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WO2001061246A1 - Reaktor und verfahren zum vergasen und/oder schmelzen von stoffen - Google Patents

Reaktor und verfahren zum vergasen und/oder schmelzen von stoffen Download PDF

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WO2001061246A1
WO2001061246A1 PCT/EP2001/001581 EP0101581W WO0161246A1 WO 2001061246 A1 WO2001061246 A1 WO 2001061246A1 EP 0101581 W EP0101581 W EP 0101581W WO 0161246 A1 WO0161246 A1 WO 0161246A1
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WO
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reactor
gas
feed
gases
Prior art date
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PCT/EP2001/001581
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English (en)
French (fr)
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WO2001061246A8 (de
Inventor
Eckhardt Tischer
Frank Wuchert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Entwicklungszentrum fur Umwelttechnik Gruessing & Co KG GmbH
KSK-WT GmbH
Maschinen- und Stahlbau Roland Gruessing GmbH
Original Assignee
Entwicklungszentrum fur Umwelttechnik Gruessing & Co KG GmbH
KSK-WT GmbH
Maschinen- und Stahlbau Roland Gruessing GmbH
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Publication date
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Priority to JP2001560598A priority patent/JP4426150B2/ja
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    • F23G2900/50002—Burning with downwards directed draft through the waste mass

Definitions

  • the present invention relates to a reactor and a method for gasifying and / or melting substances.
  • the invention relates to the material and / or energy recovery of any waste, e.g. with predominantly organic components but also special waste.
  • the reactor according to the invention and the method are also suitable for gasifying and melting feedstocks of any composition or for energy generation through the use of organic substances.
  • a special task is to enable simple, inexpensive and environmentally friendly material and / or energy recovery of waste.
  • the aim is to increase the functional reliability of a corresponding reactor by largely avoiding the operational uncertainties associated with the recycle gas flow.
  • Another object of the invention is to significantly reduce the pollution in the excess gas to be extracted, so that the effort in a subsequent gas cleaning can be minimized.
  • the double injection of oxygen or fuel gas (gas mixtures) enables combustion on the one hand of the pyrolysis gases and, on the other hand, allows a sufficiently high temperature to be maintained in the lower reactor section so that the melts which collect there are kept liquid.
  • a reduction section is formed between the two injection means, through which all gases have to flow before suction and in which they are consequently largely reduced.
  • a preheating section is added to the feed section, in which the waste is pre-dried, for example, at temperatures around 100.degree.
  • the feedstocks can also be cooled in this section under certain circumstances if this is useful for the overall process.
  • An advantageous embodiment of the reactor is characterized in that the total length of the feed section and pre-tempering section is several times greater than the diameter of the feed section.
  • the pouring column in the feed and pre-tempering section acts as a plug which closes at the top and prevents large amounts of ambient air from being drawn into the reactor.
  • the reactor can be closed at its upper end by a lock, a double flap system or a similar device. This prevents the uncontrolled entry of ambient air and the escape of gases from the bed even better.
  • the reactor is expediently essentially cylindrical and the gas supply space and the gas extraction space are - D ⁇
  • This embodiment is particularly suitable for recycling predominantly organic feedstocks.
  • Other embodiments e.g. are more expedient for other feedstocks, can have non-cylindrical basic shapes and differently positioned and shaped means for gas extraction and supply.
  • the pyrolysis section of the reactor is also double-walled and a heat transfer medium is guided in the wall cavity.
  • the wall can be cooled thereby, which reduces the material stress, on the other hand, depending on the feedstock used and the resulting heat requirement, additional heat can be supplied to or derived from the bulkhead as required.
  • the process steps essential to the invention can advantageously be further developed by pre-drying the feed material by heating the pouring column above the level in which the shock-like heating takes place to about 100 ° C.
  • water components of the feedstock are largely evaporated, which also improves the desired automatic downward movement of the feedstock.
  • the negative pressure for extracting the excess gases can be regulated, the extraction being carried out in such a way that on the one hand no gas escapes from the top of the reactor and on the other hand only minimal amounts of additional ambient air are sucked in through the bulk column.
  • the aim of minimizing the amount of false air present in the reactor is to reduce the proportion of nitrogen oxides in the excess gas and also to keep the total amount of gas small in order to make the subsequent gas economy simple.
  • the single figure shows a simplified sectional view of a reactor according to the invention.
  • a preferred embodiment of a reactor is described below with reference to FIG. 1.
  • the process steps that occur in the treatment of waste with organic constituents as starting materials in this reactor are also given.
  • the implementation of the method according to the invention is not necessarily linked to the reactor explained, but can also be carried out using modified systems, if necessary.
  • Input materials may be useful modifications of the reactor and / or the process (eg flexible arrangement and design of the technical design of the gas supply and discharge, the heating or cooling of the reactor jacket or the like).
  • different feedstocks can also be combined, for example by adding feedstocks with a higher energy value (e.g. organic waste, contaminated waste wood or the like) when gasifying / melting non-organic feedstocks.
  • the reactor shown in the figure has at its upper end a feed section 1 with at least one feed opening 2, through which the feedstock to be used in terms of material and / or energy is fed.
  • the proportion of organic constituents predominates with this feed material, so that the reactor and the process described are particularly suitable for the treatment of normal household garbage and commercial garbage.
  • combustible constituents of certain feedstock compositions are not high enough to carry out the combustion and gasification processes, combustible additives or energy sources can be added to the feedstock. It is possible to add a certain amount of coke in a conventional manner or to increase the total calorific value by adding wood. Under certain circumstances, it can also be useful to add other additives, for example to influence the pH that is set. Such measures are known to the person skilled in the art 3, however, so that a detailed description is not given here.
  • the feedstock and possibly the aggregates are fed into the feed opening 2 via a suitable delivery device 3 Reactor introduced.
  • a pillar 4 is thus formed.
  • the height of the pouring column 4 is monitored using fill level measuring devices which are not specifically designated. This bed height is to be kept between a minimum and a maximum level. The minimum level is chosen so that the pouring column 4 acts in the upper section of the reactor as a barrier layer, which prevents larger amounts of ambient air from entering the reactor.
  • the pre-tempering section 5 serves to pre-dry the starting materials.
  • the feed section and the pre-tempering section are advantageously cylindrical or conical with a slight increase in cross-section downwards.
  • the pre-tempering section 5 has a double wall, wherein a wall cavity 6 is formed, in which a heat transfer medium is guided. With the help of the heat transfer medium, heat can be supplied to the bulkhead in the region of the double-walled predrying section 5, so that the feed material is preheated or predried. Possibly. the wall cavity can be omitted and the heat can be supplied directly from the hotter zones of the reactor, for example by conduction.
  • the heat supply is dimensioned in such a way that the adherence of certain ingredients to the wall is largely excluded.
  • water components can be removed by the pre-drying, so that they do not additionally burden the further gasification process.
  • the pouring column 4 can be tempered to approximately 100 ° C.
  • the pre-tempering section may be omitted entirely if predrying is due to the composition of the Feed material is not required, or the pre-tempering section is used in special cases to cool the feed materials.
  • a pyrolysis section 8 adjoins below the pre-tempering section 5, the cross-section widening abruptly at the transition between the pre-tempering section (or the feed section if the pre-tempering section is omitted) and the pyrolysis section.
  • the free shaft cross section in this transition region is preferably increased by at least twice, which on the one hand reduces the sinking speed of the feed materials and on the other hand forms a pouring cone 9.
  • the pouring cone 9 is fed centrally from the pouring column 4 in the predrying section. At the edge areas the cone flattens out, so that a free space is created there.
  • gas supply means 10 which in the example shown is designed as an annular gas supply space 10 which is opened approximately in the plane of the cross-sectional expansion in the pyrolysis section 8.
  • the purpose of the gas supply space 10 is to bring hot gases to the pouring cone 9.
  • the gas supply means can also be designed as nozzles, wall openings or other devices which enable the supply of hot gases to the pouring column.
  • the burner 12 generates the required hot gas, which is preferably brought tangentially to the debris cone 9 via the combustion chambers and the gas supply space ,
  • multiple combustion chambers or multiple burners can be used if this is for one heating the cone as evenly as possible is desirable.
  • the combustion in burner 12 is expediently carried out with a lack of oxygen, so that an inert combustion gas with temperatures of approximately 1000 ° C. is provided by an almost stoichiometric combustion.
  • the burner will need foreign fuels that are not obtained directly from the reactor.
  • natural gas, oil, the excess gas generated and temporarily stored by a previous gasification process, gas mixture, liquid-gas mixture, dust-gas mixture or other media that are suitable from an energy point of view are used.
  • the burner 12 can also be operated with a possibly previously cleaned excess gas.
  • the feed material present in the cone area is heated in a shock-like manner.
  • the very rapid heating of the material to temperatures between 800 ° C and 1000 ° C causes this material to dry very quickly, avoiding sticking and sticking to the wall. Rather, there is at least some conglomeration of the starting materials.
  • the expulsion of pyrolysis products is already started in this upper section of the reactor. Since the gas supplied is largely inert, these pyrolysis products are only incinerated to a small extent, insofar as air can be sucked in through the pouring column 4 piled above the pouring cone or carried along by the feed material.
  • the feed material then drops further down in the pyrolysis section 8, the pyrolysis being continued, among other things. also with the materials in the center, which are also heated by heat transfer.
  • the wall of the pyrolysis section is preferably heat-insulated and / or double-walled, so that, if necessary, a heat transfer medium can also be guided in the wall cavity formed.
  • the heat insulation or the additional supply of heat with the aid of the heat transfer medium are dimensioned such that the starting materials have a temperature of preferably above 500 ° C. in the lower region of the pyrolysis section 8. The temperature required at this point can be specifically controlled depending on the special feed materials.
  • a melting and superheating section 14 follows below the pyrolysis section 8. This has a cross-sectional constriction on the basis of which the sinking rate of the feed material changes. In the example of the treatment of predominantly organic waste, the cross-section is narrowed by at least 10%, which is generated, for example, by conically drawing in the corresponding shaft part at an angle of approximately 60 ° to the horizontal.
  • upper injection means 15 which in the example shown are formed by a plurality of oxygen lances 16 distributed around the circumference. In order to protect the oxygen lances 16 from overheating, they are water-cooled, for example.
  • nozzles, burners or the like are used as the upper injection means, via which various fuel gases or gas compositions can be supplied in a controlled manner, with the aim of setting the temperature in the melting and superheating zone to a desired value. If the supply of oxygen is not sufficient for this (if, for example, no feedstocks with a sufficiently high energy value are available at this position for a short time), foreign combustion gases or excess gases obtained from the reactor can also be supplied via the injection means. In the specific example, with the aid of the upper injection means 15, the targeted and metered addition of oxygen takes place immediately below the level of the cross-sectional constriction. As a result, a hot zone 17 is formed in the region of the melting and superheating section 14, in which temperatures of from 1500 ° C. to 2000 ° C. preferably prevail, but which must be adapted to the respective feed material.
  • the (inert) combustion gases supplied via the gas supply space 10 and the pyrolysis gases formed in the pyrolysis section 8 are sucked through this hot zone 17.
  • the supply of oxygen in the hot zone is controlled in such a way that combustion takes place in the absence of oxygen, which ultimately leads to a further increase in temperature and to the extensive coking of the residues of the feedstock.
  • the temperature m of the hot zone 17 is set so that slag-forming mineral constituents and metallic constituents are melted in this zone, a certain proportion of pollutants contained in the insert material (eg heavy metals) being dissolved in these melts.
  • the molten metal and the slag melt then drip down.
  • the largely coked residues also continue to decline.
  • a reduction section 20 is then formed below the melting and superheating section 14, in which the coked residues sink further down with a sufficient dwell time.
  • the reduction section 20 comprises a gas extraction space 21, via which excess gases are extracted. All extracted gases must therefore flow through both the hot zone 17 and a reduction zone 22 formed below it by the coked residues.
  • the gases are reduced with the help of the carbon present there. In particular, there is a conversion of carbon dioxide into carbon monoxide, the carbon still contained in the bed being used up in particular and thus being further gasified.
  • the gases are also cooled so that they can be extracted at a technically manageable temperature, preferably about 800 ° C. to 1000 ° C.
  • the extracted excess gases are fed to subsequent (not shown) cooling and / or cleaning stages and a suitable conveying device (compressor or blower).
  • a suitable conveying device compressor or blower.
  • a partial flow of approximately 10% to 20% can be supplied as the own gas to the above-mentioned burner 12 and / or the injection means, the cooling / cleaning for this partial flow being able to be kept to a minimum.
  • the gas extraction chamber 21 is in turn advantageously (but not necessarily) designed in a ring shape, with a connected conveyor device serving to extract the gases.
  • a fireproof-lined stove 25 connects below the gas extraction chamber 21. The metal melts and the slag melts are collected in the hearth 25.
  • lower injection means 26 are provided immediately above the melts and below the gas extraction chamber 21, which in turn have a plurality of oxygen lances 16 (possibly water-cooled) in the example shown.
  • the lower injection means can alternatively be designed and operated, as was explained above for the upper injection means 15.
  • a temperature for the melts is set which is sufficiently high to keep the melts liquid and, after appropriate collection, to be able to discharge them from the reactor via a tap 27. For example, temperatures of about 1500 ° C are appropriate.
  • the distribution of the total amount of oxygen / fuel gas supplied to the combustion chamber 11, the upper injection means 15 and the lower injection means 26 is to be optimized depending on the feed used and on the other process parameters, with the aim of largely utilizing the feed and minimizing the amount of pollutants in the residues.
  • an oxygen-air mixture or an oxygen-fuel gas mixture can be supplied instead of oxygen, for example for reasons of cost reduction.
  • temperature values given by way of example have to be adapted depending on the feed materials to be processed and the desired process speed.
  • the feedstocks may need to be mechanically comminuted before being introduced into the reactor to prevent clogging avoid.
  • certain additives may be required to stabilize the calorific value and to increase the yield of excess gas as well as to improve slag formation, basicity and the slag flow.
  • liquids are also to be converted in the reactor, these can advantageously be supplied via a liquid injection 30 which opens into the gas supply space 10 or is combined with other gas supply means.
  • Water, water vapor or other liquids intended for disposal can be introduced via the liquid injection 30, whereby in addition to the desired disposal, it is also possible to regulate the temperature of the inert combustion gases, the pyrolysis process and / or the composition and the temperature of the excess gases.
  • the dust feed 31 is preferably a metering tube which is guided centrally in the feed section 1 and in the preheating section 5 and which ends in the vicinity of the cone 9. The dusts are therefore transported directly in the vicinity of the shock-like heating of the feed materials, so that when they emerge from the metering tube they are immediately exposed to a high temperature effect, which causes combustion or gasification, without causing deflagrations or the like.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vergasen und/oder Schmelzen von Einsatzstoffen, umfassend: einen Zuführabschnitt (1), über den die Einsatzstoffe eingebracht werden; einen Pyrolyseabschnitt (8), der sich unter Schaffung einer Querschnittserweiterung an den vorangehenden Abschnitt anschliesst; Gaszuführmittel (10), die etwa in der Ebene der Querschnittserweiterung in den Pyrolyseabschnitt (8) münden und über welche heisse Gase an einen Schüttkegel (9) zugeführt werden; einen Schmelz- und Überhitzungsabschnitt (14), der sich an den Pyrolyseabschnitt (8) anschliesst; obere Eindüsungsmittel (15), über die ein energiereiches Medium in den Schmelz- und Überhitzungsabschnitt (14) eingebracht wird; einen Reduktionsabschnitt (20), der Gasabsaugmittel (21) umfasst, über welche Überschussgase abgesaugt werden; einen Herd (25) unterhalb des Reduktionsabschnitts (20), zur Sammlung und Ableitung von Metallschmelzen und Schlackeschmelzen; und untere Eindüsungsmittel (26), über die unmittelbar oberhalb der Schmelzen und unterhalb der Gasabsaugmittel (26), über die unmittelbar oberhalb der Schmelzen und unterhalb der Gasabsaugmittel (21) ein energiereiches Medium zugeführt wird.

Description

Reaktor und Verfahren zum Vergasen und/oder Schmelzen von Stoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen und/oder Schmelzen von Stoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung die stoffliche und/oder energetische Verwertung von beliebigen Abfällen, z.B. mit vorwiegend organischen Bestandteilen aber auch von Sonderabfällen. Der erfindungsgemäße Reaktor und das Verfahren eignen sich aber auch zum Vergasen und Schmelzen von Einsatzstoffen beliebiger Zusammensetzung oder auch zur Energiegewinnung durch Einsatz von organischen Stoffen.
Seit geraumer Zeit werden Lösungen zur thermischen Entsorgung verschiedenartiger Abfälle und sonstiger Stoffe gesucht. Neben Verbrennungsverfahren sind verschiedene Vergasungsverfahren bekannt, die vor allem darauf abzielen, zu Ergebnissen mit einer geringeren Schadstoffbelastung der Umwelt zu gelan- gen und den Aufwand der Behandlung der Einsatzstoffe aber auch der im Prozeß entstehenden Gase zu reduzieren. Die bekannten Verfahren sind jedoch durch eine aufwendige und nur schwer zu beherrschende Technologie, sowie damit im Zusammenhang stehende hohe Entsorgungskosten für den zu behandelnden Einsatzstoff bzw. den Abfall gekennzeichnet.
In der DE 43 17 145 Cl ist ein auf dem Prinzip der Entgasung basierendes Verfahren zu Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter Abfallmaterialien beschrieben. Gemäß dem angegebe- nen Verfahren sollen entstehende staubhaltige Gase als Kreislaufgas vollständig abgezogen werden und nachfolgend in der Schmelz- und Überhitzungszone mit Sauerstoff verbrannt werden. Diese Kreislaufgasführung und die weiterhin beschrie- bene Absaugung des Überschußgases zwischen der Kreislaufgas- absaugungsöffnung und der Schmelz- und Überhitzungszone führt jedoch, wie Versuche gezeigt haben, nicht zu dem angestrebten Ziel, ein mit nur wenigen Schadstoffen belastetes Überschuß- gas zu erhalten. Wenn der ebenfalls in dieser Druckschrift angegebene Kreislaufgas-Kupolofen zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, ist u.a. die Schadstoffbelastung des Überschußgases so groß, daß die dadurch notwendige Gaswirtschaft zur Reinigung des Überschußgases derart aufwen- dig wird, daß eine wirtschaftliche Entsorgung entsprechender Abfallmaterialien nicht mehr möglich ist.
In der DE 196 40 497 C2 ist ein koksbeheizter Kreislaufgas- Kupolofen zur Verwertung von Abfallmaterialien beschrieben. Dieser Kreislaufgas-Kupolofen zeichnet sich dadurch aus, daß unterhalb des Begichtungstrichters ein zusätzlicher Gasabzug angeordnet ist. Die an dieser Stelle abgezogenen Pyrolysegase werden über eine Kreislaufgasführung im unteren Ofenabschnitt wieder zugeführt, um dort eine Verbrennung der Gase zu bewir- ken. Da die Abzugszone für die Überschußgase oberhalb der heißen Zone angeordnet ist, werden nicht nur Überschußgase sondern auch ein großer Anteil von Pyrolysegasen abgesaugt, wodurch in dem Gasgemisch u.a. schwierig zu entfernende Kohlenwasserstoffe enthalten sind. Damit wird die nachfol- gende Gaswirtschaft äußerst aufwendig und die Umweltbelastung nimmt zu.
Die DE 198 16 864 AI zeigt demgegenüber einen koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolofen, bei welchem die Überschußgasabsaugung unterhalb der Schmelz- und Überhitzungszone angeordnet ist. Zwar kann damit die Qualität der Überschußgase erhöht werden, da die abgesaugten Gase beim Durchströmen der Überhitzungszone weitgehend reduziert werden, jedoch führt die räumliche Nähe der Überhitzungszone zu sehr heißen Überschußgasen, die nachfolgend aufwendig gekühlt werden müssen. Problematisch ist auch, daß es durch die gewählte Anordnung zu Ansinterun- gen von Schlacken und Stäuben in Folgebauteilen des nachge- schalteten Gasweges kommt. Andererseits sind die Temperaturen im Herdbereich unterhalb der Gasabsaugung nicht mehr ausreichend hoch, um die dort vorhandenen Metallschmelzen und Schlackeschmelzen unter verschiedenen Einsatzbedingungen flüssig zu halten. Der notwendige Abstich wird dadurch gestört oder vollständig unmöglich gemacht.
Den aus dem oben genannten Stand der Technik bekannten Lösungen liegt immer das Grundprinzip der Kreislaufgasführung für einen Teilstrom der gebildeten Gase zugrunde, wobei die Gase im oberen Bereich des Ofens abgesaugt und im unteren Bereich wieder zugeführt werden. Die Fachwelt ging bislang davon aus, daß diese Gasführung auch zur Erwärmung der Schüttsäule unter Nutzung des Gegenstromprinzips notwendig ist. Das Kreislaufgasprinzip bring jedoch u.a. die folgenden Nachteile mit sich: Die im Schachtofen aufsteigenden Gase kühlen sich in der Schüttsäule ab, so daß Kondensationserscheinungen von Pyrolyseprodukten in den Gasabsaugbereichen, in den Kreislaufgasleitungen und in den zur Wiederzuführung der Kreislaufgase benötigten Gasstrahlverdichtern führen, wodurch die Funktion des Kreislaufgasofens gestört wird. Bei der Kreislaufgasabsaugung gemäß dem Stand der Technik werden zwangsläufig auch Stäube und kleinere Abfallpartikel abgesaugt, die mit den kondensierten Pyrolyseprodukten innerhalb der gesamten Kreislaufgasführung zu schwer entfernbaren Ablagerungen führen. Weiterhin kann die Schüttsäule durch das aufsteigende Kreislaufgas nur relativ langsam erwärmt werden, so daß es insbesondere bei der Vergasung von Abfällen mit höheren Anteilen von Kunststoffen zu Anklebungen und Anhaftungen der Abfallteile an der Wandung des Schachtes kommt, die letztlich zu vollständigen Verstopfungen des Ofens führen können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen verbesserten Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen und Schmelzen von Einsatzstoffen bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden. Eine spezielle Aufgabe besteht darin, die einfache, preiswerte und umweltgerechte stoffliche und/oder energetische Verwertung von Abfäl- len zu ermöglichen. Insbesondere wird angestrebt, die Funktionssicherheit eines entsprechenden Reaktors zu erhöhen, indem die mit der Kreislaufgasführung einhergehenden Betriebsunsicherheiten weitgehend vermieden werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schadstoff- belastung in dem abzusaugenden Überschußgas deutlich zu vermindern, damit der Aufwand in einer nachfolgenden Gasreinigung minimiert werden kann.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den im Anspruch 1 angegebenen Reaktor gelöst. Erfindungsgemäß wird der im Stand der Technik seit längerer Zeit verfolgte Ansatz des Kreislaufgasverfahrens verlassen und statt dessen kommt als Reaktor ein Schachtofen zum Einsatz, der nach dem Gleichstromprinzip arbeitet. Durch vollständigen Verzicht auf die herkömmliche Kreislaufgasführung werden alle damit im Zusammenhang stehenden Probleme der Kondensation von Pyrolyseprodukten und der Entstehung unerwünschter Ablagerungen vollständig vermieden. Weiterhin erfolgt bereits im oberen Teil des Reaktors eine teilweise Konglomeration der Einsatzstoffe, aufgrund der schockartigen Erhitzung der Schüttsäule, so daß Anhaftungen an der Innenwand des Reaktors weitgehend ausgeschlossen sind. Die doppelte Eindüsung von Sauerstoff oder Brenngas (Gasgemischen) ermöglicht einerseits die Verbrennung der Pyrolysegase und gestattet andererseits im unteren Reaktorabschnitt die Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen Temperatur, so daß die sich dort sammelnden Schmelzen flüssig gehalten werden. Zwischen den beiden Eindüsungsmitteln bildet sich ein Reduktionsabschnitt aus, durch welchen alle Gase vor der Absaugung strömen müssen und in dem sie folglich weitgehend reduziert werden.
Bei einer Ausführungsform, die sich insbesondere zur Verga- sung von Abfällen eignet, fügt sich an den Zuführabschnitt ein Vortemperierungsabschnitt an, in welchem die Abfälle beispielsweise bei Temperaturen um 100 °C vorgetrocknet werden. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann in diesem Abschnitt unter Umständen auch eine Kühlung der Einsatzstoffe erfolgen, wenn dies für den Gesamtprozeß nützlich ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Reaktors zeichnet sich dadurch aus, daß die Gesamtlänge von Zuführabschnitt und Vortemperierungsabschnitt mehrfach größer als der Durchmesser des Zuführabschnitts ist. Durch diese Gestaltung wirkt die Schüttsäule im Zuführ- und Vortemperierungsabschnitt als ein nach oben abschließender Pfropfen, der die Ansaugung zu großer Anteile von Umgebungsluft in den Reaktor verhindert.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Reaktor an seinem oberen Ende durch eine Schleuse, ein Doppelklappensystem oder eine ähnliche Einrichtung abgeschlossen werden. Damit wird der unkontrollierte Eintritt von Umgebungsluft und der Austritt von Gasen aus der Schüttung noch besser vermie- den.
Zweckmäßigerweise ist der Reaktor im wesentlichen zylindrisch aufgebaut und der Gaszuführraum und der Gasabsaugraum sind - D ~
ringförmig ausgestaltet, so daß die Gaszuführung und die Gasabsaugung jeweils am gesamten Umfang der Schüttsäule erfolgen. Diese Ausführungsform eignet sich speziell zur Verwertung von vorwiegend organischen Einsatzstoffen. Andere Ausführungsformen, die z.B. für andere Einsatzstoffe zweckmäßiger sind, können nicht-zylindrische Grundformen und anders positionierte und geformte Mittel zur Gasabsaugung und -Zuführung besitzen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn auch der Pyrolyseabschnitt des Reaktors doppelwandig ausgebildet ist und im Wandungshohlraum ein Wärmeübertragungsmedium geführt ist. Einerseits kann dadurch die Wandung gekühlt werden, wodurch die Materialbeanspruchung verringert wird, andererseits kann je nach eingesetztem Einsatzstoff und dem sich daraus ergebenden Wärmebedarf der Schüttsäule bei Bedarf zusätzliche Wärme zugeführt oder von dieser Wärme abgeleitet werden.
Die o.g. Aufgaben der Erfindung werden auch durch das im Anspruch 12 angegebene Verfahren zum Vergasen und/oder Schmelzen von Einsatzstoffen gelöst, welches sich u.a. vorteilhaft zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfällen und sonstigen Einsatzstoffen eignet.
Die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte können vorteilhaft weitergebildet werden, indem eine Vortrocknung des Einsatzstoffs durch Erwärmung der Schüttsäule oberhalb der Ebene, in welcher die schockartige Erhitzung erfolgt, auf etwa 100°C vorgenommen wird. Dabei werden Wasseranteile des Einsatzstoffs weitgehend ausgedampft, wodurch auch die gewünschte selbsttätige Abwärtsbewegung der Einsatzmasse verbessert wird. Bei einer abgewandelten Verfahrensvariante erfolgt keine Vortrocknung der Einsatzstoffe oder auch eine Kühlung der Einsatzstoffe, wobei letzteres zweckdienlich sein kann, um bei heißen Ausgangsmaterialien ein Anhaften an der Wandung des Zuführabschnitts zu vermeiden.
Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Unterdruck zur Absaugung der Überschußgase regelbar ist, wobei die Absaugung so erfolgen soll, daß einerseits kein Gas nach oben aus dem Reaktor entweicht und andererseits nur minimale Mengen zusätzlicher Umgebungsluft durch die Schüttsäule ange- saugt werden. Die Minimierung der Menge der im Reaktor vorhandenen Falschluft hat zum Ziel, den Anteil der Stickoxyde im Überschußgas zu reduzieren und auch die Gesamtgasmenge klein zu halten, um die nachfolgende Gaswirtschaft einfach gestalten zu können.
Weitere Vorteilen, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Reaktors.
Nachfolgend wird anhand der Figur 1 eine bevorzugte Ausfüh- rungsform eines Reaktors beschrieben. Im Zusammenhang mit der Erläuterung der Einzelheiten des Reaktors werden auch die Verfahrensschritte angegeben, die bei der Behandlung von Abfällen mit organischen Bestandteilen als Einsatzstoffe in diesem Reaktor ablaufen. Wie aus den angefügten Patentansprü- chen erkennbar ist, ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch nicht zwingend an den erläuterten Reaktor gebunden, sondern kann ggf. auch unter Einsatz veränderter Anlagen ausgeführt werden. Bei der Verwendung anderer Einsatzstoffe könne Abwandlungen des Reaktors und/oder des Verfahrens zweckdienlich sind (z.B. flexible Anordnung und Gestaltung der technischen Ausfuhrung der Gaszu- und -abfuhrung, der Erwärmung oder Kühlung des Reaktormantels o.a.). Generell können auch verschiedene Einsatzstoffe kombiniert werden, beispielsweise durch Zusatz von Einsatzstoffen mit höherem Energiewert (z.B. organische Abfalle, belastetes Altholz o.dgl.) beim Vergasen/Schmelzen von nicht-organischen Einsatzstoffen.
Der in der Figur dargestellte Reaktor besitzt an seinem oberen Ende einen Zufuhrabschnitt 1 mit wenigstens einer Zufuhroffnung 2, über welche der stofflich und/oder energetisch zu verwertende Einsatzstoff zugeführt wird. Vorzugs- weise überwiegt bei diesem Einsatzstoff der Anteil der organischen Bestandteile, so daß sich der Reaktor und das beschriebene Verfahren vor allem zur Behandlung von üblichem Hausmull und hausmullahnlichen Gewerbeabfallen eignet. Sofern bei bestimmten EinsatzstoffZusammensetzungen die brennbaren Bestandteile nicht ausreichend hoch s nd, um die Verbren- nungs- und Vergasungsprozesse durchzufuhren, können dem Einsatzstoff brennbare Zuschlagsstoffe bzw. Energieträger zugesetzt werden. Dabei ist es möglich, in herkömmlicher Weise eine bestimmte Menge Koks zuzusetzen oder den Gesa t- brennwert durch Zusatz von Holz zu erhohen. Unter Umstanden kann es auch nützlich sein, andere Zuschlagsstoffe hinzuzufügen, um beispielsweise den sich einstellenden pH-Wert zu beeinflussen. Derartige Maßnahmen sind dem Fachmann 3edoch bekannt, so daß auf eine detaillierte Darstellung an dieser Stelle verzichtet wird.
über eine geeignete Fordereinrichtung 3 wird der Einsatzstoff und ggf. die Zuschlagsstoffe über die Zufuhroffnung 2 in den Reaktor eingebracht. Damit bildet sich eine Schüttsäule 4 aus. Mit nicht gesondert bezeichneten Füllstandsmeßgeräten wird die Höhe der Schüttsäule 4 überwacht. Diese Schütthöhe ist zwischen einem minimalen und einem maximalen Pegel zu halten. Der minimale Pegel wird so gewählt, daß die Schüttsäule 4 im oberen Abschnitt des Reaktors als Sperrschicht wirkt, die das Eindringen größerer Mengen von Umgebungsluft in den Reaktor verhindert.
An den Zuführabschnitt 1 schließt sich unten ein Vortemperierungsabschnitt 5 an, der im gezeigten Beispiel der Vortrocknung der Einsatzstoffe dient. Der Zuführabschnitt und der Vortemperierungsabschnitt sind vorteilhaft zylindrisch oder konisch mit leichter Querschnittszunahme nach unten gestal- tet. Der Vortemperierungsabschnitt 5 besitzt eine doppelte Wandung, wobei ein Wandungshohlraum 6 ausgebildet ist, in welchem ein Wärmeübertragungsmedium geführt wird. Mit Hilfe des Wärmeübertragungsmediums kann der Schüttsäule im Bereich des doppelwandig ausgelegten Vortrocknungsabschnitts 5 Wärme zugeführt werden, so daß der Einsatzstoff vorgewärmt bzw. vorgetrocknet wird. Ggf. kann der Wandungshohlraum entfallen und die Wärmezufuhr beispielsweise durch Wärmeleitung unmittelbar von den heißeren Zonen des Reaktors erfolgen. Die Wärmezufuhr wird so dimensioniert, daß ein Anhaften bestimm- ter Einsatzstoffanteile an der Wandung weitgehend ausgeschlossen ist. Außerdem können durch die Vortrocknung Wasserbestandteile ausgetragen werden, so daß diese den weiteren Vergasungsprozeß nicht zusätzlich belasten. Im Vortemperierungsabschnitt 5 kann die Schüttsäule 4 etwa auf 100°C tempe- riert werden.
Der Vortemperierungsabschnitt kann ggf. gänzlich entfallen, wenn eine Vortrocknung aufgrund der Zusammensetzung des Einsatzstoffs nicht erforderlich ist, oder der Vortemperierungsabschnitt wird in besonderen Fällen zur Kühlung der Einsatzstoffe verwendet.
Unterhalb des Vortemperierungsabschnitt 5 schließt sich ein Pyrolyseabschnitt 8 an, wobei es beim Übergang zwischen Vortemperierungsabschnitt (bzw. dem Zuführabschnitt, wenn der Vortemperierungsabschnitt entfällt) und Pyrolyseabschnitt zu einer sprunghaften Querschnittserweiterung kommt. Vorzugs- weise vergrößert sich der freie Schachtquerschnitt in diesem Übergangsbereich mindestens um das Doppelte, wodurch einerseits die Sinkgeschwindigkeit der Einsatzstoffe reduziert wird und andererseits ein Schüttkegel 9 ausgebildet wird. Der Schüttkegel 9 wird zentral von der Schüttsäule 4 im Vortrock- nungsabschnitt gespeist. An den Randbereichen flacht der Schüttkegel ab, so daß dort ein freier Raum entsteht. In diesem oberen Randbereich des Pyrolyseabschnitts 8 befinden sich Gaszuführmittel 10, die im dargestellten Beispiel als ein ringförmiger Gaszuführraum 10 ausgestaltet ist, der etwa in der Ebene der Querschnittserweiterung in den Pyrolyseabschnitt 8 geöffnet ist. Der Zweck des Gaszuführraums 10 besteht darin, heiße Gase an den Schüttkegel 9 heranzuführen. Die Gaszuführmittel können auch als Düsen, Wandungsöffnungen oder andere Vorrichtungen gestaltet sein, die die Zufuhr heißer Gase an die Schüttsäule ermöglichen. Dazu mündet im gezeigten Beispiel zumindest eine Brennkammer 11, die zumindest mit einem Brenner 12 bestückt ist, in den Gaszuführraum 10. Der Brenner 12 erzeugt das benötigte heiße Gas, welches vorzugsweise tangential über die Brennkammern und den Gaszu- führraum an den Schuttkegel 9 herangeführt wird. Bei abgewandelten Ausführungsformen können mehrere Brennkammern oder mehrere Brenner eingesetzt werden, wenn dies für eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Schüttkegels wünschenswert ist.
Die Verbrennung im Brenner 12 erfolgt zweckmäßig unter Sauer- Stoffmangel, so daß durch eine nahezu stöchiometrische Verbrennung ein inertes Verbrennungsgas mit Temperaturen von etwa 1000 °C bereitgestellt wird. Zumindest im Anfahrbetrieb wird der Brenner Fremdbrennstoffe benötigen, die nicht unmittelbar aus dem Reaktor gewonnen werden. Beispielsweise kommen Erdgas, Öl, das von einem vorangegangenen Vergasungsverfahren erzeugte und zwischengespeicherte Überschußgas, Gasgemisch, Flüssigkeits-Gasgemisch, Staub-Gasgemisch oder andere unter energetischen Aspekten geeignete Medien zum Einsatz. Sobald der Reaktor seinen im weiteren beschriebenen Betriebszustand eingenommen hat, kann der Brenner 12 auch mit einem ggf. vorher gereinigten Überschußgas betrieben werden. Durch die Zufuhr des Verbrennungsgases, welches bei geeigneter Regelung weitgehend aus Kohlendioxid und Wasserdampf besteht, wird der im Schüttkegelbereich vorhandene Einsatzstoff schockartig erhitzt. Die sehr schnelle Erwärmung des Materials auf Temperaturen zwischen 800°C und 1000°C bewirkt ein sehr schnelles Trocknen dieses Materials, wodurch ein Verkleben und Anhaften an der Wandung vermieden wird. Vielmehr kommt es zumindest teilweise zu einer Konglomeration der Einsatzstoffe. Außerdem wird bereits in diesem oberen Abschnitt des Reaktors das Austreiben von Pyrolyseprodukten in Gang gesetzt. Da das zugeführte Gas weitgehend inert ist, werden diese Pyrolyseprodukte nur in geringem Maße einer Verbrennung zugeführt, soweit Luft durch die oberhalb des Schüttkegels aufgetürmte Schüttsäule 4 eingesaugt werden kann bzw. vom Einsatzmaterial mitgeführt wird. Durch die schnelle und starke Erhitzung der Einsatzstoffe werden außerdem feine Stäube und kleinere Partikel schnell vergast oder verbrannt, so daß die bisher im Stand der Technik entstehenden Probleme bei der Staubbehandlung vermieden werden. Vielmehr können den Einsatzstoffen in bestimmen Relationen jetzt Staube und Femanteile gezielt zugesetzt werden.
Das Einsatzmaterial sinkt dann im Pyrolyseabschnitt 8 weiter nach unten wobei die Pyrolyse fortgesetzt wird, u.a. auch bei den im Zentrum geführten Materialien, die durch Wärmeübertragung ebenfalls erwärmt werden. Die Wandung des Pyrolyseab- Schnitts ist vorzugsweise warmeisoliert und/oder doppelwandig ausgebildet, so daß bei Bedarf in dem ausgebildeten Wandungshohlraum ebenfalls ein Warmeubertragungsmedium gefuhrt werden kann. Die Warmeisolation bzw. die zusätzliche Wärmezufuhr mit Hilfe des Warmeubertragungsmediums werden so dimensioniert, daß die Einsatzstoffe im unteren Bereich des Pyrolyseabschnitts 8 eine Temperatur von vorzugsweise über 500°C aufweisen. Die an diese Stelle gewünschte Temperatur kann in Abhängigkeit von den speziellen Einsatzmaterialien gezielt geregelt werden.
Unterhalb des Pyrolyseabschnitts 8 schließt sich ein Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt 14 an. Dieser weist eine Quer- schnittseinengung auf, aufgrund derer sich die Sinkgeschwindigkeit des Einsatzstoffmateπals verändert. Im Beispiel der Behandlung vorwiegend organischer Abfalle erfolgt eine Quer- schnittseinengung um mindestens 10 %, die beispielsweise durch konische Einzüge des entsprechenden Schachtteiles in einem Winkel von etwa 60° zur Horizontalen erzeugt wird. Außerdem befinden sich im Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt 14 obere Eindusungsmittel 15, die im dargestellten Beispiel durch mehrere am Umfang verteilte Sauerstofflanzen 16 gebildet sind. Um die Sauerstofflanzen 16 vor einer Uberhitzung zu schützen, werden diese beispielsweise wassergekühlt. Bei anderen Ausfuhrungen kommen Düsen, Brenner oder dergleichen als obere Eindusungsmittel zum Einsatz, über welche gesteuert verschiedene Brenngase oder Gaszusammensetzungen zugeführt werden können, mit dem Ziel, die Temperatur in der Schmelz- und überhitzungszone auf einen gewünschten Wert einzustellen. Sofern die Zufuhr von Sauerstoff dafür nicht ausreichend ist (wenn beispielsweise kurzfristig keine Einsatzstoffe mit ausreichend hohem Energiewert an dieser Position zur Verfugung stehen) , können auch Fremdbrenngase oder aus dem Reaktor gewonnene Uberschußgase über die Eindusungsmittel zugeführt werden. Im speziellen Beispiel erfolgt mit Hilfe der oberen Eindusungsmitell 15 die gezielte und dosierte Zugabe von Sauerstoff unmittelbar unterhalb der Ebene der Querschnittseinengung. Dadurch bildet sich im Bereich des Schmelz- und Uberhitzungsabschnitts 14 eine heiße Zone 17 aus, in welcher vorzugsweise Temperaturen von 1500°C bis 2000°C herrschen, die aber auf das jeweilige Einsatzmaterial abzustimmen sind.
Die über den Gaszufuhrraum 10 zugefuhrten (inerten) Verbren- nungsgase und die im Pyrolyseabschnitt 8 ausgebildeten Pyrolysegase werden durch diese heiße Zone 17 hindurchgesaugt. Die Sauerstoffzufuhrung 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 fuhren. Die Temperatur m der heißen Zone 17 wird so eingestellt, daß schlackebildende mineralische Bestandteile und metallische Bestandteile m dieser Zone aufgeschmolzen werden, wobei ein bestimmter Anteil von im Einsatzmateπal enthaltenen Schadstoffen (z.B. Schwermetalle) in diesen Schmelzen gelost wird. Die Metallschmelze und die Schlackenschmelze tropfen dann nach unten. Die möglichst weitgehend verkokten Reststoffe sinken ebenfalls weiter abwärts. Unterhalb des Schmelz- und Uberhitzungsabschnitts 14 ist dann 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 17 als auch eine unter dieser durch die verkokten Reststoffe ausgebildete 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 Reduk- tionszone 22 werden die Gase außerdem abgekühlt, so daß sie mit einer technisch beherrschbaren Temperatur, vorzugsweise etwa 800°C bis 1000°C, abgesaugt werden können. Die abgesaugten Überschußgase werden nachfolgenden (nicht gezeigten) Kühl- und/oder Reinigungsstufen und einer geeigneten Fördereinrichtung (Verdichter oder Gebläse) zugeführt. Bei der Vergasung von Abfall mit vorwiegend organischen Bestandteilen stehen danach beispielsweise etwa 80% bis 90% der Überschußgase als Brenngas für eine stoffliche und/oder energetische Nutzung zur Verfügung. Dabei kann ein Teilstrom von etwa 10% bis 20% als Eigengas dem o.g. Brenner 12 und/oder den Eindüsungsmitteln zugeführt werden, wobei die Kühlung/Reinigung für diesen Teilstrom auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann. Der Gasabsaugraum 21 ist wiederum vorteilhaft (aber nicht zwingend) ringförmig ausgebildet, wobei eine angeschlossene Fördereinrichtung der Absaugung der Gase dient. 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 Gasabsaugraumes 21 untere Eindusungsmittel 26 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel wiederum mehrere Sauerstofflanzen 16 (ggf. wassergekühlt) aufweisen. Die unteren Eindusungsmittel können alternativ gestaltet und betrieben sein, wie dies oben für die oberen Eindusungsmittel 15 erläutert wurde. Über die Eindüsung einer geeigneten Menge von Sauerstoff, Gas, Brenngas o.ö. 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 ausgeleiten zu können. Beispielsweise sind Temperaturen von etwa 1500 °C zweckmäßig. Die Aufteilung der Gesamtmenge des zugeführten Sauerstoffs/Brenngases auf die Brennkammer 11, die oberen Eindusungsmittel 15 und die unteren Eindusungsmittel 26 ist in Abhängigkeit vom verwendeten Einsatzmaterial und von den übrigen Prozeßparametern zu optimieren, mit dem Ziel der weitgehenden Verwertung des Einsatzmaterials und der Minimierung des Schadstoffanteils in den Reststoffen.
Für den Fachmann wird verständlich sein, daß beispielsweise aus Gründen der Kostenreduzierung anstelle von Sauerstoff auch ein Sauerstoff-Luft-Gemisch bzw. ein Sauerstoff-Brenngas-Gemisch zugeführt werden kann. Ebenso ist offensichtlich, daß die beispielhaft angegebenen Temperaturwerte in Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Einsatzmaterialien und der gewünschten Prozeßgeschwindigkeit anzupassen sind. Es ist auch verständlich, daß die Einsatzmaterialien unter Umständen einer mechanischen Zerkleinerung zu unterziehen sind, bevor sie in den Reaktor eingebracht werden, um ein Verstopfen zu vermeiden. In Abhängigkeit von den Einsatzstoffen und von den gewünschten Endprodukten können bestimmte Zuschlagsstoffe zur Stabilisierung des Heizwertes und zur Erhöhung der Ausbeute an Überschußgas sowie zur Verbesserung der Schlackebildung, der Basizität und des Schlackeflusses erforderlich werden.
Sofern im Reaktor auch Flüssigkeiten umgesetzt werden sollen, können diese vorteilhaft über eine Flüssigkeitseindüsung 30 zugeführt werden, die in den Gaszuführraum 10 mündet bzw. mit anderen Gaszuführmitteln 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 inerten Verbrennungsgase, des Pyrolyseprozes- ses und/oder der Zusammensetzung und der Temperatur der Überschußgase möglich wird.
Weiterhin ist es möglich, bei Bedarf gezielt zu entsorgende Stäube über eine Staubzuführung 31 in den Prozeß einzubrin- gen. Die Staubzuführung 31 ist vorzugsweise ein mittig im Zuführabschnitt 1 und im Vortemperierungsabschnitt 5 geführtes Dosierrohr, welches in der Nähe des Schüttkegels 9 endet. Die Stäube werden daher unmittelbar in die Nähe der schockartigen Erhitzung der Einsatzstoffe befördert, so daß sie beim Austreten aus dem Dosierrohr sofort einer hohen Temperatureinwirkung ausgesetzt sind, die ein Verbrennen oder Vergasen bewirkt, ohne daß es zu Verpuffungen oder dergleichen kommt.
Obwohl sich die oben spezielle erläuterte Ausführungsform insbesondere zur Behandlung (Vergasen und Schmelzen) von Abfällen mit organischen Bestandteilen eignet, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, daß bei der Verwendung anderer Einsatzstoffe Abwandlungen des Reaktors erforderlich oder zweckdienlich sind. Generell können auch Sonderabfälle oder Einsatzstoffe mit höheren Metallanteilen behandelt werden, wobei teilweise das Vergasungs- und teilweise das Schmelzprinzip überwiegen wird. Es können auch verschiedene Einsatzstoffe kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, zum Schmelzen von nicht-organischen Einsatzstoffen gezielt Einsatzstoffe mit höherem Energiewert (z.B. organische Abfälle, belastetes Altholz o.dgl.) zuzusetzen.
Aus den speziellen Einsatzgebieten können sich weitere Abwandlungen und Weiterbildungen für den erfindungsgemäßen Reaktor und das erfindungsgemäße Verfahren ergeben.

Claims

Patentansprüche
1. Reaktor zum Vergasen und/oder Schmelzen von Einsatzstoffen, umfassend: • einen Zuführabschnitt (1) mit einer Zuführöffnung (2), über welche die Einsatzstoffe von oben in den Reaktor eingebracht werden;
• einen Pyrolyseabschnitt (8), der sich unter Schaffung einer Querschnittserweiterung unten an den vorangehenden Abschnitt (1, 5) anschließt, so daß sich dort ein Schüttkegel (9) des Einsatzstoffs ausbilden kann;
• Gaszuführmittel (10), die etwa in der Ebene der Querschnittserweiterung in den Pyrolyseabschnitt (8) münden und über welche heiße Gase an den Schüttkegel (9) zuge- führt werden;
• einen Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt (14), der sich unter Schaffung einer Querschnittseinengung unten an den Pyrolyseabschnitt (8) anschließt;
• obere Eindusungsmittel (15), über die unmittelbar unter- halb der Ebene der Querschnittseinengung ein energiereiches Medium in den Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt (14) eingebracht wird;
• einen Reduktionsabschnitt (20) , der sich unten an den Schmelz- und Uberhitzungsabschnitt (14) anschließt und Gasabsaugmittel (21) umfaßt, über welche Überschußgase abgesaugt werden;
• einen Herd (25) mit einem Abstich (27) unterhalb des Reduktionsabschnitts (20) , zur Sammlung und Ableitung von Metallschmelzen und Schlackeschmelzen; • untere Eindusungsmittel (26) , über die unmittelbar oberhalb der Schmelzen und unterhalb der Gasabsaugmittel (21) ein energiereiches Medium zugeführt wird, um ein Erstarren der Schmelzen zu verhindern.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zuführabschnitt (1) und dem Pyrolyseabschnitt (8) ein Vortemperierungsabschnitt (5) angeordnet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortemperierungsabschnitt (5) zumindest abschnittsweise zur Schaffung eines Wandungshohlraums (6) doppelwandig ausgebildet ist, wobei im Wandungshohlraum (6) ein Wärme- Übertragungsmedium geführt ist.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführmittel als Gaszuführraum (10) ausgebildet sind, in die mindestens eine Brennkammer (11) mündet, die mit mindestens einem Brenner (12) bestückt ist, der über die Brennkammer und den Gasraum etwa 1000°C heiße Gase an den Schüttkegel (9) bereitstellt.
5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Zuführabschnitt (1), ggf. der
Vortemperierungsabschnitt (5), der Pyrolyseabschnitt (8) und der Reduktionsabschnitt (20) zylindrisch oder nach unten leicht konisch aufgeweitet ausgebildet sind, daß die Gesamtlänge von Zuführabschnitt (1) und Vortemperierungs- abschnitt (5) mindestens dreimal so groß wie der Durchmesser des Zuführabschnitts am oberen Ende ist, und daß der Querschnitt des Pyrolyseabschnitts (8) mindestens doppelt so groß wie der Querschnitt am unteren Ende des Vortrocknungsabschnitts ist.
6. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführmittel (10) und die Gasabsaugmittel (21) ringförmig am Umfang des Reaktors ausgebildet sind.
7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolyseabschnitt (8) zur Schaffung eines weiteren Wandungshohlraums doppelwandig ausgebildet ist, wobei in diesem weiteren Wandungshohlraum ein Wärmeübertragungsmedium geführt ist.
8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und/oder die unteren Eindusungsmittel (15, 26) mehrere ringförmig am Umfang des Reaktors angeordnete Sauerstofflanzen (16) oder Düsen umfassen, über welche Sauerstoff bzw. ein Brenngasgemisch zugeführt werden.
9. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführmittel (10) mit einer Flüssigkeitseinspeisung (30) verbunden sind, über welche flüssige oder dampfförmige Stoffe zuführbar sind.
10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Staubzuführung (31) vorgesehen ist, über welche Stäube unmittelbar in die Ebene der Querschnittserweiterung zwischen Zuführabschnitt (5) und Pyrolyseabschnitt (8) zuführbar sind.
11. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführabschnitt (1) nach oben weitgehend gasdicht abgeschlossen ist, wobei die EinsatzstoffZuführung über eine Schleuseneinrichtung erfolgt.
12. Verfahren zum Vergasen und/oder Schmelzen von Einsatzstoffen, die folgenden Schritte umfassend:
• Ausbildung einer weitgehend von der Umgebung abgeschirmten Schüttsäule (4) in einem Schachtförmigen Reaktor;
• schockartige Erhitzung der Schüttsäule (4) durch Zuführung von heißen Gasen im oberen Bereich, um in den Einsatzstoffen eine Pyrolyse auszulösen;
• Erzeugung einer tiefer gelegenen heißen Zone (17) mit Temperaturen oberhalb von 1000 °C durch Zuführung energiereicher Medien;
• Verbrennen der Pyrolyseprodukte, Schmelzen von ggf. enthaltenen metallischen und mineralischen Bestandteilen und weitegehendes Verkoken der Reststoffe der Einsatzstoffe in der heißen Zone (17);
• Absaugen aller Gase nach unten durch die Schüttsäule
(4), durch die heiße Zone (17) und durch eine tiefer liegende Reduktionszone (22);
• Ausleiten reduzierter Überschußgase aus dem Reaktor im Bereich der Reduktionszone (22);
• Sammeln der ggf. vorhandenen Metall- und/oder Schlackeschmelzen im untersten Abschnitt des Reaktors;
• Einleiten von energiereichen Medien unmittelbar oberhalb der gesammelten Schmelzen, um diese flüssig zu halten;
• Abstechen der Schmelzen bei Bedarf.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei als energiereiche Medien Sauerstoff, Brenngase, Anteile des abgesaugten Überschußgases, Flüssigbrennstoffe oder staubförmige Brennstoffe zugeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiterhin die folgenden Schritte umfassend:
• Füllstandsüberwachung des Reaktors, so daß die Schütt- säule stets eine Höhe zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert aufweist;
• Einstellung des Minimalwerts derart, daß die Schüttsäule oberhalb des Punktes der schockartigen Erhitzung durch relativ dicht gepackten Einsatzstoff von der Umwelt abgeschirmt ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, umfassend den Schritt der Vortrocknung der Einsatzstoffe durch Erwärmung der Schüttsäule oberhalb des Punktes der schockartigen Erhitzung auf etwa 100°C.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, umfassend den Schritt der Regelung des Unterdrucks zur Absaugung der Gase, so daß nahezu keine Gase nach oben aus dem Reaktor entweichen und nur minimale Mengen zusätzlicher Umgebungsluft von oben durch die Schüttsäule angesaugt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, weiterhin die folgenden Schritte umfassend:
• Erzeugung der heißen Gase zur schockartigen Erhitzung der Schüttsäule durch Verbrennen von Fremdbrennstoffen in der Startphase des Verfahrens;
• Erzeugung der heißen Gase zur schockartigen Erhitzung der Schüttsäule durch Verbrennen der zumindest teilweise gereinigten reduzierten Überschußgase, die aus dem Reaktor ausgeleitet werden, ggf. in Kombination mit Fremdbrennstoffen.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Verbrennung unter Sauerstoffmangel ausgeführt wird, so daß ein inertes Verbrennungsgas entsteht, welches weitgehend aus Kohlen- dioxid und Wasserdampf besteht.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die ausgeleiteten Überschußgase einer nachgeschalteten Gaswirtschaft zur Kühlung und/oder Reinigung zugeführt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei in unmittelbarer Nähe der schockartigen Erhitzung der Schüttsäule zu verwertende Stäube hinzugefügt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei ein Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.
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