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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlungvon Einsatzstoffen mit:- einem Behälter (7) zur Aufnahme der Einsatzstoffe,-Eindüsungsmittelnzur Ausbildung eines zusammenhängendenBereichs (11) fürdie thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in dem Behälter, wobeidie Eindüsungsmittelzumindest erste und zweite in Richtung eines Stoffstroms durch denBehältervoneinander beabstandete Eindüsungselemente(4, 5, 6) aufweisen.
    公开号:DE102004020919A1
    申请号:DE102004020919
    申请日:2004-04-28
    公开日:2005-12-01
    发明作者:Eckhard Dr. Tischer；Frank Wuchert
    申请人:KBI INTERNAT Ltd；KBI INTERNATIONAL Ltd；
    IPC主号:C10B53-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung.
    [0002] Beider Vergasung, Pyrolyse, Thermolyse, Trocknung, Überhitzung, Verbrennung und/oderTeilverbrennung handelt es sich um an sich bekannte Verfahren zurthermischen Abfallbehandlung. Entsprechende Reaktoren sind aus demStand der Technik bekannt.
    [0003] Ausder DE 10007115 C2 ,von der die vorliegende Erfindung als nächstkommendem Stand der Technikausgeht und deren Offenbarungsgehalt mit zur Offenbarung der vorliegendenPatentanmeldung gehört,ist ein Schachtreaktor bekannt, bei dem auf die sonst übliche Kreislauf-Gasführung verzichtet wirdund der nach dem Gleichstromprinzip arbeitet. Durch den Verzichtauf eine Kreislauf-Gasführung solldie Kondensation von Pyrolyseprodukten und die Entstehung unerwünschterAblagerungen vermieden werden. Hieraus ist ferner bekannt, durchSauerstofflanzen innerhalb einer Ebene eine heiße Zone in dem Reaktor zu schaffen,in der Temperaturen von 1 500 Grad Celsius bis 2 000 Grad Celsiusherrschen können.
    [0004] Ausder DE 19816864 A1 istein koksbeheizter Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischenVerwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzungbekannt. Eine untere Absaug- und Gasberuhigungs-Ringkammer wird unterhalbbis zur Ebene der durch die Lage der Gasstrahlverdichter gebildetenSchmelz- und Überhitzungszoneangeordnet. Diese Anordnung bewirkt, dass das Überschussgas direkt aus derSchmelz- und Überhitzungszonemit hohen Temperaturen um 2 000 Grad Celsius aus dem Ofenschachtabgezogen wird. Das Überschussgaswird ebenfalls durch die glühendeKoksschicht der Schmelz- und Überhitzungszonedes koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolfens geführt. Durch die Energie verbrauchendeWirkung des Boudouard-Gleichgewichts wird Kohlendioxid unter Absenkungder Gastemperatur zu Kohlenmonoxid umgesetzt.
    [0005] Ausder DE 19640497 A1 istein koksbeheizter Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischenVerwertung von Abfallmaterialien, wie beispielsweise Hausmüllfraktionenverschiedener Zusammensetzungen, bekannt. Der Kreislaufgas-Kupolofen hat einensenkrechten Ofenschacht mit mehreren, um den Umfang des Ofenschachtsangeordneten Ofengas-Absaugöffnungen,die durch Kanälemit überdem Herd im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone installiertenDüsen verbunden sind.Die Düsenhaben zentrisch geführteSauerstofflanzen und einen Gasstrahlverdichter.
    [0006] Ausder DE 4030554 C2 isteine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen bekannt.Eine Dioxin-Problematik wird dadurch vermieden, dass Ruß in einerKoksschüttungzu Kohlenmonoxid umgesetzt wird. Die Koksschüttung wirkt auch als Staubfilter,sodass etwa noch an Staubpartikeln gebundene Dioxine und Furaneim Bereich der Koksschüttungzurückgehaltenwerden.
    [0007] Die US 2,709,153 zeigt ein Verfahrenzur Verkokung und Vergasung bituminöser Materialien. Nachteiligist hierbei insbesondere, dass nicht eindeutig bestimmt werden kann,in welchen Bereichen des Reaktors die gasförmigen Stoffe im Gleich- oder Gegenstromdie Einsatzstoffe und/oder die Zwischenprodukte durchströmen.
    [0008] Ausder DE 4324111 A1 isteine Vorrichtung zum Brennen von mineralogischen und petrografischenVerbindungen und Gemengen bekannt. In einem Gegenstrom-Schachtofen werdenOfengase abgezogen und überBrennerdüsennach Grobstaubabscheidung wieder an einer anderen Stelle mit dem Brenngaseingeblasen.
    [0009] Fernerist aus der A 217064 ist ein Schachtofen zur Durchführung einerkontinuierlichen Reduktion von Metalloxiden bekannt. Der Schachtofenwird nach dem Gegenstromprinzip betrieben und hat in seinem unterenBereich einen Austragtisch. An dem Schachtofen sind in mehrerenHöhenlagenverteilt Düsenangeordnet. Sauerstoffhaltige Gase werden in gleichen Zeitabständen abwechselnddurch Düsen verschiedenerHöhenlageund/oder durch verschiedene Düsenoder Düsenpaarederselben Höhenlage eingeblasen.
    [0010] DasEinblasen von sauerstoffhaltigen Gasen durch die verschiedenen Düsensätze abwechselnd ingleichen Zeitabständenhat zur Folge, dass jede Düsejeweils eine kurze Periode in Gebrauch und danach in einer entsprechendenPeriode abgesperrt ist. Jeder Düsensatzbesteht aus vier Düsen,die im Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet sind. Diese Düsen sindin der Weise an die Luftzuführungsleitung angeschaltet,dass auf jedem Niveau zwei Paare diametral angeordneter Düsen vorhandensind. Die Luftzuführungzu den einzelnen Paaren wird durch ein Umschaltventil in der Hauptleitungder betreffenden Düsenebenegesteuert.
    [0011] Durcheine derartige periodische, rhythmische Luftzuführung werden Briketts, während sieim Schacht herabsinken, wechselweise durch Verbrennung der Kohlenmonoxidgaseerhitzt und wiederum durch die endothermenen Reaktionen in den Briketts abgekühlt. DieLuftzuführungkann auch so ausgeführtsein, dass die Düsenin einer Ebene im Verhältniszu den Düsenin den anderen Ebenen versetzt sind.
    [0012] Dieservorbekannte Schachtofen ist zur Gewinnung von Metallen aus oxidischenErzen, wie Eisenerz, Ilmenit, Manganerz und Chromerz geeignet. Einethermische Abfallbehandlung von Einsatzstoffen ist mit einem solchenSchachtofen jedoch nicht möglich.
    [0013] Demgegenüber liegtder Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reaktor zu schaffen,der fürdie thermische Abfallbehandlung von Einsatzstoffen geeignet ist.
    [0014] Dieder Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen desHauptanspruchs gelöst.Bevorzugte Ausführungsformender Erfindung sind in den abhängigenPatentansprüchenangegeben.
    [0015] Erfindungsgemäß wird einReaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffen miteinem Behälterzur Aufnahme der Einsatzstoffe und Eindüsungsmitteln geschaffen. Durchdie Eindüsungsmittelwird ein zusammenhängenderBereich in den Behälterfür diethermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe geschaffen. Die Eindüsungsmittelhaben zumindest erste und zweite, in Richtung eines Stoffstromsdurch den Behältervoneinander beabstandete Eindüsungselemente.
    [0016] BeimBetrieb des Reaktors wird überdie Eindüsungsmittelein reaktionsfähigerStoff oder ein Stoffgemisch in den Behälter eingedüst, sodass sich der zusammenhängende Bereich,innerhalb dessen die thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe stattfindet,ausbildet. Bei dem reaktionsfähigenStoff oder Stoffgemisch kann es sich um reaktionsfähige Gaseund/oder Flüssigkeitenhandeln.
    [0017] Beispielsweisewird Luft oder Sauerstoff über Sauerstofflanzeneingedüst.Insbesondere zur Beeinflussung eines Reaktionsgleichgewichts derthermischen Abfallbehandlung kann das eingedüste Stoffgemisch neben eineroxidierenden Komponente, wie zum Beispiel Sauerstoff, eine reduzierende Komponente,wie zum Beispiel Wasserdampf, Kohlendioxid oder kohlendioxidhaltigesGas beinhalten.
    [0018] DieEindüsungdes reaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemischs erfolgt über die zumindest erste undzweite in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter beabstandete Eindüsungselemente,also zum Beispiel überentsprechend beabstandete Sauerstofflanzen. Der Abstand der Eindüsungselemente istdabei so gewählt,dass ein zusammenhängender Bereichfür diethermische Abfallbehandlung geschaffen wird, der sich in Richtungdes Stoffstroms in dem Behältererstreckt. Dadurch vergrößert sichder Reaktionsraum sowie die Verweilzeit der Einsatzstoffe und Zwischenproduktefür diethermische Abfallbehandlung. Der Stoffumsatz der Einsatzstoffe sowie derbei der thermischen Abfallbehandlung entstehenden Zwischenproduktemit dem eingebrachten reaktionsfähigenStoff bzw. Stoffen wird dadurch verbessert und kann vollständiger ablaufen.
    [0019] Beider in dem zusammenhängendenBereich des Reaktors durchgeführtenthermischen Abfallbehandlung kann es sich um verschiedene Prozessehandeln, zum Beispiel Trocknung, Thermolyse, Pyrolyse, Vergasung, Überhitzung,Verbrennung und/oder Teilverbrennung der Einsatzstoffe.
    [0020] Nacheiner bevorzugten Ausführungsform derErfindung sind die Eindüsungselementezur Ausbildung zumindest erster und zweiter Eindüsungsebenen angeordnet. DieEindüsungsebenensind in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter voneinander beabstandet,um den zusammenhängenden Bereichfür diethermische Abfallbehandlung zu schaffen. Durch die Anordnung derEindüsungselementein mehreren voneinander beabstandeten Eindüsungsebenen ist ein vollständigererund gleichmäßigererStoffumsatz in dem zusammenhängenden Bereichermöglicht.
    [0021] Aufgrundkonstruktiver Randbedingungen könnennämlichnur eine begrenzte Anzahl von Eindüsungselementen am Umfang desBehältersinnerhalb einer Eindüsungsebeneverteilt angeordnet werden. Selbst bei vollständiger Ausbildung der Wirbelzonenvor allen Eindüsungselementenderselben Eindüsungsebeneist jedoch keine überdem gesamten Behälterquerschnitteinheitliche Verteilung der Reaktionspartner, das heißt von Einsatzstoffen,Zwischenprodukten und dem eingedüstenreaktionsfähigenStoff oder Stoffgemisch gegeben, wenn nur eine einzige Eindüsungsebenevorhanden ist. Ferner ist bei der Eindüsung von zum Beispiel Gasenin eine Festkörperschüttung dieEindringtiefe radial und auch axial zur Reaktorachse begrenzt, wodurches bei vorbekannten Reaktoren zu Strähnenbildung in den offenenRandzonen sowie im Kernbereich der Schüttung kommen kann.
    [0022] Wegender Strähnenbildungdurchläuftalso ein Teil der Einsatzstoffe den durch die einzige Eindüsungsebenegebildeten Reaktionsbereich unbehandelt oder aufgrund nicht ausreichenderVerweilzeit nur unvollständigbehandelt. Gleiches kann fürdie Zwischenprodukte der Einsatzstoffe zutreffen. Dieses Problemwird dadurch verstärkt,wenn der Einfluss stark schwankender Eigenschaften der Einsatzstoffesowie der vorübergehendeAusfall von ein oder mehreren Eindüsungselementen während derBetriebsphase des Reaktors hinzukommen. Dies hat eine ungleichmäßige Verteilungder Temperatur und damit eine Senkung des energetischen Potenzialsin der durch die einzige Eindüsungsebenegebildeten Behandlungszone zur Folge.
    [0023] Demgegenüber wirddurch die erfindungsgemäße Anordnungder Eindüsungselementein mehreren, in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter voneinanderbeabstandeten Eindüsungsebeneneine gleichmäßigere,vollständigereund intensivere thermische Behandlung der Einsatzstoffe und derenZwischenprodukte erreicht. Insbesondere wird die Gefahr einer Strähnenbildungreduziert.
    [0024] ZurSchaffung eines zusammenhängenden Bereichsfür diethermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe ist der Abstand zwischenden Eindüsungsebenenso gewählt,dass die Temperatur zwischen den Eindüsungsebenen nicht unter einenbestimmten Mindestwert fällt.Dieser Mindestwert hängt vondem gewähltenthermischen Abfallbehandlungsverfahren ab.
    [0025] Wennes sich bei der thermischen Abfallbehandlung beispielsweise um eineVerbrennung handelt, beispielsweise für die Behandlung hausmüllähnlicherAbfälle, sokann die Mindesttemperatur ca. 900 °C betragen. Sollen Einsatzmittelbehandelt werden, die Schmelzen bildende Stoffe, wie Mineralienoder höherschmelzende Metalle enthalten, müsseine deutlich höhereMindesttemperaturen eingehalten werden, um zu vermeiden, dass dieseSchmelzen in dem Reaktor in den festen Zustand übergehen. Der Abstand zwischenden Eindüsungsebenenwird bei der Konstruktion des Reaktors also in Abhängigkeit vonden in dem Reaktor zu behandelnden Einsatzstoffen so gewählt, dassdie fürdie gewünschteArt der thermischen Abfallbehandlung und die Art der Einsatzstoffeerforderliche Mindesttemperatur zwischen den Eindüsungsebenennicht unterschritten wird.
    [0026] Nacheiner bevorzugten Ausführungsform derErfindung sind die Eindüsungselementeinnerhalb einer Eindüsungsebenesymmetrisch verteilt. Vorzugsweise sind die Eindüsungselemente radial auf dieLängsachsedes Reaktors ausgerichtet, das heißt, die Eindüsungselementesind bei rundem Reaktorquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zuder Behälterwandungangeordnet. Vorteilhaft ist ferner eine tangentiale Ausrichtungeines oder mehrerer der Eindüsungselemente.Dabei kann ein Eindüsungselementeinen Winkel zwischen 0 und 90 Grad mit der Normalen der Behälterwandeinschließen,vorzugsweise einen Winkel zwischen 20 und 80 Grad, insbesondere40 Grad.
    [0027] Nacheiner bevorzugten Ausführungsform derErfindung sind eine oder mehrere der Eindüsungselemente nicht waagerecht,sondern in Richtung des Stoffstroms durch den Behälter geneigt,angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Komponente des Impulsesdes eingedüstenStoffs oder Stoffgemischs die Einsatzstoffe und deren Zwischenproduktein Richtung des Stoffstroms durch den Bereich für die thermische Abfallbehandlungvorantreibt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Neigung derEindüsungselementeeine Verschmutzung oder Verstopfung durch Eindringen von Reaktormaterialin ein Eindüsungselementvermieden oder deutlich verringert wird. Die Neigung der Eindüsungselementehat also eine selbstreinigende Funktion und hält die Eindüsungselemente des reaktionsfähigen Stoffsbzw. Stoffgemischs frei. Der Neigungswinkel in Bezug auf den Stoffstrom,d.h. zur Reaktorlängsachse,kann dabei zwischen 0 und 90 Grad betragen. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkelzur Normalen der Behälterwandzwischen 5 und 30 Grad.
    [0028] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung schließenverschiedene Eindüsungselementederselben oder unterschiedlicher Eindüsungsebenen verschiedene Winkelmit der Normalen der Behälterwandund/oder mit dem Stoffstrom ein. Durch diese ungleichmäßige Ausrichtungder Eindüsungselementekommt es zu einer intensiveren Verwirbelung innerhalb des Bereichsfür diethermische Abfallbehandlung.
    [0029] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung sind die Eindüsungselementeaufeinander folgender Eindüsungsebenen versetztzueinander angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßigere Beaufschlagung des zusammenhängendenBereichs fürdie thermische Abfallbehandlung mit reaktionsfähigem Stoff erreicht, was zueinem vollständigeremUmsatz der Einsatzstoffe und einer Reduktion oder Vermeidung vonSträhnenbildungführt.
    [0030] Beispielsweisesind zwei Eindüsungsebenen mitje 12 Eindüsungselementenvorhanden. Benachbarte Eindüsungselementederselben Eindüsungsebeneschließendann einen Winkel von 30 Grad ein. Die beiden Eindüsungsebenensind zueinander um einen Winkel 15 Grad versetzt, um den Bereichzwischen den Eindüsungselementender vorausgehenden Eindüsungszoneabzudecken.
    [0031] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung sind die Eindüsungselementeeinzeln oder in Gruppen schaltbar, steuerbar und/oder regelbar. Über entsprechendeSteuerungs- und/oder Regelungsmittel erfolgt eine kontinuierliche,intermittierende, oszillierende und/oder alternierende Eindüsung inden zusammenhängendenBereich.
    [0032] Eineintermittierende, oszillierende und/oder alternierende Betriebsweiseder Eindüsungsmittel hatden Vorteil einer Auflockerung und/oder eines Freiblasens der Porenin der Schüttungund somit der Vergrößerung desReaktionsraums. Dies wird durch Veränderung der lokalen Drücke und/oderder Menge des lokal eingebrachten reaktionsfähigen Stoffs aufgrund der intermittierenden,oszillierenden und/oder alternierenden Eindüsung zum Beispiel mit einer Phasenverschiebungzwischen einzelnen Eindüsungselementenoder Gruppen von Eindüsungselementenerreicht.
    [0033] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung hat der Reaktor eine Steuerung oder Regelung für die Zusammensetzungdes einzudüsendenreaktionsfähigenStoffgemischs.
    [0034] Gemäß dem Massenwirkungsgesetzlaufen Reaktionen schneller ab, je größer die Konzentration der Reaktionspartnerist. Sollen nun bestimmte Reaktionen oder Gleichgewichte wie zumBeispiel die heterogene Wassergasreaktion [H2O+ C = 2H2 + CO] beeinflusst werden, so istes sinnvoll, den Wasserdampfanteil in dem reaktionsfähigen Stoffzu erhöhen und über dieEindüsungsmitteleinzublasen. Da im konkreten Fall die Wassergasreaktion endothermist, muss beachtet werden, dass ggf. durch andere Maßnahmenwie die Erhöhungdes Sauerstoffanteils zur Förderungeiner partiellen Verbrennung und damit einer Temperaturerhöhung innerhalbder gleichen oder einer anderen Eindüsungsebene eine Kompensation erfolgenmuss, es sei denn, dieser Einfluss der Erhöhung des Wasserdampfanteilsauf eine Temperaturerniedrigung ist gleichzeitig gewollt.
    [0035] Einweiteres Beispiel ist die Beeinflussung des Boudouard-Gleichgewichts[C + CO2 = 2CO], welches eine große Rollebei thermischen Verfahren spielt, die Reduktionsmechanismen desKohlenstoffs [C] oder des Kohlenoxids [CO] auszunutzen. Da der zusammenhängende Bereichfür diethermische Abfallbehandlung in dem Reaktorbehälter durch mehrere Eindüsungsebenengebildet wird, kann in einer oberen Ebene, z.B. der in Richtungdes Stoffstroms obersten Eindüsungsebene,Kohlendioxid [CO2] oder kohlendioxidhaltigesGas eingeblasen werden, welches beispielsweise aus einer nachfolgendenGaswäschestammt.
    [0036] DieseKomponente wird in dem Bereich lediglich aufgeheizt und nimmt zunächst ankeiner Reaktion teil. Füreinen nachfolgenden Reduktionsbereich ist dieses Kohlen dioxid jedochAusgangstoff für dieBoudouard-Reaktion und kann entsprechend den thermodynamischen Bedingungenin Kohlenmonoxid [CO], einer der energetisch nutzbaren Komponenten einesProduktgases von Vergasungsverfahren, umgewandelt werden. In demBereich findet in diesem Beispiel ein physikalischer Vorgang derTemperaturerhöhungstatt, der in einer nachfolgenden Stufe der thermischen Behandlungdas thermodynamische Gleichgewicht der Boudouard-Reaktion in Richtung ReaktionsproduktKohlenmonoxid [CO] verschiebt.
    [0037] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung wird Prozessabwärmefür dieAufheizung des reaktionsfähigenStoffs bzw. Stoffgemischs vor der Eindüsung verwendet. Die Abwärme kannaus einem in dem Reaktor ablaufenden Prozess, der Abkühlung derausgebrachten Schmelzen, der Abkühlungaus dem ausgebrachten Rohgas oder der Abwärme aus nachgeschalteten Prozessen derRohgasreinigung oder der Rohgasaufbereitung stammen.
    [0038] Alternativoder zusätzlichkönnenauch andere Wärmequellenfür dieAufheizung verwendet werden. Die Prozesse der thermischen Behandlungvon Abfallstoffen beginnen nämlichbereits bei Temperaturen von unter 100 °C und erreichen je nach Verfahrenoder Verfahrensschritt bis über2 000 °C.Der reaktionsfähigeStoff bzw. das Stoffgemisch wird vor der Eindüsung vorzugsweise auf die Prozesstemperaturerhitzt.
    [0039] DurchNutzung der Abwärmezum Beispiel aus der Abkühlungdes Reaktors, der Schmelzen und/oder des Rohgases kann der Gesamtwirkungsgradverbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Abwärme ausnachfolgenden Prozessen, wie zum Beispiel der Methanolsynthese,für die Erhitzungdes reaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemischs verwendet werden.
    [0040] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung werden Stoffe, die man aufgrund der thermischen Abfallbehandlungin dem Reaktor erhält, über dieEindüsungsmittelfür diethermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in den Prozess zurückgeführt. Hierbeikann es sich um Stoffe handeln, die aus der thermischen Abfallbehandlung derEinsatzstoffe nachgeschalteten Gasreinigung, Gasaufbereitung oderGasverwertung gewonnen werden.
    [0041] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung steigt die Anzahl der Eindüsungselemente pro Eindüsungsebenein Richtung des Stoffstroms durch den Behälter an. Dadurch kann die insgesamterforderliche Anzahl von Eindüsungselementenoptimiert werden, da aufgrund der großen Zahl von Eindüsungselementender letzten Eindüsungsebenehinreichend sichergestellt ist, dass die Einsatzstoffe vollständig behandeltwerden.
    [0042] Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung sind die Eindüsungsmittel ausMetall, zum Beispiel Kupfer. In diesem Fall ist eine Kühlung durchein Wärmeträgermedium,zum Beispiel Wasser, erforderlich. Eine solche Kühlung kann entfallen, wenndie Eindüsungsmittelganz oder teilweise aus Keramik bestehen.
    [0043] ImWeiteren werden bevorzugte Ausführungender Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Eszeigen:
    [0044] 1 einenLängsschnitteiner Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Reaktors,
    [0045] 2 einenQuerschnitt des Reaktors mit einer bevorzugten Ausführungsformder Anordnung der Eindüsungsmittel,
    [0046] 3 einenQuerschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsformder Anordnung der Eindüsungsmittel,
    [0047] 4 einenQuerschnitt des Reaktors mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsformder Anordnung der Eindüsungsmittel,
    [0048] 5 einebevorzugte Ausführungsformdes zeitlichen Verlaufs der Eindüsungin zwei verschiedenen Eindüsungsebenen.
    [0049] Die 1 zeigteinen Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung von Einsatzstoffend. Bei den Einsatzstoffen d kann es sich um übliche Siedlungsabfälle, Industrieabfälle, Klinikabfälle oderdergleichen handeln sowie auch um schwierige Stoffe, insbesondereErdöl-und Raffinerieabfälle.
    [0050] DerReaktor hat einen Behälter 7,in den die thermisch zu behandelnden Einsatzstoffe d zum Beispiel über eineSchüttvorrichtungeingefülltwerden. Dadurch bildet sich eine entsprechende Schüttung in demBehälter 7 aus.
    [0051] InLängsrichtungdes Behälters 7 sindan dessen Wandung 8 Eindüsungsmittel angeordnet, diemehrere Eindüsungselemente 4, 5 und 6 aufweisen.Die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 sindin voneinander beabstandeten Eindüsungsebenen 1, 2 und 3 angeordnet. Über dieEindüsungselemente 4 wird einStoff oder Stoffgemisch a, überdie Eindüsungselemente 5 wirdein Stoff oder Stoffgemisch b und über die Eindüsungselemente 6 wirdein Stoff oder Stoffgemisch c eingedüst. Die Stoffe oder Stoffgemische a,b und c könnengleich oder verschieden sein.
    [0052] DieEindüsungsebene 2 istvon der Eindüsungsebene 1 inRichtung des Stoffstroms um den Abstand L1 beabstandet; die Eindüsungsebene 3 ist vonder Eindüsungsebene 2 inRichtung des Stoffstroms um den Abstand L2 beabstandet. Die Abstände L1 undL2 sind so gewählt,dass die Temperatur der Einsatzstoffe d und der Zwischenproduktee zwischen den Eindüsungsebenen 1 und 2 sowie 2 und 3 nichtunter eine vorgegebene Mindesttemperatur abfällt. Dadurch wird ein zusammenhängender Bereich 11 für die thermischeAbfallbehandlung geschaffen. Der Bereich 11 wird durchseine obere Grenze 9 und seine untere Grenze 10 begrenzt.Die obere Grenze 9 und die untere Grenze 10 sindIsotherme, das heißtFlächen,die die Mindesttemperatur fürdie thermische Abfallbehandlung aufweisen.
    [0053] Sofernder Reaktor zur Verbrennung zum Beispiel hausmüllähnlicher Abfälle dienensoll, so kann die Mindesttemperatur ca. 900 °C betragen. Zur Behandlung vonEinsatzstoffen, die Schmelzen bildende Stoffe wie Mineralien oderhöher schmelzende Metalleenthalten, muss eine deutlich höhereMindesttemperatur eingehalten werden, um ein Erstarren der Schmelzezu vermeiden. Dies ist insbesondere auch für die Behandlung von Abfällen derErdöl- undRaffinerieindustrie erforderlich, insbesondere zur thermischen Behandlungvon Metall- und Maschinenteilen, die erdölverschmutzt sind, sowie vonFilteranlagen und Filterkomponenten der Erdölindustrie.
    [0054] Sollenin dem Reaktor zum Beispiel PCB(polychlorierte Biphenyle)-haltigeEinsatzstoffe durch Oxidation und Überhitzung thermisch abschließend behandeltwerden und dort PCB als Leitkomponente des Einsatzstoffes vollständig aufgespaltenwerden, dann liegt die Mindesttemperatur, die zwischen den Eindüsungsebenennicht unterschritten werden darf, bei über 1 000 °C.
    [0055] DieAbständeL1 und L2 werden also in Abhängigkeitvon den zu behandelnden Einsatzstoffen gewählt. Je nach dem beabsichtigtenEinsatzgebiet liegen die AbständeL1 und L2 im Bereich von ca. 30 Zentimeter bis 1,5 Meter, vorzugsweiseim Bereich von 50 cm bis 1 m.
    [0056] Beiden Eindüsungselementenkann es sich um Sauerstofflanzen, Düsen, Brenner oder dergleichenhandeln, überwelche Luft, Sauerstoff, verschiedene Brenngase, Gasgemische und/oderFlüssigkeitenzugeführtwerden können,mit dem Ziel, die Temperatur fürdie thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe d auf einen gewünschtenWert einzustellen.
    [0057] Soferndie Zufuhr von Sauerstoff dafürnicht ausreichend ist, könnenauch Fremdbrenngase oder aus dem Reaktor gewonnene Überschussgase über dieEindüsungsmittelzugeführtwerden. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel verfügen dieEindüsungselemente 4, 5 und 6 über Stellvorrichtungen, über dieder Volumenstrom und/oder die Zusammensetzung der über einEindüsungselementeingedüstenreaktionsfähigenStoffgemisches eingestellt werden kann.
    [0058] Indem hier betrachteten Ausführungsbeispielsind die Eindüsungselemente 4 derobersten Eindüsungsebene 1 soangeordnet, dass eine Eindüsungdes reaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemisch in einem Winkel von 80 Grad zu der Vorzugsrichtung desStoffstroms erfolgt. Dies entspricht einem Winkel von 10 Grad zuder Normalen der Wandung 8 des Behälters 7.
    [0059] Entsprechendsind die Eindüsungselemente 5 derdarunter liegenden zweiten Eindüsungsebene 2 soangeordnet, dass die Eindüsungunter einem Winkel von 85 Grad erfolgt, das heißt, die Eindüsungselemente 5 schließen einenWinkel von 5 Grad mit der Flächennormalender Wandung 8 an.
    [0060] DieEindüsungselemente 6 deruntersten Eindüsungsebene 3 sindsenkrecht zu der Wandung 8 angeordnet, sodass die Eindüsung inden Stoffstrom unter einem 90-Grad-Winkelerfolgt.
    [0061] DieNeigung der Eindüsungselementezur Bildung eines spitzen Winkels mit dem Stoffstrom hat den Vorteil,dass eine Richtungskomponente des Impulses des eingedüsten Stoffsin Richtung des Stoffstroms zeigt, was dem Stoffstrom von Einsatzstoffend und Zwischenprodukten e förderlichist. Ein weiterer Vorteil der Neigung der Eindüsungselemente ist, dass dieseseinem Eindringen von Reaktormaterial in das betreffende Eindüsungselementvorbeugt. Ein weiterer Vorteil der Neigung ist, dass einer Verschmutzungoder Verstopfung der Eindüsungselementeentgegengewirkt wird.
    [0062] DerReaktor hat eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 13,die zur Steuerung der Stellvorrichtungen 12 und weitererin der 1 der Übersichtlichkeithalber nicht gezeigter Aggregate des Reaktors dient. Hierzu verfügt die SPS 13 über zumindesteinen Mikroprozessor zur Ausführungder Programmmodule 14 und 15. Ferner ist die SPS 13 miteiner Messeinrichtung 16, beispielsweise einem Temperatursensor,verbunden.
    [0063] Demin der 1 dargestellten Abschnitt des Reaktors ist eineGasreinigungsvorrichtung 17 nachgeschaltet, die Abwärme 18 ausder Gasreinigung zur Erhitzung der über die Eindüsungselemente 4, 5 und 6 einzudüsenden reaktionsfähigen Stoffeabgibt.
    [0064] BeimBetrieb des Reaktors werden Einsatzstoffe d in den Behälter 7 eingefüllt. Über dieEindüsungselementewird ein reaktionsfähigerStoff oder ein Stoffgemisch eingedüst, sodass sich ein zusammenhängenderBereich 11 herausbildet, in dem eine thermische Abfallbehandlungder Einsatzstoffe d stattfindet. Aufgrund der Wahl der Abstände L1 und L2zwischen den Eindüsungsebenenerreicht die Temperatur in dem zusammenhängenden Bereich 11 überall einenvorgegebenen Mindestwert.
    [0065] Indem Bereich 11 reagieren die Einsatzstoffe d mit den über dieEindüsungselemente 4, 5 und 6 eingedüsten reaktionsfähigen Stoffen,sodass Zwischenprodukte e und Endprodukte f gebildet werden. DieEndprodukte f verlassen den Bereich 11 in Richtung desStoffstroms des nach dem Gleichstromprinzip betriebenen Reaktors.
    [0066] Insbesonderebei problematischen Einsatzstoffen d, die aufgrund ihrer Kornverteilung,Kornform und/oder Korngröße zur Verdichtungoder Schichtung neigen, ist es vorteilhaft, einzelne Eindüsungselementeoder Gruppen von Eindüsungselementen, insbesondereder Eindüsungselementeverschiedener Eindüsungsebenen,oszillierend, intermittierend und/oder alternierend zu betreiben.Durch die zeitliche Veränderungdes überein Eindüsungselementin die Schüttungeintretenden Volumenstroms von reaktionsfähigen Stoffen kommt es zu einerAuflockerung und/oder einem Freiblasen der Poren in der Schüttung undsomit zu einer Vergrößerung desReaktionsraums. Dadurch kann eine bessere Ausbildung der Wirbelzonenin dem Bereich 11 erreicht werden sowie einer Strähnenbildungentgegengewirkt werden. Die entsprechende Ansteuerung der Stellvorrichtungen 12 derEindüsungselemente 4, 5 und 6 erfolgt durchdas Programmmodul 14 der SPS 13.
    [0067] Fernererhältdie SPS 13 von der Messeinrichtung 16 einen Messwert,beispielsweise einen Temperaturmesswert, aus dem die SPS 13 eineInformation überden Ab lauf der thermischen Abfallbehandlung in dem Bereich 11 ableitet.Beispielsweise lässtsich aus dem Temperaturmesswert die Temperatur in dem Bereich 11 zumindestnäherungsweise ableiten.
    [0068] DieseInformation wird von dem Programmmodul 15 genutzt, um dieZusammensetzung des reaktionsfähigenStoffgemischs zum Beispiel zur Beeinflussung des Reaktionsgleichgewichtsder in dem Bereich 11 ablaufenden thermischen Abfallbehandlungzu regeln. Hierzu kann das Programmmodul 15 die Stellvorrichtungen 12 derEindüsungselemente 4, 5 und 6 entsprechendansteuern.
    [0069] DieEndprodukte f werden in der Gasreinigungsvorrichtung 17 einerGasreinigung unterzogen. Die dabei erzeugte Abwärme 18 wird zur Erhitzung der über dieEindüsungselemente 4, 5 und 6 inden Bereich 11 eingedüstenreaktionsfähigenStoffe oder Stoffgemische verwendet. Dadurch lässt sich der Gesamtwirkungsgradder Anlage erhöhen.
    [0070] Vonwesentlichem Vorteil des Reaktors ist, dass sich der Bereich 11 über dieLänge LGin Richtung des Stoffstroms durch den Behälters 7 erstreckt, welchesdurch mehrere, beabstandete Eindüsungsebenenerreicht wird. Dadurch erfolgt eine intensive stoffliche Umsetzungin dem Bereich 11, welche auch die thermische Behandlungvon schwierigen Stoffen, einschließlich Erdöl und Raffinerieabfällen, ermöglicht.
    [0071] Vonbesonderem Vorteil ist dabei, dass aufgrund der Länge desBereichs 11 sowie der Anordnung der Eindüsungselemente 4, 5 und 6 inverschiedenen Eindüsungsebenen 1, 2 und 3 eineSträhnenbildungunterdrücktbzw. vollständigvermieden werden kann. Dieser positive Effekt wird noch durch die Steuerungder Eindüsungselemente 4, 5 und 6 durch dasProgrammmodul 14 verstärkt,da die oszillierende, intermittierende und/oder alternierende Eindüsung ebenfallsder Strähnenbildungentgegen wirkt.
    [0072] Die 2 zeigteine Ausführungsformdes Reaktors der 1 mit zwei Eindüsungsebenen 1 und 2 imQuerschnitt. Elemente der 2, die Elementender 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichengekennzeichnet.
    [0073] Indem hier betrachteten Ausführungsbeispielhat die Eindüsungsebene 1 eineAnzahl von vier Eindüsungselementen 4,die um den Querschnitt des Behälters 7 herumin Abständenvon 90 Grad angeordnet sind. Die Eindüsungsebene 2 weistebenfalls 4 voneinander um 90 Grad beabstandete Eindüsungselemente 5 auf.
    [0074] DieEindüsungsebenen 1 und 2 sinddabei um einen Winkel von 45 Grad gegeneinander versetzt, sodassdie Eindüsungselemente 5 derEindüsungsebene 2 diezwischen benachbarten Eindüsungselementen 4 derEindüsungsebene 1 gebildetenLückenabdecken. Alternativ könnenpro Eindüsungsebeneauch eine größere Anzahlvon Eindüsungselementenvorgesehen sein, wie zum Beispiel bis zu 24 Eindüsungselementepro Eindüsungsebene,wobei die Eindüsungselementeeiner Eindüsungsebenejeweils gleiche Winkel mit dem benachbarten Eindüsungselement der selben Eindüsungsebeneeinschließenund die Eindüsungsebenengegeneinander um einen bestimmten Winkel versetzt sind.
    [0075] Die 3 zeigtein weiteres Ausführungsbeispielmit zwei Eindüsungsebenen.Elemente der 3 sind wiederum mit denselbenBezugszeichen wie Elemente der 1 und 2 gekennzeichnet.
    [0076] Indem Ausführungsbeispielder 3 hat die Eindüsungsebene 1 dreiEindüsungselemente 4, diein Abständenvon 120 Grad am Umfang des Behälters 7 angeordnetsind.
    [0077] DieEindüsungsebene 2 hatdagegen neun Eindüsungsmittel 5,die in 40-Grad-Abständen angeordnetsind. Die Eindüsungsebenen 1 und 2 sindgegeneinander um 20 Grad versetzt, um die Lücken abzudecken.
    [0078] Generellist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Eindüsungselemente in Richtung desStoffstroms ansteigt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die letzteEindüsungsebeneam unteren Ende des Bereichs 11 die größte Anzahl von Eindüsungselementenaufweist, sodass jedenfalls hier etwaig noch nicht oder nicht vollständig thermischbehandelter Einsatzstoffe oder Zwischenprodukte vollständig umgesetzt werden.
    [0079] Die 4 zeigtein weiteres Ausführungsbeispiel,indem wiederum dieselben Bezugszeichen wie in den Ausführungsbeispielender 1, 2 und 3 füreinanderentsprechende Elemente verwendet werden.
    [0080] Indem Ausführungsbeispielder 4 haben die Eindüsungsebenen 1 und 2 jeweilsvier Eindüsungselemente 4 bzw. 5,die jeweils im Abstand von 90 Grad angeordnet sind. Die Eindüsungselemente 4 derEindüsungsebene 1 schließen fernereinen Winkel mit der Flächennormalender Wandung 8 ein, das heißt, die Eindüsungselemente 4 sindtangential gedreht angeordnet.
    [0081] Indem hier betrachteten Ausführungsbeispielbeträgtdieser Winkel 40 Grad; es sind jedoch auch kleinere odergrößere Winkelzwischen 0 und 90 Grad möglich.Durch die tangentiale Drehung der Eindüsungselemente erhält der eingedüste reaktionsfähige Stoffeine tangentiale Impulskomponente, was zu einer Verbesserung derVerwirbelung führt.
    [0082] DieEindüsungsebenen 1 und 2 sindhier um 60 Grad gegeneinander versetzt angeordnet.
    [0083] Die 5 zeigtein Ausführungsbeispielfür eineSteuerung der Eindüsungselemente 4 und 5 der Eindüsungsebenen 1 und 2.Das obere Diagramm zeigt die pro Zeiteinheit von den Eindüsungselementen 4 abgegebeneMenge reaktionsfähigemStoffs überder Zeitachse. Das untere Diagramm der 5 zeigtdasselbe fürdie Eindüsungselemente 5 derEindüsungsebene 2.
    [0084] Wieaus den Diagrammen der 5 ersichtlich, erfolgt die Eindüsung intermittierend,das heißt gepulst,mit unterschiedlichen Pulshöhen.Durch die Variation der Pulshöhenergibt sich insgesamt eine oszillierende Eindüsung, wobei die Eindüsung der Eindüsungsebene 2 gegenüber derEindüsungsebene 1 umeinen Winkel φ entsprechendeiner Zeit Δt phasenverschobenist.
    1 Eindüsungsebene 2 Eindüsungsebene 3 Eindüsungsebene 4 Eindüsungselement 5 Eindüsungselement 6 Eindüsungselement 7 Behälter 8 Wandung 9 obereGrenze 10 untereGrenze 11 Bereich 12 Stellvorrichtung 13 speicherprogrammierbareSteuerung (SPS) 14 Programmmodul 15 Programmmodul 16 Messeinrichtung 17 Gasreinigungsvorrichtung 18 Abwärme d Einsatzstoffe e Zwischenprodukte f Endprodukte LG Länge L1 Abstand L2 Abstand
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung vonEinsatzstoffen mit: – einemBehälter(7) zur Aufnahme der Einsatzstoffe, – Eindüsungsmittelnzur Ausbildung eines zusammenhängendenBereichs (11) fürdie thermische Abfallbehandlung der Einsatzstoffe in dem Behälter, wobeidie Eindüsungsmittelzumindest erste und zweite in Richtung eines Stoffstroms durch denBehälter voneinanderbeabstandete Eindüsungselemente(4, 5, 6) aufweisen.
    [2] Reaktor nach Anspruch 1, wobei es sich bei der thermischenAbfallbehandlung um eine Trocknung, Thermolyse, Pyrolyse, Vergasung, Überhitzung,Verbrennung und/oder Teilverbrennung handelt.
    [3] Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eindüsungselementezur Ausbildung zumindest erster und zweiter Eindüsungsebenen (1, 2, 3)angeordnet sind.
    [4] Reaktor nach Anspruch 3, wobei die Eindüsungselementeder zweiten Eindüsungsebeneversetzt bezüglichder Eindüsungselementeder ersten Eindüsungsebeneangeordnet sind.
    [5] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeizumindest eines der Eindüsungselementeim Wesentlichen senkrecht zu dem Behälter angeordnet ist.
    [6] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeizumindest eines der Eindüsungselementeeinen Winkel von größer 0 Gradund kleiner 90 Grad mit der Normalen des Behälters einschließt, vorzugsweiseeinen Winkel zwischen 20 Grad bis 80 Grad, insbesondere einen Winkelvon 40 Grad.
    [7] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeizumindest eines der Eindüsungsmittelin Richtung des Stoffstroms geneigt ist.
    [8] Reaktor nach Anspruch 7, wobei der Neigungswinkelbezogen auf die Normale zur Reaktorlängsachse zwischen 0 Grad und90 Grad, vorzugsweise zwischen 45 Grad und 2 Grad liegt.
    [9] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeisich die Anzahl der Eindüsungselementein Richtung des Stoffstroms vergrößert.
    [10] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidurch die Eindüsungselementeerste und zweite Eindüsungsebenengebildet werden, und jede der Eindüsungsebenen zwischen 4 und36 Eindüsungselementen,vorzugsweise 12 Eindüsungselemente,aufweist.
    [11] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie Eindüsungselementeeinzeln oder in Gruppen schaltbar, steuerbar und/oder regelbar sind.
    [12] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mitSteuerungs- und/oderRegelungsmitteln (13) zur kontinuierlichen, intermittierenden,oszillierenden und/oder alternierenden Eindüsung eines reaktionsfähigen Stoffsoder Stoffgemisches überdie Eindüsungsmittel.
    [13] Reaktor nach Anspruch 12, wobei die Steuerungs-und/oder Regelungsmittel zur phasenversetzten Eindüsung ausgebildetsind.
    [14] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeizumindest eines der Eindüsungselementeim Wesentlichen aus Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehen und zurKühlungmit einem Wärmeträgermediumausgebildet ist.
    [15] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeizumindest eines der Eindüsungselementeganz oder teilweise aus Keramik besteht.
    [16] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie Eindüsungsmittelzur Eindüsung einesgasförmigenund/oder flüssigenreaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemischs ausgebildet sind.
    [17] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeizumindest eines der Eindüsungselementeals Sauerstofflanze oder Sauerstoffdüse ausgebildet ist.
    [18] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie Eindüsungsmittelzur Eindüsung vonWasserdampf oder wasserdampfhaltigem Stoffgemisch ausgebildet sind.
    [19] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie Eindüsungsmittelzur Eindüsung vonKohlendioxid oder kohlendioxidhaltigem Gas ausgebildet sind.
    [20] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mitSteuerungs- und/oderRegelungsmitteln (13) zur Beeinflussung einer Zusammensetzungeines überdie Eindüsungsmittelin den BehältereinzudüsendenreaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemischs.
    [21] Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mitMitteln zur Erwärmungeines überdie Eindüsungsmittelin den BehältereinzudüsendenreaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemischs.
    [22] Reaktor nach Anspruch 21, wobei die Mittel zur Erwärmung desreaktionsfähigenStoffs oder Stoffgemischs zur Nutzung von Abwärme ausgebildet sind.
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