DE102004016993B4

DE102004016993B4 - Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit einem Zuführkanal und Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung

Info

Publication number: DE102004016993B4
Application number: DE200410016993
Authority: DE
Inventors: Frank Wuchert
Original assignee: KBI INTERNAT Ltd; KBI INTERNATIONAL Ltd
Current assignee: KBI INTERNAT Ltd; KBI INTERNATIONAL Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2024-04-03
Also published as: WO2005095551A1; DE102004016993A1

Abstract

Gleichstromreaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit – ersten Mitteln (128, 130; 160, 162) zur Zuführung von ersten Stoffen (126) in einen Reaktorbehälter (102), – zweiten Mitteln (116, 118; 158) zur Zuführung von zweiten Stoffen (122) in die Reaktorzone des Reaktorbehälters, wobei die zweiten Mittel einen Zuführkanal (110) aufweisen und der Zuführkanal zu einer Reaktorzone (106) hin geöffnet ist, wobei die Reaktorzone zur thermischen Behandlung der ersten und zweiten Stoffe vorgesehen ist, – Antriebsmitteln (138, 144; 166) zur Förderung des zweiten Stoffs durch den Zuführkanal, wobei die Antriebsmittel Mittel zum Aufbau eines Drucks in dem Zuführkanal aufweisen, – mit einer ersten Austauschzone (136) an einem ersten Ende des Zuführkanals zur Behandlung der zweiten Stoffe, wobei die erste Austauschzone zur Behandlung der zweiten Stoffe durch Druckbeaufschlagung von den Antriebsmitteln ausgebildet ist, wobei die erste Austauschzone in einem Kopfbereich des Reaktors angeordnet ist, – einer zweiten Austauschzone (132), die mit der ersten Austauschzone zu einem Stoff-, Temperatur- und Druckaustausch über die Antriebsmittel verbunden ist, wobei die zweite Austauschzone zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende des Zuführkanals angeordnet ist, – einem Brenner (134), der im Bereich der zweiten Austauschzone angeordnet ist, um der zweiten Austauschzone Verbrennungsgase zuzuführen, so dass die zweite Austauschzone einen Gaszuführraum bildet wobei die ersten Mittel so ausgebildet sind, dass sich durch die Zuführung der ersten Stoffe in dem Reaktorbehälter eine Schüttung (162) ausbildet, wobei die Wärmeleitfähigkeit einer Wandung des Zuführkanals in Längsrichtung des Zuführkanals veränderlich ist, wobei der Zuführkanal in seinem unteren Bereich eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als in seinem oberen Bereich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung.
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.
Aus der DE 100 07 115 C2 , 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 Kreislauf-Gasführung verzichtet wird. Durch den Verzicht auf eine Kreislauf-Gasführung soll die Kondensation von Pyrolyseprodukten und die Entstehung unerwünschter Ablagerungen vermieden werden.
Aus der DE 43 32 865 A1 und der DE 43 27 633 A1 sind Pyrolysereaktoren mit einer Transporteinrichtung für den Abfall bekannt. Die Transporteinrichtung hat eine 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.
Aus der DE 41 30 416 C1 ist ein Verfahren zur Entsorgung von Abfallgütern bekannt bei dem unsortierte Schadstoffe enthaltender Industrie-, Haus- und/oder Sondermüll einer Hochtemperaturbeaufschlagung unterzogen wird. Hierbei wird das Entsorgungsgut zunächst unter Mitführung vorhandener Flüssigkeitsanteile sowie Beibehaltung seiner Misch- und Verbundstruktur chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert. Unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung wird es nachfolgend formschlüssig in einen auf über 100°C beheizten Kanal eingebracht und hier so lange in kraftschlüssigem Kontakt mit den Wandungen des Kanals gehalten, bis die anfangs vorhandenen Flüssigkeiten verdampft und mechanische Rückstellkräfte einzelner Entsorgungsgut-Komponenten aufgehoben sind.
Aus der DE 35 26 346 A1 ist ein Schachtofen zur Direktreduktion von Eisenerzen bekannt. Der Schachtofen hat eine in der Längsachse des Schachtofens zentral im Boden angeordnete Gaseinspeisevorrichtung mit einer Mehrzahl von etagenförmig übereinander angeordneten Gasauslässen für ein Reduktionsgas. Die Gaseinspeisevorrichtung ist als doppelmantliger Hohlkörper ausgebildet, wobei der Mantelzwischenraum des Hohlkörpers an mindestens eine Zuführleitung und mindestens einer Abführleitung für ein Kühlmedium angeschlossen ist.
Aus der DE 4030 554 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen bekannt. Der Reaktionsbehälter wird mit thermisch zu behandelndem Abfallstoff, Koks sowie ggf. kalziumhaltigen Material, insbesondere Kalk oder Kalkstein, beschickt. Die Beschickung wird in dem Reaktionsbehälter unter Bildung eines Reaktionsgases erschmolzen.
Aus der DE 40 26 876 C2 ist eine Einrichtung an einem Schachtofen zur Bildung eines zum Einblasen in die Oxidationszone des Schachtofens bestimmten Gemisches aus Verbrennungsluft und Industriestaub bekannt. Das Gemisch wird von der Verbrennungsluft eingehüllt, sodass die Innenwand eines das Gemisch führenden Rohrs frei bleibt und der Staub vor einem frühzeitigen Vergasen in der Oxidationszone bewahrt wird.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene weitere Reaktoren bekannt, die nach dem Prinzip der Gegenstromführung arbeiten, wie zum Beispiel aus der EP 0 277 935 , FR 518 252 , DD 267 391 A3 , DE 32 35 898 A1 , und der DE 101 03 602 A1 . Bei einem Reaktor, der mit Gegenstromführung arbeitet, wird zumindest ein Teil des aufgrund der thermischen Behandlung der Einsatzstoffe entstehenden Gases gegenläufig zu dem Stoffstrom der Einsatzstoffe aus dem Reaktorbehälter abgeführt.
Aus der DE 43 10 931 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsorgen von Stäuben durch Verbrennen/Verschlacken in einem Kupolofen bekannt. Der zu entsorgende Staub wird der Flamme eines Sauerstoffbrenners zugeführt. Der Sauerstoffbrenner ist entweder in der Winddüse des Kupulofens angeordnet oder in separaten Löchern in der Außenwand des Kupolofens befestigt.
Ein weiteres Verfahren zur kombinierten Verwertung von Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung in einem Schacht-Schmelz-Vergaser ist in der DE 101 58 463 B4 offenbart. Ferner beschreibt das Dokument DE 196 02 900 A1 ein Verfahren zur Vergasung von schadstofffreien Kohlenstoffträgern, wie stückiges Holz, Ballenstroh etc. in einem Gleichstromverfahren mit Luft, sauerstoffangereichterter Luft oder O₂ bei ca. 800–1000°C.
Ein gemeinsamer Nachteil vorbekannter Reaktoren zur Vergasung, Pyrolyse oder Thermolyse ist, dass diese nicht oder nur bedingt zur Entsorgung von schwierigen Stoffen, insbesondere von Erdöl- und Raffinerieabfällen geeignet sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein verbessertes Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird ein Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung geschaffen, der erste Mittel zur Zuführung von ersten Stoffen in einen Reaktorbehälter aufweist sowie zweite Mittel zur Zuführung von zweiten Stoffen in die Reaktorzone des Reaktorbehälters. Die ersten Mittel sind dabei so ausgebildet, dass sich durch die Zuführung der ersten Stoffe in dem Reaktorbehälter eine Schüttung ausbildet. Die zweiten Mittel weisen einen Zuführkanal auf, der zu einer Reaktorzone hin, innerhalb derer die thermische Behandlung der ersten und zweiten Stoffe erfolgt, geöffnet ist.
Bei den ersten Stoffen kann es sich um übliche Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handeln. Getrennt von den ersten Stoffen werden zweite Stoffe zugeführt, wobei es sich hierbei um schwierige Stoffe, insbesondere überwiegend oder vollständig feuchte, kleinstückige, staubförmige, toxische, krankheitserregende, flüssige und/oder gasförmige Stoffe handelt. Insbesondere kann es sich bei den zweiten Stoffen um Erdöl- oder Raffinerieabfälle handeln. Die zweiten Stoffe werden den ersten Stoffen über den Zuführkanal kontrolliert beigemischt und das resultierende Stoffgemisch wird einem thermischen Abfallbehandlungsschritt unterzogen.
Zur Förderung der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal werden Antriebsmittel verwendet. Zur Förderung der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal wird der Zuführkanal mit einem Druck beaufschlagt, um die zweiten Stoffe durch den Zuführkanal hindurch zu treiben.
Im Kopfbereich des Reaktors ist eine erste Austauschzone vorgesehen. Über die erste Austauschzone können zusätzliche Stoffe zur Behandlung der zweiten Stoffe durch Druckbeaufschlagung zugeführt werden.
Die erste Austauschzone im Kopfbereich korrespondiert mit einer zweiten Austauschzone, die zwischen dem Kopfbereich und einem zweiten Ende des Zuführkanals angeordnet ist. Die zweite Austauschzone ist zu einem Stoff-, Temperatur- und Druckaustausch mit der ersten Austauschzone über die Antriebsmittel verbunden.
Im Bereich der zweiten Austauschzone ist ein Brenner angeordnet um der zweiten Austauschzone Verbrennungsgase zuzuführen, sodass die zweite Austauschzone einen Gaszuführraum bildet.
Der Zuführkanal in Längsrichtung eine veränderliche Wärmeleitfähigkeit seiner Wandung. Dabei hat der Zuführkanal in seinem unteren Bereich eine geringere Wärmeleitfähigkeit als in seinem oberen Bereich. Durch die höhere Wärmeleitfähigkeit im oberen Bereich werde die zweiten Stoffe in dem Zuführkanal erwärmt. Dies ist insbesondere zur Verringerung der Viskosität von pastösen Stoffen, insbesondere Erdöl- oder Raffinerieabfällen, vorteilhaft. Dagegen hat der Zuführkanal in seinem unteren Bereich eine geringe Wärmeleitfähigkeit, um beispielsweise Anklebungen oder Versinterungen der zweiten Stoffe an der Wandung des Zuführkanals zu verhindern.
Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Reaktor ist, dass auch schwierige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle, einer thermischen Abfallbehandlung zugeführt werden können, um so wertvolle Rohstoffe, wie zum Beispiel Synthesegas zur Methanolherstellung zu erhalten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Art und Menge der in den Reaktorbehälter zugeführten ersten Stoffe erfasst, um in Abhängigkeit davon die Zuführung der zweiten Stoffe zu regeln. Beispielsweise wird also einem vorgegebenen Volumen oder einer vorgegebenen Masse von ersten Stoffen ein bestimmter Anteil zweiter Stoffe zugegeben, der über den Zuführkanal, getrennt von den ersten Stoffen in den Reaktorbehälter gefüllt wird. Innerhalb des Reaktorbehälters kommt es dabei vorzugsweise zu einer Vermischung der ersten mit den zweiten Stoffen; das resultierende Stoffgemisch wird dann einem thermischen Abfallbehandlungsschritt, insbesondere einem Pyrolyse-, Thermolyse- oder Vergasungsschritt unterzogen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zur Zuführung der zweiten Stoffe eine Beschickungseinrichtung, ein Schleusensystem oder dergleichen auf. Beispielsweise wird ein Schleusensystem mit einer Doppelklappe, einer Zellradschleuse oder einem Stößel eingesetzt. Zur Förderung der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal kann eine Fördereinrichtung, ein Stößel oder dergleichen zum Transport der zweiten Stoffe durch den Zuführkanal eingesetzt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die zweiten Stoffe vor der Zuführung in den Zuführkanal konditioniert. Die Konditionierung kann unter Verwendung eines Shredders, einer Mühle, eines Siebs oder dergleichen erfolgen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind entlang des Zuführkanals eine oder mehrere Öffnungen angeordnet. Die Öffnungen dienen zu einem Stofftransport, Wärmetransport und/oder Druckausgleich zwischen den zweiten Stoffen in dem Zuführkanal und den ersten Stoffen in dem Reaktorbehälter. Beispielsweise sind entlang des Zuführkanals mehrere Öffnungen angeordnet, deren Größe jeweils so gewählt ist, dass in dem Zuführkanal befindliche zweite Stoffe durch die Öffnungen hindurch in den Reaktorbehälter gelangen können. Durch die entlang des Zuführkanals verteilten Öffnungen können also räumlich verteilt zweite Stoffe aus dem Zuführkanal in den Reaktorbehälter austreten, sodass eine innige Vermischung der zweiten Stoffe mit den ersten Stoffen stattfinden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Zuführkanal abschnittsweise aus verschiedenen Materialien. Das Material wird dabei abschnittsweise so gewählt, dass es den entsprechenden thermischen und/oder chemischen Belastungen, denen der Zuführkanal innerhalb des Reaktorbehälters ausgesetzt ist, standhalten kann. Beispielsweise wird hierfür abschnittsweise warmfestes, hoch legiertes oder keramisches Material eingesetzt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Zuführkanal eine Außen- und/oder Innenbeschichtung zur Verbesserung des Gleitverhaltens der ersten und/oder zweiten Stoffe an der Außen- und/oder Innenwandung des Zuführkanals.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zuführkanal innerhalb des Reaktorbehälters positionierbar. Dies ist vorteilhaft, um die Position der Austrittsmündung des Zuführkanals mit Bezug auf die Reaktorzone, innerhalb derer der Vergasungs-, Pyrolyse- und/oder Thermolyseschritt erfolgt, zu optimieren.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können über die erste Austauschzone zusätzliche Stoffe zur Behandlung der zweiten Stoffe beispielsweise durch Reaktion, Erwärmung, Abkühlung, und/oder Inertisierung zugeführt werden. Beispielsweise wird zur Inertisierung von Erdöl- oder Raffinerieabfällen Stickstoff zugeführt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung in einem Gleichstromreaktor.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines vertikalen, offenen Schachtreaktors mit zentralem Zuführkanal,
2 eine schematische Schnittansicht eines vertikalen, geschlossenen Schachtreaktors mit exzentrischem Zuführkanal,
3 eine schematische Schnittansicht eines horizontalen, geschlossenen Reaktors mit waagerechtem Zuführkanal,
Die 1 zeigt einen offenen Schachtreaktor 100 mit einem Reaktorbehälter 102, der einen Schacht 104 aufweist. In dem Reaktorbehälter 102 befindet sich eine Reaktorzone 106, an der ein Brenner 108 zur Durchführung eines thermischen Abfallbehandlungsschritts, beispielsweise einer Thermolyse, Pyrolyse oder Vergasung angeordnet ist.
Durch den Rektorbehälter 102 verläuft in Längsrichtung ein Zuführkanal 110. Der Zuführkanal 110 ist mit seiner Mündung 112 an seinem unteren Ende zu der Reaktorzone 106 hin geöffnet. Vorzugsweise hat der Zuführkanal 110 in Längsrichtung verteilt angeordnete Austauschöffnungen 114.
Am oberen Ende des Zuführkanals 110 ist eine Zuführvorrichtung 116 angeordnet. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel ist die Zuführvorrichtung 116 als Zellradschleuse mit einem Zellrad 118 ausgebildet. Oberhalb der Zuführvorrichtung 116 befindet sich optional eine Vorbehandlungsvorrichtung 120 zur Vorbehandlung von Stoffen 122, die der Vorbehandlungsvorrichtung 120 beispielsweise über eine Fördereinrichtung 124 zugeführt werden. Bei der Vorbehandlungsvorrichtung 120 kann es sich um eine Schurre, einen Trichter, Sieb, Mühle, Hacker, Shredder, Mischer, Dampfkessel oder dergleichen handeln.
Bei der Zuführvorrichtung 116 kann es sich um eine Wechselklappe, Zellradschleuse, Stößel oder eine ähnliche Apparatur mit Schleusen- und Dosierfunktion handeln. Die Schleusenfunktion ist insbesondere vorteilhaft, um das unkontrollierte Eindringen von zum Beispiel Falschluft in den Zuführkanal 110 bzw. das Austreten von Gasen und anderen Stoffen aus dem Zuführkanal 110 in die Umgebung zu verhindern. Vorzugsweise ist der Zuführkanal 110 durch die Zuführvorrichtung 116 gasdicht abgeschlossen, sodass ein im Wesentlichen verlustfreier, druckbeaufschlagter Stofftransport der Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 stattfinden kann.
Bei den Stoffen 122 handelt es sich um schwierige Stoffe, insbesondere überwiegend oder vollständig feuchten, kleinstückigen, staubförmigen, toxischen, krankheitserregenden, flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen, insbesondere Erdöl- oder Raffinerieabfälle. Je nach der Art der Stoffe 122 erfolgt die Konditionierung der Stoffe 122 in der Vorbehandlungseinrichtung 120 unter Verwendung eines Shredders, einer Mühle, eines Siebs oder dergleichen.
Neben den Stoffen 122 können Stoffe 126 über eine Fördereinrichtung 128 und eine Schüttvorrichtung 130 in den Reaktorbehälter 102 eingebracht werden. Bei den Stoffen 126 handelt es sich vorzugsweise um übliche Siedlungsabfälle, Industrieabfälle oder Klinikabfälle.
Am unteren Ende des Schachts 104 befindet sich eine Zone 132 des Reaktors. Im Bereich der Zone 132 ist ein Brenner 134 angeordnet. Über den Brenner 134 können der Zone 132 Verbrennungsgase zugeführt werden. In diesem Fall bildet die Zone 132 einen Gaszuführraum.
Die Zone 132 ist mit einer Zone 136 am oberen Ende des Zuführkanals 110 verbindbar. Hierzu dient eine Kurzschlussleitung 138 mit einer Absperreinrichtung (z. B. Ventil, Kugelhahn, Klappe, o. ä.) 140 zwischen der Zone 132 und der Zone 136 sowie eine parallel zu der Kurzschlussleitung 138 angeordnete Verbindungsleitung 142 mit einer Gasfördereinrichung (z. B. Gebläse, Injektor, o. ä.) 144 und Absperreinrichtungen 146 und 148.
Zur Regelung der Zuführung der Stoffe 122 und 126 hat der Schachtreaktor 100 einen Regler 150. Der Regler 150 erfasst die Menge der durch die Fördereinrichtung 128 über die Schüttvorrichtung 130 zugeführten Stoffe 126 und regelt dementsprechend die Menge der über die Zuführvorrichtung 116 zugeführten Stoffe 122. Beispielsweise wird die Masse der über die Fördereinrichtung 128 zugeführten Stoffe 126 beispielsweise durch eine Waage fortlaufend erfasst.
Die Waage ist mit dem Regler 150 verbunden, der entsprechend die Zuführvorrichtung 116 ansteuert, sodass sich das Zellrad 118 schneller oder langsamer dreht, je nachdem, ob mehr oder weniger Stoffe 126 zugeführt werden. Beispielsweise regelt der Regler 150 die Zuführvorrichtung 116 so, dass pro Massenanteil von Stoffen 126 ein vorgegebener Massenanteil von Stoffen 122 von der Zuführvorrichtung 116 in den Zuführkanal 110 abgegeben wird.
Vorzugsweise ist das Massen- oder Volumenverhältnis von Stoffen 126 zu Stoffen 122 über den Regler 150 je nach der Art der zum Einsatz kommenden Stoffe 126, 122 einstellbar.
Zur thermischen Abfallbehandlung der Stoffe 122 und 126 werden die Stoffe 126 über die Schüttvorrichtung 130 in den Reaktorbehälter 102 zugeführt, sodass sich in dem Schacht 104 eine Schüttung 152 ausbildet. Über die Vorbehandlungsvorrichtung 120 und die Zuführvorrichtung 116 erfolgt die dosierte Zugabe von Stoffen 122 in den Zuführkanal 110. Vorzugsweise erfolgt sowohl die Zuführung der Stoffe 122 und der Stoffe 126 kontinuierlich oder quasi kontinuierlich.
An der Mündung 112 des Zuführkanals 110 treten die Stoffe 122 aus dem Zuführkanal 110 aus und vermischen sich dort mit den Stoffen 126. Ferner tritt ein bestimmter Anteil der Stoffe 122 auch bereits über die in Längsrichtung verteilt angeordneten Austauschöffnungen 114 aus dem Zuführkanal 110 aus, sodass es in der Austauschzone 156 zu einer Vermischung der Stoffe 122 mit den Stoffen 126 kommt. Das resultierende Stoffgemisch, d. h. das Reaktormaterial 154, wird in der Reaktorzone 106 einer thermischen Abfallbehandlung unterzogen. Alternativ treten die Stoffe 122 und 126 im Wesentlichen unvermischt in die Reaktorzone 106 ein. In diesem Fall sind keine Austauschöffnungen 114 vorgesehen.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die dosierte Zuführung der Stoffe 122 zu der Reaktorzone 106 eine weitgehend emissionsfreie thermische Abfallbehandlung von schwierigen Stoffen ermöglicht und Probleme wie Randgängigkeit, Kanalisierung, Beeinflussung des Energieniveaus oder der Prozessführung in anderen Bereichen des Reaktors vermieden werden können.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Austritt von Stoffen 122 können die Austauschöffnungen 114 zum Austausch von in dem Reaktorbehälter 102 freigesetzten Stoffen, wie zum Beispiel freiem Wasser, flüssigen Stoffen oder Entgasungsprodukten, dienen. Alternativ oder zusätzlich können die Austauschöffnungen zum Druck- und/oder Temperaturausgleich dienen. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn sich flüssige Stoffe von den Stoffen 122 abtrennen und durch die Austauschöffnungen 114 in das umgebende Reaktormaterial 154 eindringen und von diesem absorbiert werden.
Die Stoffe 122 durchlaufen den Zuführkanal 110 ohne gesonderten Antrieb. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Stoffe 122 in dem Zuführkanal 110 erwärmt werden, sodass sich deren Viskosität verringert. Dies ist insbesondere für pastöse Erdöl- oder Raffinerieabfälle vorteilhaft. Hierzu hat der Zuführkanal 110 vorzugsweise unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten an seinem oberen Ende und an seinem unteren Ende. An seinem oberen Ende hat der Zuführkanal 110 vorzugsweise eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit, um die Stoffe 122 zu erwärmen. Dagegen hat der Zuführkanal 110 an seinem unteren Ende eine verringerte Wärmeleitfähigkeit, um beispielsweise Anklebungen oder Versinterungen der Stoffe 122 an der Kanalwandung des Zuführkanals 110 zu vermeiden.
Zur Verbesserung des Gleitverhaltens entlang der Außen- und/oder Innenseite der Wandung des Zuführkanals 110 kann dieser entsprechend beschichtet sein.
Ferner ist es vorteilhaft, dass der Zuführkanal 110 abschnittsweise aus unterschiedlichem Material besteht, je nach der thermischen und/oder chemischen Belastung, der der Zuführkanal 110 ortsabhängig standhalten muss. Beispielsweise kann der Zuführkanal 110 abschnittsweise aus warmfestem, hochlegiertem Stahl oder keramischem Material bestehen.
Zum Transport der Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 kann ferner die Zone 136 am oberen Ende des Zuführkanals 110 mit einem Druck beaufschlagt werden. Hierzu wird entweder das Ventil 140 in der Kurzschlussleitung 138 geöffnet, sodass die Zone 136 von der korrespondierenden Zone 132 mit einem Druck beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich werden die Absperreinrichtungen 146 und 148 geöffnet, sodass über die Gasfördereinrichtung 144 eine Druckbeaufschlagung der Zone 136 erfolgt. Durch die Druckbeaufschlagung der Zone 136 werden die Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 getrieben.
Neben der Transportwirkung durch die Druckbeaufschlagung kann es auf diese Art und Weise zu einem Stoff- und/oder Temperatur- und/oder Druckaustausch zwischen den Zonen 132 und 136 kommen.
Vorzugsweise ist der Zuführkanal 110 höhenverstellbar, sodass er je nach Lage der Reaktorzone 106 optimal positioniert werden kann. Die Höhenverstellung des Zuführkanals 110 erfolgt vorzugsweise anlässlich einer Revision des Schachtreaktors 100.
Vorzugsweise werden die Querschnittsform und die Querschnittsgröße des Zuführkanals 110 in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Stoffe 122 und den räumlichen Verhältnissen im Reaktor, insbesondere in Abhängigkeit von der Lage und Ausbildung der Reaktorzone 106, gewählt. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Zuführkanals 110 rund.
Der Schachtreaktor 100 ermöglicht eine wirtschaftliche und stabile Prozessführung auch bei schwierigen Stoffen 122, dadurch, dass diese über die Vorbehandlungseinrichtung 120, zum Beispiel hinsichtlich der maximalen Feuchte, der Korneigenschaften (Größe, Form, Verteilung) und/oder hinsichtlich der Zusammensetzung konditioniert werden und die Zuführung in den Reaktorbehälter 102 dosiert erfolgt.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Schachtreaktors 100. Elemente der Ausführungsform der 2, die Elementen der Ausführungsform der 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 ist bei der Ausführungsform des Schachtreaktors 100 der 2 der Zuführkanal 110 exzentrisch angeordnet. Der Transport der Stoffe 122 zu der beispielsweise als Mühle ausgebildeten Vorbehandlungsvorrichtung 120 erfolgt zum Beispiel mittels eines Förderbandes. Die Zuführvorrichtung 116 hat eine Schleuse 158, über die eine dosierte Zuführung der Stoffe 122 in den Zuführkanal 110 erfolgt.
Die Zuführung der Stoffe 126 erfolgt bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel über eine Stopfvorrichtung 160 mit einer Schnecke 162.
Der Regler 150 regelt die Geschwindigkeit der Schnecke 162 und/oder die Geschwindigkeit des Transportbands zur Zuführung der Stoffe 122 zu der Vorbehandlungsvorrichtung 120 und/oder die Rotationsgeschwindigkeit der Mühle der Vorbehandlungsvorrichtung 120 und/oder die Menge von pro Zeiteinheit über die Schleuse 158 quasi kontinuierlich in den Zuführkanals 110 zugeführten Stoffe 122. Die Regelung erfolgt dabei so, dass möglichst ein vorgegebenes Massen- oder Volumenverhältnis von Stoffen 122 zu Stoffen 126 eingehalten wird. In der hier betrachteten Ausführungsform entfallen die Brenner 134 für die Zone 132. Dieser Betriebsweise ist gleichwertig, wenn die Brenner 134 vorhanden und jedoch außer Betrieb sind.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors. Elemente der 3, die Elementen der 1 oder 2 entsprechen, sind wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Reaktor 100 der Ausführungsform der 3 ist als horizontaler, geschlossener Reaktor ausgebildet. Entsprechend verläuft der Zuführkanal 110 waagerecht. Je nach Füllstand des Reaktormaterials 154 in dem Reaktorbehälter 102 befindet sich der Zuführkanal 110 oberhalb des Reaktormaterials 154, so wie es in der 3 gezeigt ist, oder innerhalb des Reaktormaterials 154, wenn der Füllstand des Reaktormaterials 154 entsprechend hoch ist. In beiden Fällen findet ein stofflicher Austausch über die Austauschöffnungen 114 statt.
Die Zuführvorrichtung 116 ist bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel als Stößel ausgebildet. Die Vorbehandlungseinrichtung 120 weist einen Shredder zur Zerkleinerung der Stoffe 122 auf, bevor diese über die Zuführvorrichtung 116 in den Zuführkanal 110 gelangen.
Von einer externen Quelle 166 kann die Zone 136 mit einem Druck beaufschlagt werden, um die Stoffe 122 durch den Zuführkanal 110 zu befördern. Von der externen Quelle 166 können zusätzliche Stoffe zugeführt werden. Diese können von vorgeschalteten Prozessstufen (z. B. Trocknung, Phrasenabzug) oder nachgeschalteten Prozessstufen (z. B. Staubabscheidung, Gasreinigung, Dampferzeugung, Überschussgas) des Reaktors 100 geliefert werden und zu einem Stoff-, Temperatur- und/oder Druckaustausch mit oder ohne Antrieb von und zu dem Zuführkanal 110 und damit von und zu dem Reaktorbehälter 102 verwendet werden.
Der Reaktor 100 kann verfahrenstechnisch auch als eine Vorbehandlungsstufe verwendet werden, um die pyrolysierbaren und/oder vergasbaren Komponenten des Einsatzmaterials, das heißt der ersten und zweiten Stoffe 122, 126, ganz oder teilweise vor Eintritt in einen unmittelbar nachgeschalteten Hauptreaktor zu cracken. In dem Hauptreaktor wird das bereits thermisch vorbehandelte Einsatzmaterial beispielsweise einer abschließenden Hochtemperaturbehandlung unterzogen. Die thermische Vorbehandlung in dem Reaktor 100 vor der abschließenden Hochtemperaturbehandlung in dem Hauptreaktor ist insbesondere bei schwierigen Einsatzstoffen, wie Reststoffen aus der Erdölindustrie, der Elektrotechnik- und Elektronik, mit hohen Anteilen an höheren Kohlenwasserstoffen, Kohlenwasserstoffen mit Ringstrukturen, chlorierten Kohlenwasserstoffen und anderen Stoffen mit hohen molekularen Bindungskräften aber auch hohen Schadstoffpotenzialen vorteilhaft. Die thermische Vorbehandlung im Reaktor 100 ist vorteilhaft, da ein vollständiges Cracken der vorgenannten Stoffe im allgemeinen nicht in einer einzigen thermischen Behandlungsstufe erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

100: Schachtreaktor
102: Reaktorbehälter
104: Schacht
106: Reaktorzone
108: Brenner
110: Zuführkanal
112: Mündung
114: Austauschöffnungen
116: Zuführvorrichtung
118: Zellrad
120: Vorbehandlungsvorrichtung
122: Stoffen
124: Fördereinrichtung
126: Stoffe
128: Fördereinrichtung
130: Schüttvorrichtung
132: Zone
134: Brenner
136: Zone
138: Kurzschlussleitung
140: Ventil
142: Verbindungsleitung
144: Gasfördereinrichtung
146: Absperreinrichtung
148: Absperreinrichtung
150: Regler
152: Schüttung
154: Reaktormaterial
156: Austauschzone
158: Schleuse
160: Stopfvorrichtung
162: Schnecke
164: Verbindungsleitung
166: externe Quelle

Claims

Gleichstromreaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit – ersten Mitteln (128, 130; 160, 162) zur Zuführung von ersten Stoffen (126) in einen Reaktorbehälter (102), – zweiten Mitteln (116, 118; 158) zur Zuführung von zweiten Stoffen (122) in die Reaktorzone des Reaktorbehälters, wobei die zweiten Mittel einen Zuführkanal (110) aufweisen und der Zuführkanal zu einer Reaktorzone (106) hin geöffnet ist, wobei die Reaktorzone zur thermischen Behandlung der ersten und zweiten Stoffe vorgesehen ist, – Antriebsmitteln (138, 144; 166) zur Förderung des zweiten Stoffs durch den Zuführkanal, wobei die Antriebsmittel Mittel zum Aufbau eines Drucks in dem Zuführkanal aufweisen, – mit einer ersten Austauschzone (136) an einem ersten Ende des Zuführkanals zur Behandlung der zweiten Stoffe, wobei die erste Austauschzone zur Behandlung der zweiten Stoffe durch Druckbeaufschlagung von den Antriebsmitteln ausgebildet ist, wobei die erste Austauschzone in einem Kopfbereich des Reaktors angeordnet ist, – einer zweiten Austauschzone (132), die mit der ersten Austauschzone zu einem Stoff-, Temperatur- und Druckaustausch über die Antriebsmittel verbunden ist, wobei die zweite Austauschzone zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende des Zuführkanals angeordnet ist, – einem Brenner (134), der im Bereich der zweiten Austauschzone angeordnet ist, um der zweiten Austauschzone Verbrennungsgase zuzuführen, so dass die zweite Austauschzone einen Gaszuführraum bildet wobei die ersten Mittel so ausgebildet sind, dass sich durch die Zuführung der ersten Stoffe in dem Reaktorbehälter eine Schüttung (162) ausbildet, wobei die Wärmeleitfähigkeit einer Wandung des Zuführkanals in Längsrichtung des Zuführkanals veränderlich ist, wobei der Zuführkanal in seinem unteren Bereich eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als in seinem oberen Bereich.
Gleichstromreaktor nach Anspruch 1, mit – Mitteln (150) zur Erfassung einer Art und/oder Menge der von einem über die ersten Mitteln in den Reaktorbehälter zugeführten ersten Stoff, – Mitteln (150) zur Regelung der Zuführung eines zweiten Stoffs in Abhängigkeit von der Menge des ersten Stoffs.
Gleichstromreaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Mittel zur Zuführung von zweiten Stoffen eine Beschickungseinrichtung, ein Schleusensystem, insbesondere eine Doppelklappe, eine Zellradschleuse oder einen Stößel, aufweisen.
Gleichstromreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Antriebsmittel einen Stößel und/oder eine Fördereinrichtung aufweisen.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln (120) zur Vorbehandlung des zweiten Stoffs, um den zweiten Stoff vor Eintritt in den Zuführkanal zu konditionieren.
Gleichstromreaktor nach Anspruch 5, wobei die Mittel zur Vorbehandlung eine Schurre, einen Trichter, Hacker, Dampfkessel, Shredder, eine Mühle, Mischer und/oder ein Sieb oder dergleichen aufweisen.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit ein oder mehreren Öffnungen (114), die entlang des Zuführkanals angeordnet sind.
Gleichstromreaktor nach Anspruch 7, wobei die ein oder mehreren Öffnung (114) in dem Zuführkanal für einen Stofftransport des zweiten Stoffs aus dem Zuführkanal in den Reaktorbehälter, für einen Wärmetransport und/oder einen Druckausgleich zwischen dem zweiten Stoff in dem Zuführkanal und dem Reaktorbehälter ausgebildet sind.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zuführkanals eine Außen- und/oder Innenbeschichtung zur Verbesserung des Gleitverhaltens des ersten Stoffs und/oder des zweiten Stoffs entlang des Zuführkanals aufweist.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens ersten und zweiten Abschnitten, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zuführkanal in Abhängigkeit von der Lage der Reaktorzone (106) verstellbar ist.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Austauschzone zur Behandlung der zweiten Stoffe durch Reaktion, Erwärmung, Abkühlung, Inertisierung oder dergleichen ausgebildet ist.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Austauschzone zur Verbindung mit einem externen Aggregat (166) für einen Stoff-, Temperatur- und/oder Druckaustausch verbindbar ist.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Reaktorzone ein Vergasungs-, Pyrolysen- und/oder Thermolyse-Schritt erfolgt.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den ersten Stoffen um Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handelt.
Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den zweiten Stoffen um überwiegend oder vollständig feuchte, kleinstückige, staubförmige, toxische, krankheitserregende, flüssige und/oder gasförmige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle, handelt.
Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung in einem Gleichstromreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: – Zuführung eines ersten Stoffs (126) in einen Reaktorbehälter (102), so dass sich in dem Reaktorbehälter eine Schüttung (152) ausbildet, die im wesentlichen den ersten Stoff beinhaltet, – gesonderte Zuführung eines zweiten Stoffs (122) in den Reaktorbehälter über einen Zuführkanal (110), wobei die Menge des zweiten Stoffs von der Menge des zugeführten ersten Stoffs abhängt, und wobei der Zuführkanal eine Mündung (112) zu einer Reaktorzone (106) aufweist, aus der der zweite Stoff in die Reaktorzone gelangt, – Zuführung von Verbrennungsgas in den Gaszuführraum durch den Brenner (134), sodass über die Antriebsmittel die Druckbeaufschlagung erfolgt, – Durchführung eines Thermolyse-, Pyrolyse- und/oder Vergasungsschritts zur thermischen Abfallbehandlung des ersten und zweiten Stoffs in der Reaktorzone, wobei die thermische Abfallbehandlung bei einer Gleichstromführung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der zweite Stoff vor der Zuführung in den Zuführkanal konditioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei es sich bei dem ersten Stoff um Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oder dergleichen handelt.
Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei es sich bei dem zweiten Stoff um überwiegend oder vollständig feuchte, kleinstückige, staubförmige, toxische, krankheitserregende, flüssige und/oder gasförmige Stoffe, insbesondere Erdöl- und Raffinerieabfälle, handelt.
Anlage zur thermischen Abfallbehandlung – einem Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16 zur Verwendung als thermische Vorbehandlungsstufe und – einem dem Reaktor nachgeschaltetem Hauptreaktor.
Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung mit folgenden Schritten: – thermische Vorbehandlung von ersten und zweiten Stoffen nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, – nachfolgende Hochtemperaturbehandlung.