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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen.
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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.
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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 vorfenbarung 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.
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Aus der
DE 43 32 865 A1 und der
DE 43 27 633 A1 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.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung und ein verbessertes Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung zu schaffen.
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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.
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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.
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Im Unterschied zu üblichen Schachtreaktoren ist also der erfindungsgemäße Reaktor oben geschlossen. Da die Zuführung der Einsatzstoffe über eine gasdichte Vorrichtung erfolgt, 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. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Steilsignal 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.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor Eindüsungsmittel, 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 Eindüsungsmittel abgeben. Wenn also beispielsweise der Gasdruck in dem Behälter zu stark ansteigt, wird die Zuführung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen über die Eindüsungsmittel reduziert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an dem Reaktor obere Eindüsungsmittel und untere Eindüsungsmittel angeordnet. Die oberen Eindüsungsmittel befinden sich oberhalb eines Reduktionsabschnitts, während die unteren Eindüsungsmittel 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 Eindüsungsmittel reduziert.
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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 Eindüsungsmittel 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 Steilsignal 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.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Regelungsvorrichtung alternativ oder zusätzlich zur Abgabe eines Stellsignals an die Vorrichtung zur Zuführung von Einsatzstoffen ausgebildet. Wenn beispielsweise der Gasdruck in dem Behälter zu stark steigt, gibt die Regelungsvorrichtung an die Vorrichtung zur Zuführung der Einsatzstoffe ein Stellsignal ab, um die Zuführgeschwindigkeit der Einsatzstoffe pro Zeiteinheit zu reduzieren oder die Zuführung für eine bestimmte Zeit einzustellen.
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Von besonderem Vorteil der Regelung des Gasdrucks, beispielsweise über die Gaszuführmittel und/oder die Eindüsungsmittel 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.
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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.
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Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors,
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2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Regelungssystems für den Reaktor.
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Die 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise vergrößert sich der freie Schachtquerschnitt in diesem Übergangsbereich 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.
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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 Zweck 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.
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Die Gaszuführmittel können auch als Düsen, Wandungsöffnungen oder andere Vorrichtungen gestaltet sein, die die Zufuhr von Gas an den Schüttkegel 12 ermöglichen.
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Dazu mündet in dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel zumindest eine Brennkammer 14, die zumindest mit einem Brenner 15 bestückt ist, in den Gaszuführraum 13.
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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 Brennkammern oder Brenner eingesetzt werden, wenn dies für eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Schüttkegels wünschenswert ist.
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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.
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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.
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Unterhalb des Pyrolyseabschnitts 11 schließt sich ein Schmelz- und Überhitzungsabschnitt 16 an. Dieser weist eine Querschnittseinengung auf, aufgrund derer sich die Sinkgeschwindigkeit des Einsatzstoffmaterials verändert. Außerdem befinden sich im Schmelz- und Überhitzungsabschnitt 16 obere Eindüsungsmittel 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 Eindüsungsmittel 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 Eindüsungsmittel zugeführt werden. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel erfolgt mit Hilfe der oberen Eindüsungsmittel 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.
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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.
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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 1 nicht dargestellt) mit dem Gasabsaugungsraum 21 verbunden.
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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.
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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 Eindüsungsmittel 26 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel wiederum mehrere Sauerstofflanzen 18 aufweisen. Die unteren Eindüsungsmittel können so gestaltet und betrieben sein, wie das oben für die oberen Eindüsungsmittel 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.
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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.
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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.
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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.
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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 gasdicht verschlossen ist und dadurch, dass die Zuführung von Einsatzstoff 6 über die Vorrichtung 4 und/oder die Flüssigkeitseindüsung 30 druckdicht erfolgt.
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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.
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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.
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Die 2 zeigt ein Blockdiagramm eines entsprechenden Regelungssystems. Elemente der 2, die Elementen der 1 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 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.
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Der Regler 32 verwendet beispielsweise die Stopfschnecke 7, die Flüssigkeitseindüsung 30, den Brenner 15, die oberen Eindüsungsmittel 17, die unteren Eindüsungsmittel 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.
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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, proportionaldifferenzial und/oder proportional-differenzial-integral Regleralgorithmen implementieren.
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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. 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. 1) angeordneten Drucksensor 34 abgegebene Wert verwendet werden.
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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 Eindüsungsmittel, der Zuführung von Einsatzstoffen, insbesondere der Flüssigkeitseindüsung, und der Eindüsungsmittel ist dies die Gaszusammensetzung und die Temperaturen, die ebenfalls in verschiedenen Bereichen des Reaktors gemessen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schacht
- 2
- Verschluss
- 3
- Überdruckklappe
- 4
- Vorrichtung
- 5
- Trichter
- 6
- Einsatzstoff
- 7
- Stoffschnecke
- 8
- Schüttsäule
- 9
- Vortemperierungsabschnitt
- 10
- Wandlungshohlraum
- 11
- Pyrolyseabschnitt
- 12
- Schüttkegel
- 13
- Gaszuführraum
- 14
- Brennkammer
- 15
- Brenner
- 16
- Schmelz- und Überhitzungsabschnitt
- 17
- obere Eindüsungsmittel
- 18
- Sauerstofflanze
- 19
- heiße Zone
- 20
- Reduktionsabschnitt
- 21
- Gasabsaugraum
- 22
- Reduktionszone
- 25
- Herd
- 26
- untere Eindüsungsmittel
- 27
- Abstich
- 30
- Flüssigkeitseindüsung
- 32
- Regler
- 34
- Drucksensor
- 36
- Reaktorbehälter
- 38
- Prozessor
- 40
- Regelungsprogramm
- 42
- Fördereinrichtung