinrichtungen (12) zur Bestrahlung des aus der Verbrennungskammer (1) und/oder der Reaktionskammer (3) austretenden Rauchgases (32) und/oder von Rauchgasen (39) externer Herkunft vorgesehen sein können.
[0033] In dieser ersten Bestrahlungseinrichtung (12) kann zur strahlungsinduzierten Überführung eine Bestrahlung der Rauchgase (32, 39) beispielsweise mit elektromagnetischer Strahlung des Mikrowellen-Wellenlängenbereiches (300 MHz bis 3GHz) und/oder des fernen (FIR 25 um bis 500 um), mittleren (MIR 2,5 um bis 25 um) oder nahen (NIR 760 nm bis 2,5 um) Infrarot-Wellenlängenbereiches und/oder des UV-Wellenlängenbereiches (400 nm bis 10 nm) und/oder des Röntgenstrahlungs-Wellenlängenbereiches (100 nm bis 10? pm) erfolgen.
[0034] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können stromabseitig von der ersten Bestrahlungseinrichtung (12) eine oder mehrere PlasmaZündeinrichtungen (37) vorgesehen sein.
[0035] In der Regel können diese Plasma-Zündeinrichtungen (37) stromabseitig mittelbar oder unmittelbar mit einem oder mehreren, außerhalb oder innerhalb einer Reaktionskammer (3) vorgesehenen Reaktoren (5) in Verbindung stehen.
[0036] Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht, können stromabseitig von der oder den Plasma-Zündeinrichtungen (37) die stromaufseitigen Enden (7) von innerhalb oder außerhalb einer Reaktionskammer (3) vorgesehenen Reaktoren (5) vorgesehen sein.
[0037] Vorzugsweise kann jeder Reaktor (5) reversibel, kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einer Mischung (21) aus kohlenstoffhaltigem Material (18) sowie aus Asche (41) aus dem Aschesilo (33) und/oder aus Rückständen (20) aus der Verbrennungskammer (1) sowie aus einem oder mehreren Stabilisatoren (30) befüllbar sein.
[0038] Die Figur 4 zeigt darüberhinaus, dass die stromabseitigen Enden (15) des oder der Reaktoren (5) mittelbar oder unmittelbar mit einer oder mehreren weiteren, zweiten Bestrahlungseinrichtungen (13) in Verbindung stehen können.
[0039] In diesen zweiten Bestrahlungseinrichtungen (13) können die aus den oder dem Reaktoren (5) austretenden Rauchgase (19; 32, 39) mit elektromagnetischer Strahlung indirekt oder direkt bestrahlt werden.
[0040] Die Wellenlängen der Strahlungsquelle in der zweiten Bestrahlungseinrichtung (13) können in dem Mikrowellen-Wellenlängenbereiches (300 MHz bis 3GHz) und/oder des fernen (FIR 25 um bis 500 um), mittleren (MIR 2,5 um bis 25 um) oder nahen (NIR 760 nm bis 2,5 um) InfrarotWellenlängenbereiches und/oder des UV-Wellenlängenbereiches (400 nm bis 10 nm) und/oder des Röntgenstrahlungs-Wellenlängenbereiches (100 nm bis 10° pm) liegen.
[0041] Die Figuren 1 und 2 zeigen, dass stromabseitig von der zweiten Bestrahlungseinrichtung (13) eine Filtereinrichtung (43) vorgesehen sein kann. In dieser Filtereinrichtung (43) kann beispielsweise ein synthetisches oder natürliches, lipophiles und ölartiges Filtermittel (44) nebelförmig versprühbar sein.
[0042] Vorzugsweise kann diese Filtereinrichtung (43) - zur Abführung von bei der Versprühung anfallenden gasförmigen, festen oder flüssigen Filterrückständen - stromabseitig mit einer Vergaser-Einrichtung (46) in Verbindung stehen (siehe Figuren 1 und 2).
[0043] In dieser einen oder mehreren Vergaser-Einrichtungen (46) können die gasförmigen, festen oder flüssigen Filterrückstände in eine aerosolartig feinverteilte Form überführbar sein.
[0044] In der Regel können die eine oder die mehreren Vergasereinrichtungen (46) stromabseitig mit der oder den Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehen.
[0045] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können stromabseitig von der Filtereinrichtung (43) eine oder mehrere Reaktionszonen (16) für die Aufnahme von Gasen aus der Filtereinrichtung (43) vorgesehen sein.
[0046] Vorzugsweise können innerhalb jeder Reaktionszone (16) ein oder mehrere Katalysatorträger (34) vorgesehen sein.
[0047] Jeder Katalysatorträger (34) kann beispielweise gleiche oder voneinander verschiedene Katalysatormoleküle tragen, die jeweils ein oder mehrere Magnesium- Atome und/oder ZinnAtome und/oder Phosphor-Atome und/oder Schwefel-Atome und/oder Selen-Atome und/oder Ruthenium-Atome und/oder Osmium-Atome und/oder Kobalt-Atome und/oder Kupfer-Atome und/oder Silber-Atome und/oder Titan-Atome und/oder Chrom-Atome und/oder Wolfram-Atome und/oder Mangan- Atome und/oder Nickel-Atome und/oder Platin-Atome und/oder Iridium-Atome und/oder Vanadium-Atome und/oder Tantal-Atome und/oder Gold-Atome umfassen.
[0048] Wie insbesondere in Figur 1 dargestellt, können stromabseitig von der einen oder den mehreren Reaktionszonen (16) ein oder mehrere ein- oder mehrteilige Vorrichtungen (47) zur Auftrennung des aus der Reaktionszone (16) austretenden Gasstromes vorgesehen sein.
[0049] Wie aus den Figuren 1 bis 4 hervorgeht, kann in besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) den Verbrennungskammern (1) und/oder den Reaktoren (5) eine Mischung (21) kontinuierlich oder diskontinuierlich zuführbar sein.
[0050] In diesen Mischungen (21) kann der Anteil des kohlenstoffhaltigen Materials (18) beispielsweise in dem Bereich von 70,0 Gew.-% bis 95,0 Gew.-%, vorzugsweise in dem Bereich von 75,0 Gew.-% bis 90,0 Gew.-%, insbesondere in dem Bereich von 76,0 Gew.-% bis 85,0 Gew.-%, liegen.
[0051] Vorzugsweise kann in diesen Mischungen (21) der Anteil eines oder mehrerer Stabilisatoren (30) beispielsweise in dem Bereich von 4,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.- %, vorzugsweise in dem Bereich von 4,5 Gew.-% bis 28,0 Gew.-%, insbesondere in dem Bereich von 5,0 Gew.-% bis 26,0 Gew.-%, liegen.
[0052] In der Regel kann in diesen Mischungen (21) der Anteil von Asche (41) und/oder von Rückständen (20) aus der Verbrennungskammer (1) beispielsweise in dem Bereich von 1,0 Gew.% bis 25,0 Gew.-%, vorzugsweise in dem Bereich von 2,0 Gew.-% bis 23,0 Gew.-%, insbesondere in dem Bereich von 3,0 Gew.-% bis 22,0 Gew.-%, liegen.
[0053] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können mit der jeweiligen Verbrennungskammer (1) jeweils eine oder mehrere Heizeinrichtungen (14) - für die Anheizung bzw. Beheizung der jeweiligen Verbrennungskammer (1) bzw. für die
Brennerfeuerung - mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehen (siehe Figuren 1 und 2).
[0054] Diese eine oder mehreren Heizeinrichtungen (14) sind derart ausgelegt, dass sie die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) auf eine Temperatur beispielsweise in dem Bereich von 800 °C bis 1500 °C, vorzugsweise in dem Bereich von 850 °C bis 1400 °C, insbesondere in dem Bereich von 900 °C bis 1350 °C, vollständig oder zonenweise aufheizen können.
[0055] In der Anlaufphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) wird die Heizeinrichtung (14) beziehungsweise Brennerbefeuerung in der Regel unter anderem mit Sauerstoff und Brennstoff externer Herkunft versorgt.
[0056] Die Heizeinrichtung (14) bringt dann die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) zonenweise oder vollständig auf ihre „Betriebstemperatur“ im vorgenannten Bereich von 800 °C bis 1500 °C.
Erst wenn diese vorgenannte Betriebstemperatur (800 °C bis 1500 °C) nachhaltig in der jeweiligen Verbrennungskammer (1) erreicht wurde, werden der benötigte Sauerstoff und der Brennstoff im Prozess selbst aus den Input-Materialien, beispielsweise aus der Mischung (21), gewonnen. Hier ist dann keine externe Zufuhr mehr - beziehungsweise lediglich eine deutlich reduzierte Zufuhr - notwendig.
[0057] In der oder den Verbrennungskammern (1) findet also nicht nur eine Erhitzung, sondern tatsächlich eine gezielte, auf den Stoff ausgerichtete Verbrennung statt. Der Stoff muss auch nahezu vollständig ausbrennen, um die geforderte Qualität des Produktes liefern zu können.
[0058] In dem Falle der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Reaktionskammern (3) - sowie in den ebenfalls dort dargestellten, in den Reaktionskammern (3) verlaufenden Reaktoren (5) - können die dortigen Temperaturen beispielsweise in dem Bereich von 250 °C bis 700 °C, vorzugsweise in dem Bereich von 300 °C bis 650 °C, insbesondere in dem Bereich von 350 °C bis 600 °C, liegen.
[0059] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) kann die Beheizung der einen oder der mehreren Reaktionskammern (3) sowie des einen oder der mehreren Reaktoren (5) durch in der Verbrennungskammer (1) erzeugte Wärme mittels Wärmeleitung oder Wärmestrahlung und/oder externer Wärmezufuhr erfolgen.
[0060] In dem Falle von besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können der oder die der Zerkleinerungseinrichtung (23) und/oder der Mischeinrichtung (25) mittelbar oder unmittelbar zuführbaren Stabilisatoren (30) ausgewählt sein aus der Gruppe, die MgO, Al;Os, Fe» Os, SiO2, TiO», CaO und/oder Na‚O - oder Mischungen hiervon umfasst.
[0061] Die Einbringung eines oder mehrerer Stabilisatoren (30) in die ein oder in die mehreren Zerkleinerungseinrichtungen (23) zerstört diese nicht, selbst wenn diese - wie vorzugsweise der Fall - in Form einer oder mehrerer Rotor-Prallmühlen ausgebildet sind.
Der oder die Stabilisatoren (30) können in der Zerkleinerungseinrichtung (23) beispielsweise vielmehr als Mahl-Hilfe dienen.
Eine unnötige Abnutzung der Zerkleinerungseinrichtung (23) durch den Stabilisator (30) ist nicht gegeben. Durch die Zugabe des Stabilisators (30) in die Zerkleinerungseinrichtung (23) wird die Zerkleinerungseffizienz der Zerkleinerungseinrichtung (23) - welche gegebenenfalls in Form einer Rotor-Prallmühle ausgebildet ist - sogar gesteigert, da dann Stoff durch Stoff aufgebrochen wird. Für das Erreichen der sehr ausgeprägten, gewünschten Zerkleinerung ist die Zugabe eines Stabilisators (30) in die Zerkleinerungseinrichtung (23) sogar erforderlich.
[0062] Insbesondere der Figur 1 ist zu entnehmen, dass in dem Falle von besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar über eine oder mehrere Austrittsöffnungen (2) jeweils mit einer oder mehreren Reaktionskammern (3) in Verbindung stehen können.
[0063] Aus den Figuren 1 und 2 geht hervor, dass zwischen jeder Reaktionskammer (3) einerseits und jeder Verbrennungskammer (1) andererseits jeweils eine oder mehrere Nebenleitungen
(4) zur Rückführung von in der Reaktionskammer (3) vorhandenen Verbrennungsgasen (32) ausgebildet sein können.
[0064] Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten eine oder mehreren Plasma-Zündeinrichtungen (37) können beispielsweise rein elektrisch durch Hochfrequenzanregung eines Trägermediums in Form von Luft und/oder Rauchgas (32, 39) Plasma in Form eines im Raum ausgedehnten Lichtbogens erzeugen.
[0065] In der Regel sind die Plasma-Zündeinrichtungen (37) beispielsweise in Form von PlasmaLanzen ausgebildet.
[0066] Diese Plasma-Lanzen (37) können beispielsweise standardmäßig einen Durchmesser in dem Bereich von 25,0 mm bis 10,0 cm, vorzugsweise in dem Bereich von 26,0 mm bis 8,0 cm, insbesondere in dem Bereich von 27,0 mm bis 7,0 cm, aufweisen.
[0067] Die Längen der Plasma-Lanzen (37) können beispielsweise standardmäßig in dem Bereich von 0,5 m bis 10,0 m, vorzugsweise in dem Bereich von 1,5 m bis 8,0 m, insbesondere in dem Bereich von 2,0 m bis 7,0 m, ausgebildet sein.
[0068] Vorzugsweise kann an den Spitzen der Plasma-Lanzen (37) Plasma erzeugbar sein.
[0069] Im Allgemeinen können die Plasma-Zündeinrichtungen (37) beispielsweise auf Mikrowellenbasis arbeiten und jeweils einen Hochfrequenzgenerator (Magnetron) umfassen, der in dem Lanzenkopf integriert ist.
[0070] An diesen Lanzenkopf können beispielsweise eine Plasma-Lanze mit initialem Zündfunken-Generator und eine Versorgungseinheit mit Verbindungsleitung angeschlossen sein.
[0071] Die Temperatur des erzeugten Plasmas kann beispielsweise in dem Bereich von 3000 °C bis 5000°C, vorzugsweise in dem Bereich von 3100 °C bis 4700 °C, insbesondere in dem Bereich von 3200 °C bis 4100 °C, liegen.
[0072] Die Leistung der Plasma-Zündeinrichtung (37) kann beispielsweise standardmäßig in dem Bereich von 1,0 kW bis 5,0 kW, vorzugsweise in dem Bereich von 1,5 kW bis 4,5 kW, insbesondere in dem Bereich von 2,0 kW bis 4,0 kW, liegen.
[0073] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können stromaufwärts vor der Plasma-Zündeinrichtung (37) zur Kompression des Trägermediums (externe Luft und/oder Rauchgase 32, 39) ein oder mehrere Kompressoren (38) vorgesehen sein.
[0074] Insbesondere die Figur 4 zeigt, dass die Reaktoren (5) die jeweilige Reaktionskammer (3) Jeweils derart durchsetzen können, dass ihre stromaufseitigen Enden (7) jeweils mit einer Außenseite der Reaktionskammer (3) im wesentlichen abschließen oder diese nach außen hin knapp überragen, während ihre gegenüberliegenden, stromabseitigen Enden (15) mittelbar oder unmittelbar mit derselben - oder einer anderen - Außenseite der Reaktionskammer (3) im wesentlichen abschließen oder diese nach außen hin knapp überragen.
[0075] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Reaktionszonen (16) können beispielsweise standardmäßig jeweils eine Länge in dem Bereich von 0,5 m bis 10,0 m, vorzugsweise in dem Bereich von 0,7 m bis 9,0 m, insbesondere in dem Bereich von 0,9 m bis 8,0 m, aufweisen.
[0076] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) kann die Verweilzeit der Verbrennungsgase (19; 32, 39) in der jeweiligen Reaktionszone (16) beispielsweise standardmäßig in dem Bereich von 1,0 Sekunden bis 5,0 Minuten, vorzugsweise in dem Bereich von 2,0 Sekunden bis 4,5 Minuten, insbesondere in dem Bereich von 3,0 Sekunden bis 4,0 Minuten, liegen.
[0077] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) kann der Kühlmittelstrom jeder Einrichtung (8) zur Kondensation mit einem oder mit mehreren Wärmetauschern in Verbindung stehen.
[0078] Vorzugsweise kann dieser Wärmetauscher die aus dem Kühlmittelstrom zurückgewonnene Energie an eine oder mehrere Einrichtungen (14, 11) der Vorrichtung (17) oder für eine externe Nutzung zur Verfügung stellen.
[0079] In besonders bevorzugten, beispielsweise in Figur 1 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18), können stromabseitig von der Reaktionszone (16) eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Vorrichtungen (47) zur Auftrennung des aus der jeweiligen Reaktionszone (16) austretenden Gasstromes vorgesehen sein.
[0080] Diese eine oder die mehreren Vorrichtungen (47) zur Auftrennung eines Gasstromes können beispielsweise jeweils eine oder mehrere Einrichtungen (8) zur Kondensation der Rauchgase (19; 32, 39) umfassen.
[0081] Vorzugsweise können die in den Kondensationseinrichtungen (8) anfallenden festen Bestandteile (35) - stromaufseitig vor der Einführung der Mischung (21) in die Verbrennungskammer (1) - dieser Mischung (21) zuführbar sein.
[0082] In der Regel können stromabseitig von der oder den Einrichtungen (8) zur Kondensation ein oder mehrere Einrichtungen (10) zur Fraktionierung des von der Einrichtung (8) zur Kondensation erzeugten Flüssigkeits-Stromes (36) vorgesehen sein.
[0083] Die erfindungsgemäße Vorrichtung (17) ist derart ausgelegt, dass der Flüssigkeits-Strom (36) mit einer Temperatur beispielsweise in dem Bereich von 15 °C bis 40 °C, vorzugsweise in dem Bereich von 18 °C bis 38 °C, insbesondere in dem Bereich von 20 °C bis 35 °C, der Einrichtung (10) zur Fraktionierung zuführbar sein kann.
[0084] In der Regel kann die Einrichtung (10) zur Fraktionierung den ihr zugeführten FlüssigkeitsStrom (36) in Fraktionen unterschiedlicher Siedepunkte auftrennen, beispielsweise in Alkane, Alkene und Alkohole.
[0085] Insbesondere die Figuren 1 und 2 zeigen, dass stromaufseitig vor der Mischeinrichtung (25) eine oder mehrere Zerkleinerungseinrichtungen (23) für das zu verwertende kohlenstoffhaltige Material (18) vorgesehen sein können.
[0086] Im Allgemeinen können diese Zerkleinerungseinrichtungen (23) derart ausgebildet sein, dass sie die Erzeugung von Partikeln mit einer Größe in dem Bereich von 100 um bis 500 um, vorzugsweise in dem Bereich von 150 um bis 450 um, insbesondere in dem Bereich von 200 um bis 400 um, gestatten.
[0087] Die Zerkleinerungseinrichtungen (23) können beispielsweise auf dem Prinzip des Grobbrechens, Feinbrechens, Schrotens, Feinmahlens, Feinstmahlens oder Kolloidmahlens beruhen sowie ein Zerkleinern durch Brechen, Mahlen, Reißen, Schneiden oder Verreiben - gegebenenfalls im Kreislauf - bewirken.
[0088] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können stromabseitig von den Zerkleinerungseinrichtungen (23) eine oder mehrere Siebeinrichtungen (24) mit einer Größe der Sieböffnungen in dem Bereich von 100 um bis 500 um, vorzugsweise in dem Bereich von 150 um bis 450 um, insbesondere in dem Bereich von 200 um bis 400 um, vorgesehen sein.
[0089] Vorzugsweise können zwischen der Siebeinrichtung (24) und der Zerkleinerungseinrichtung (23) eine oder mehrere Verbindungen (42) zur Rückführung von UÜberkorn-Partikeln vorgesehen sein.
[0090] Im Falle von besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (17) können der ein- oder mehrteiligen Vorrichtung (48) zur Aufbereitung des zu verwertenden kohlenstoffhaltigen Materials (18) ein oder mehrere Stabilisatoren (30) - oder Mischungen von Stabilisatoren (30) - kontinuierlich oder diskontinuierlich zuführbar sein.
[0091] Die Zuführung von Stabilisatoren (30) in die Vorrichtung (48) dient insbesondere zur Reduktion von Geruchsbelästigungen während der zerkleinernden Aufbereitung des zu verwerten-
den kohlenstoffhaltigen Materials (18) sowie zur Steigerung der Zerkleinerungseffizienz.
[0092] Zusammenfassend ist festzustellen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung (17) zur thermischen und gegebenenfalls katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) bereitgestellt wird, bei welcher erstmalig nicht mehr Kohlendioxid an die Umgebung abgegeben wird und welche eine umständliche, kostenintensive, störungsanfällige und oftmals uneffektive Filtereinrichtung für die Herausfilterung von Kohlendioxid nicht mehr benötigt.

Claims (10)

Patentansprüche
1. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Mehrkammersysteme (26) umfassen, in welchem eine oder mehrere Verbrennungskammern (1) vorgesehen sind, wobei jede Verbrennungskammer (1) kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einer Mischung (21) befüllbar ist, welche kohlenstoffhaltiges Material (18) und Asche (41) und/oder Rückstände (20) aus der Verbrennungskammer (1) und einen oder mehrere Stabilisatoren (30) umfasst, wobei jede Verbrennungskammer (1) jeweils mit einer oder mehreren Vorrichtungen (11) zur Erzeugung von elektrischer oder kinetischer Energie in mittelbarer oder unmittelbarer Verbindung steht, wobei die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar mit einer oder mehreren Reaktionskammern (3) in Verbindung stehen, wobei jede Reaktionskammer (3) und/oder jedes Mehrkammersystem (26) eine oder mehrere AuslassÖffnungen (6) aufweisen, aus welchen die in der Reaktionskammer (3) und/oder in dem Mehrkammersystem (26) vorhandenden Rauchgase (32) abführbar sind, wobei stromabseitig von der oder den Reaktionskammern (3) und/oder stromabseitig von dem oder den Mehrkammersystemen (26) eine oder mehrere stromaufseitige erste Bestrahlungseinrichtungen (12) zur Bestrahlung des aus der Verbrennungskammer (1) und/oder der Reaktionskammer (3) austretenden Rauchgases (32) und/oder von Rauchgasen (39) externer Herkunft vorgesehen sind, in welchen eine Bestrahlung der Rauchgase (32, 39) mit elektromagnetischer Strahlung des Mikrowellen- Wellenlängenbereiches (300 MHz bis 3GHz) und/oder des fernen (FIR 25 um bis 500 um), mittleren (MIR 2,5 um bis 25 um) oder nahen (NIR 760 nm bis 2,5 um) Infrarot-Wellenlängenbereiches und/oder des UV-Wellenlängenbereiches (400 nm bis 10 nm) und/oder des Röntgenstrahlungs-Wellenlängenbereiches (100 nm bis 10? pm) erfolgt, wobei stromabseitig von der ersten Bestrahlungseinrichtung (12) eine oder mehrere Plasma-Zündeinrichtungen (37) vorgesehen sind, welche stromabseitig mittelbar oder unmittelbar mit einem oder mehreren, außerhalb oder innerhalb einer Reaktionskammer (3) vorgesehenen Reaktoren (5) in Verbindung stehen, wobei stromabseitig von der oder den Plasma-Zündeinrichtungen (37) die stromaufseitigen Enden (7) von innerhalb oder außerhalb der Reaktionskammer (3) vorgesehenen Reaktoren (5) vorgesehen sind, wobei jeder Reaktor (5) reversibel, kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einer Mischung (21) aus kohlenstoffhaltigem Material (18) sowie aus Asche (41) aus dem Aschesilo (33) und/oder aus Rückständen (20) aus der Verbrennungskammer (1) sowie aus Stabilisatoren (30) befüllbar ist, wobei die stromabseitigen Enden (15) des oder der Reaktoren (5) mittelbar oder unmittelbar mit einer oder mehreren weiteren, zweiten Bestrahlungseinrichtungen (13) in Verbindung stehen, in welchen eine Bestrahlung der aus dem oder den Reaktoren (5) austretenden Rauchgase (19; 32, 39) mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt, deren Wellenlänge in dem Mikrowellen- Wellenlängenbereich (300 MHz bis 3GHz) und/oder des fernen (FIR 25 um bis 500 um), mittleren (MIR 2,5 um bis 25 um) oder nahen (NIR 760 nm bis 2,5 um) Infrarot-Wellenlängenbereiches und/oder des UV-Wellenlängenbereiches (400 nm bis 10 nm) und/oder des Röntgenstrahlungs-Wellenlängenbereiches (100 nm bis 10 pm) liegt, wobei stromabseitig von der zweiten Bestrahlungseinrichtung (13) eine Filtereinrichtung (43) vorgesehen ist, in welcher ein synthetisches oder natürliches, lipophiles und ölartiges Filtermittel (44) nebelförmig versprühbar ist, wobei die Filtereinrichtung (43) - zur Abführung von bei der Versprühung anfallenden gasförmigen, festen oder flüssigen Filterrückständen - stromabseitig mit einer Vergaser-Einrichtung (46) in Verbindung steht, in welcher die gasförmigen, festen oder flüssigen Filterrückstände in eine aerosolartig feinverteilte Form überführbar sind, wobei die Vergasereinrichtung (46) stromabseitig mit der oder den Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht und wobei stromabseitig von der Filtereinrichtung (43) eine oder mehrere Reaktionszonen (16) für die Aufnahme von Gasen aus der Filtereinrichtung (43) vorgesehen sind, wobei innerhalb der Reaktionszonen (16) ein oder mehrere Katalysatorträger (34) vorgesehen sind, die gleiche oder voneinander verschiedene Katalysatormoleküle tragen, die jeweils ein oder mehrere Magnesium-Atome und/oder Zinn-Atome und/oder Phosphor-Atome und/oder Schwefel-Atome und/oder Selen-Atome und/oder Ruthenium-Atome und/oder OsmiumAtome und/oder Kobalt-Atome und/oder Kupfer-Atome und/oder Silber-Atome und/oder Ti-
tan-Atome und/oder Chrom-Atome und/oder Wolfram-Atome und/oder Mangan-Atome und/oder Nickel-Atome und/oder Platin-Atome und/oder Iridium-Atome und/oder Vanadium- Atome und/oder Tantal-Atome und/oder Gold-Atome enthalten, wobei stromabseitig von der einen oder den mehreren Reaktionszonen (16) ein oder mehrere ein- oder mehrteilige Vorrichtungen (47) zur Auftrennung des aus der Reaktionszone (16) austretenden Gasstromes vorgesehen sind.
2, Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) jeweils mit einer oder mehreren Heizeinrichtungen (14) für die Beheizung der Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehen, welche die Verbrennungskammern (1) auf eine Temperatur in dem Bereich von 800 °C bis 1500 °C, vollständig oder zonenweise beheizen, wobei die Temperaturen in den Reaktionskammern (3) und in den innerhalb der Reaktionskammern (3) verlaufenden Reaktoren (5) in dem Bereich von 250 °C bis 700 °C liegen, wobei die Beheizung der Reaktionskammern (3) und der Reaktoren (5) durch in der Verbrennungskammer (1) erzeugte Wärme mittels Wärmeleitung oder Wärmestrahlung und/oder externer Wärmezufuhr erfolgt.
3. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Verbrennungskammern (1) mittelbar oder unmittelbar über eine oder mehrere Austrittsöffnungen (2) jeweils mit einer oder mehreren Reaktionskammern (3) in Verbindung stehen und dass zwischen jeder Reaktionskammer (3) einerseits und jeder Verbrennungskammer (1) andererseits jeweils eine oder mehrere Nebenleitungen (4) zur Rückführung von in der Reaktionskammer (3) vorhandenen Verbrennungsgasen (32) ausgebildet sind.
4. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, die eine oder die mehreren Plasma-Zündeinrichtungen (37) rein elektrisch durch Hochfrequenzanregung eines Trägermediums in Form von Luft und/oder Rauchgas (32, 39) Plasma in Form eines im Raum ausgedehnten Lichtbogens erzeugen, wobei die Plasma-Zündeinrichtungen (37) in Form von Plasma- Lanzen standardmäßig mit einem Durchmesser in dem Bereich von 25,0 mm bis 10,0 cm und einer Länge standardmäßig in dem Bereich von 0,5 m bis 10,0 m, ausgebildet sind, an deren Spitze Plasma erzeugbar ist und wobei die Plasma-Zündeinrichtungen auf Mikrowellenbasis arbeiten und jeweils einen Hochfrequenzgenerator (Magnetron) umfassen, der in dem Lanzenkopf integriert ist, an welchen eine Plasma-Lanze mit initialem ZündfunkenGenerator und eine Versorgungseinheit mit Verbindungsleitung angeschlossen ist, wobei bei einer Temperatur in dem Bereich von 3000 °C bis 5000°C eine Leistung standardmäßig in dem Bereich von 1,0 kW bis 5,0 kW erreichbar ist, wobei stromaufwärts vor der Plasma-Zündeinrichtung (37) zur Kompression des Trägermediums (externe Luft und/oder Rauchgase 32, 39) ein oder mehrere Kompressoren (38) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren (5) die jeweilige Reaktionskammer (3) jeweils derart durchsetzen, dass ihre stromaufseitigen Enden (7) jeweils mit einer Außenseite der Reaktionskammer (3) abschließen oder diese nach außen hin knapp überragen, während ihre gegenüberliegenden, stromabseitigen Enden (15) mittelbar oder unmittelbar mit derselben - oder einer anderen - Außenseite der Reaktionskammer (3) abschließen oder diese nach außen hin knapp überragen.
6. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszonen (16) standardmäßig jeweils eine Länge in dem Bereich von 0,5 m bis 10,0 m aufweisen.
7. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittelstrom jeder Einrichtung (8) zur Kondensation mit einem oder mit mehreren Wärmetauschern in Verbindung steht, welcher die aus dem Kühlmittelstrom zurückgewonnene Energie
an eine oder mehrere Einrichtungen (14, 11) der Vorrichtung (17) oder für eine externe Nutzung zur Verfügung stellt.
8. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass stromabseitig von der Reaktionszone (16) eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Vorrichtungen (47) zur Auftrennung des aus der jeweiligen Reaktionszone (16) austretenden Gasstromes vorgesehen sind, wobei diese jeweils eine oder mehrere Einrichtungen (8) zur Kondensation der Rauchgase (19; 32, 39) umfassen, wobei in diesen Kondensationseinrichtungen (8) anfallende feste Bestandteile (35) - stromaufseitig vor der Einführung der Mischung (21) in die Verbrennungskammer (1) - dieser Mischung (21) zuführbar sind und wobei stromabseitig von der oder den Einrichtungen (8) zur Kondensation ein oder mehrere Einrichtungen (10) zur Fraktionierung des von der Einrichtung (8) zur Kondensation erzeugten Flüssigkeits-Stromes (36) vorgesehen sind, wobei der Flüssigkeits- Strom (36) mit einer Temperatur in dem Bereich von 15 °C bis 40 °C der Einrichtung (10) zur Fraktionierung zuführbar ist, wobei die Einrichtung (10) zur Fraktionierung den ihr zugeführten Flüssigkeits-Strom (36) in Fraktionen unterschiedlicher Siedepunkte auftrennt
9. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufseitig vor einer Mischeinrichtung (25) eine oder mehrere Zerkleinerungseinrichtungen (23) für das zu verwertende kohlenstoffhaltige Material (18) vorgesehen sind, welche derart ausgebildet sind, dass sie die Erzeugung von Partikeln mit einer Größe in dem Bereich von 100 um bis 500 um gestatten, wobei stromabseitig von den Zerkleinerungseinrichtungen (23) eine oder mehrere Siebeinrichtungen (24) mit einer Größe der Sieböffnungen in dem Bereich von 100 um bis 500 um vorgesehen sind, wobei zwischen der Siebeinrichtung (24) und der Zerkleinerungseinrichtung (23) eine Verbindung (42) zur Rückführung von ÜberkornPartikeln vorgesehen ist.
10. Vorrichtung (17) zur thermischen und katalytischen Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ein- oder mehrteiligen Vorrichtung (48) zur Aufbereitung des zu verwertenden kohlenstoffhaltigen Materials (18) ein oder mehrere Stabilisatoren (30) - oder Mischungen von Stabilisatoren (30) - kontinuierlich oder diskontinuierlich zuführbar sind, um Geruchsbelästigungen während der Aufbereitung des zu verwertenden kohlenstoffhaltigen Materials (18) zu reduzieren und die Zerkleinerungseffizienz zu steigern.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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