DE2848485A1

DE2848485A1 - Verfahren und vorrichtung zur pyrolyse von abfallstoffen

Info

Publication number: DE2848485A1
Application number: DE19782848485
Authority: DE
Inventors: Ralph Kidd; William Michael Fio Rito
Original assignee: Pan American Resources Inc
Current assignee: Pan American Resources Inc
Priority date: 1978-03-15
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1979-09-27
Also published as: FR2425031B1; FR2425031A1; GB2018283A; CA1113308A; GB2018283B; DE2848485C2; US4205613A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse von

Abfallstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pyrolyse von Abfallstoffen. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse von Abfallstoffen und Zurückgewinnung chemischer Stoffe und energieerzeugender Materialien hieraus.

Die Suche nach neuen Energiequellen wird immer wichtiger aufgrund der schnellen Erschöpfung vorhandener fossiler Brennstoffe. Eine der zukunftsweisenden Quellen für neue Energie sind Abfallstoffe, die zur Zeit beseitigt oder zerstört werden. Durch die Techniken der pyrolytischen Zersetzung lassen sich aber viele Arten von Abfallstoffen in energiereiche Brennstoffe wie brennbare Gase und Holzoder Aktivkohle oder als Kraftstoffe zu verwendenden Kohlenstoff umwandeln.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Bauarten von Vorrichtungen zum Pyrolysieren von Müll od r anderen Abfallprodukten vorgeschlagen. Viele dieser Einrichtungen funktionieren im Betrieb aber nicht, oder sind vom wirtschaftlichen Standpunkt aus unbrauchbar. Andere mögen zwar brauchbar sein,

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haben sich aber im kontinuierlichen Betrieb als unwirksam und unzuverlässig gezeigt. Weitere theoretisch attraktive haben sich in Herstellung, Einbau und im Betrieb als zu teuer herausgestellt.

Zu den erfolgreichsten Müllumwandlungsanlagen gehören Einrichtungen wie sie in den US Patentschriften 2 886 122; 2 993 843; 3 020 212 oder 3 098 458 beschrieben sind. Die dort genannten Einrichtungen sollen durch die Maßnahme nach der Erfindung nun wesentlich verbessert werden.[_^Es sollen nun Maßnahmen vorgeschlagen werden, durch die die Abfallstoffe wirksam und preiswert in energiereiche Brennstoffe wie brennbare Gase und als Kraftstoff zu verwendender Kohlenstoff umgewandelt werden und bei denen wertvolle chemische Nebenprodukte wie flüssige Creso(1)teere rückgewonnen werden sollen und wobei nach Inbetriebnahme eine Selbstunterstützung gegeben ist und fremde Energiequellen zum Pyrolysieren der Abfallstoffe nicht erforderlich sind. + = des Gehäuses in Verbindung mit

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Pyrolysieren von Abfallstoffen und zur Rückgewinnung Nutzenergie erzeugender Materialien hieraus, mit einem Gehäuse, einer drehbaren innerhalb des Gehäuses gelagerten Brennkammer, einer Brenneranordnung zum Erwärmen der Kammer, einem festen Einlaßkanal für Abfallstoffe an einem ersten Ende /der Brennkammer, einem festen Auslaßkanal an einem zweiten Ende des Gehäuses und in Verbindung mit der Brennkammer. Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Brenngasrückgewinnungs- und Rückführungssystem zum Rückgewinnen" brennbarer Gase aus der Brennkammer, zur Vermischung eines Teils der Gase unter Regelung mit Luft und zum Zuführen des so gebildeten gasförmigen Gemisches an das Brennersystem, wobei die Gasrückgewinnungs- und Rückführungseinrichtungen einen Gaseinlaß zur Aufnahme der brennbaren durch die Pyrolyse der Abfallstoffe innerhalb der Brennkammer erzeugten Gase aufweisen; einen Lufteinlaß zur Aufnahme von Luft aus der Atmosphäre außerhalb der Vorrichtung; eine Gasmischeinheit in Verbindung

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mit und zwischen dem Gaseinlaß und dem Lufteinlaß zum regelbaren Mischen der Luft mit den Verbrennungsgasen, wobei die Gasmischeinheit bei einem Druck niedriger als der Druck in der Brennkammer während der Pyrolysevorgänge gehalten wird, derart, daß die brennbaren Gase innerhalb der Brennkammer kontinuierlich veranlasst werden, gegen die Gasvermischungsleitung zu strömen, die die Gasmischeinheit und den Brenner zum Liefern des innerhalb der Mischereinrichtungen gebildeten Gemisches aus Luft und brennbaren Gasen an das Brennersystem liefern.

Die aus der Brennkammer rückgewonnenen brennbaren Gase werden genau in neuartiger Weise mit vorgewärmter der Atmosphäre entnommener Luft zur Erzeugung eines hochbrennbaren Gases vermischt, das verwendet werden kann, um die Pyrolyse der in die Vorrichtung eingeführten Abfallstoffe aufrecht zu erhalten.

Kondensation und Krustenbildung innerhalb der Gasrückführungsanordnung werden sorgfältig geregelt.

Die Brennkammer der Vorrichtung wird wirksam gegen die Atmosphäre durch eine neuartige Flüssigkeitsdichtungseinrichtung abgedichtet.

Die in die Brennkammer der Vorrichtung eingeführten Abfallstoffe werden in dieser gleichförmig über eine neuartige der Abfallverteilung dienende Unteranordnung verteilt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist robust, haltbar und im Betrieb sehr wirksam; rückgewonnen wird der prozentual größtmögliche Anteil an brauchbaren Produkten aus den Abfallstoffen.

Die Vorrichtung ist in der Herstellung preisxtfert, einfach zu bedienen und kann praktisch kontinuierlich bei minimalen

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Problemen und wenig Überwachung betrieben werden.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine teilgebrochene Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1 mit der Konstruktion des Gehäuses und der Materialverteilungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt längs 4-4 in Fig. 3 mit der Konstruktion des Einlaßendes der Vorrichtung;

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt längs 5-5 der Fig. 2 mit der Konstruktion des Austragsendes der Vorrichtung;

Fig. 6 einen stark vergrößerten Teilschnitt längs 6-6 der Fig. 4 mit der Konstruktion der Flüssigkeitsabdichteinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 7 einen Teilschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6; und

Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig. 6 längs 8-8 in Fig. 5, wobei die Dichtungseinrichtung am Austragsende der Vorrichtung besonders dargestellt ist.

Nach den Zeichnungen, insbesondere Fig.1-3, umfasst die Vorrichtung nach der Erfindung ein Gehäuse 10 auf einer Rahmenkonstruktion 12 sowie eine zylindrische Brennkammer oder Retorte 14, die innerhalb des Gehäuses 10 gelagert ist. Nach Fig. 3 hat das Gehäuse 10 einen gewölbten isolierten oberen Teil 10a und hiermit verbundene isolierte Seiten- und Bodenwandungen 10b bzw. 10c. Die verschiedensten Isolier-

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arten können zwar zum Isolieren der Wandungen des Gehäuses 10 verwendet werden, eine äußere Verkleidung aus feuerfesten Ziegelsteinen 16 oder derlgeichen, zusammen mit einer Innenauskleidung einer Hochtemperaturisolierung wie Steinwolle 18 hat sich jedoch als ziemlich zufriedenstellend gezeitigt.

Die Brennkammer 14 umfasst einen drehbaren röhrenförmigen Körper 20, der an jedem Ende durch erste und zweite Stirnplatten 22 und 24 verschlossen ist. Der Körper 20 erstreckt sich in Gehäuselängsrichtung 10, wobei die Endteile durch erste und zweite isolierte Stirnwandungen 26 und 28 (Fig. 1) vorstehen. Der Körper 20 ist nahe seinen Enden durch in Querrichtung unter Abstand angeordnete Trägerrollen 30 drehbar gelagert, die an jedem Ende des Rahmens 12 (Fig. 1 und 3) getragen sind.

Ein Ringzahnrad 32 ist um den Umfang des Körpers benachbart seinem ersten oder Einlaßende 20a vorgesehen. Wie am besten die Figuren 2 und 3 erkennen lassen, wird das Ringzahnrad 32 über unter Querabstand angeordnete Ritzel 33 angetrieben, die ihrerseits durch einen Antrieb mit Getriebesatz 34 und einem vom Rahmen getragenen Motor 36 variabler Geschwindigkeit angetrieben sind. Die verschiedensten Antriebsbauarten, deren Konstruktion und Arbeitsweise dem Fachmann bekannt ist, lassen sich verwenden, um die Retorte bei gewählten Drehgeschwindigkeiten entsprechend dem beabsichtigten Anwendungszweck zu drehen.

Nach Fig. 4 steht das Einlaßende 20a des Körpers der Brennkammer 14 durch eine Öffnung 38 in der cirnwand 26 des Gehäuses 10 vor. Wie ebenfalls Fig. 6 erkennen lässt, endet das Ende 20a in einem Umfangsflansch 4O mit einem nach außen sich erstreckenden Umfangszungenteil 42. Flansch 40 und Zunge 42 weisen Teile der Flüssigkeitsabdichtungseiririchtung der

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Vorrichtung auf, die, wie genauer auseinandergesetzt werden wird, dahingehend wirkt, die Zufuhr von Sauerstoff zur Brennkammer 14 und den Austritt der Gase aus dieser zu verhindern. Teil der Flüssigkeitsabdichtungseinrichtung bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein Umfangsflansch 44, der auf einer sich nicht drehenden ersten Endplatte 22 des Körpers 20 vorgesehen ist. Der Flansch 44 hat den gleichen Durchmesser wie der Flansch 40 und ist mit einer Umfangsnut 46 zur Aufnahme der Zunge 42 versehen. Der Flansch 44 hat eine glatte Rückseite 44a derartiger Auslegung, daß sie mit der Vorderseite 40a des Flansches 40 zusammenpasst, wenn die Stirnplatte 22 sich in einer Lage befindet, in der unter Abdichtung das vordere Ende des Körpers 20 verschlossen wird.

Verschraubbar mit dem Flansch 44 verbunden ist eine Flüssigkeitseinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Fluid unter Druck in die Nut 46 und zwischen die Flächen 40a und 44a der Flansche 40 und 44. Nach dieser in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist diese Einspritzeinrichtung in Form wenigstens eines Druckfitting 50 vorgesehen, das verschraubbar mit dem Flansch 44 verbunden ist. Das Fitting 50 hat einen Fluidkanal in Verbindung mit einem Kanal 52, der seinerseits mit der Nut 46 in Verbindung steht. Wie die Figuren 6 und 7 erkennen lassen, ist die Nut 46 geringfügig breiter als die Zunge 42, so daß, wenn ein Fluid 54 aus einer Fluidquelle unter Druck (nicht gezeigt) in die Nut 46 durch das Fitting 50 eingespritzt wird, es um die Zunge 42 strömt und tatsächlich einen Fluid-"O"-Ring bildet. Verschiedene Dichtungsfluide können als Dichtungsmedium verwendet werden; ein stark viskoses wärmebeständiges Material wie ein Fett auf Silikonbasis ist jedoch das Wünschenswerteste.

Ist die Stirnplatte 22 in der geschlossenen Stellung mittels einer Sperreinrichtung mit fluidbetätigten Zylindern 45 (Fig.1) befestigt und dreht der Körper 20 sich relativ zur Stirnplatte, so verhindert die genannte Dichtungseinrichtung wirksam die

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Zufuhr von Luft in die Brennkammer und schließt ein Entweichen der Gase aus dem vorderen Ende der Brennkammer aus.

Obwohl verschiedene Anordnungen verwendet werden können, um lösbar die Stirnplatten 22 und 24 gegen den Körperteil 20 mittels mechanischer oder hydraulischer Klemmeinrichtungen zu sichern, so hat sich doch die Verwendung fluidbetätigter Zylinder 45 der in den Zeichnungen gezeigten Art als sehr zufriedenstellend gezeigt. Die Zylinder 45 können luftbetätigt und so ausgebildet sein, daß sie am Körperteil 20 in Wirkzuordnung zu quer sich erstreckenden an der Stirnplatte 44 befestigten Sperrschienen 48 befestigbar sind. Eine ähnliche Sperranordnung sichert die Stirnplatte 24 gegen das Auslaßende des Körpers 20.

Wie Fig. 4 der Zeichnungen erkennen lässt, kann die Endplatte 22 zweckmäßig in Längsrichtung der Vorrichtung in einer Richtung vom Körperteil 20 fortbewegt werden; sie wird auf Rollen 56 getragen, die so ausgebildet sind, daß sie längs Schienen 58 auf der Trägerkonstruktion 12 rollen.

Durch die mittig vorgesehene Öffnung 60 in der Stirnplatte erstreckt sich ein Mülleinführrohr 62. Das Rohr 62 steht in die Brennkammer 14 ein wesentliches Stück vor und wirkt in zu beschreibender Weise mit einer Müllverteilereinrichtung zusammen, die besonders ausgelegt ist, damit gleichförmig der Müll innerhalb der Brennkammer verteilt wird. Nach der in den Zeichnungen dargestellten Verteilereinrichtung ist ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Element 64 innerhalb der Brennkammer benachbart dem vorderen Ende des Körpers 20 vorgesehen. Das Element 64 hat eine mittige Öffnung 65, die bezüglich des Einlaßrohrs 62 ausgerichtet und so ausgebildet ist, daß sie drehbar eine Vielzahl von unter Abstand angeordneten radial sich erstreckenden gekrümmten Schaufeln

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66, die in das Innere der Brennkammer vorstehen, trägt.

Nach Fig. 1 und 5 der Zeichnungen steht das Austragsende 20b des Körpers der Retorte oder Brennkammer 14 durch eine Öffnung

67 in der Stirnwand 28 des Gehäuses 10 vor. Auch nach Fig. 8 endet das Auslaßende des Körpers 20 der Brennkammer in einem Umfangsflansch 68 mit einer nach außen vorstehenden Umfangszunge 70. Flansch 68 und Zunge 70 umfassen auch Teile der Flüssigkeitsdichtungseinrichtung nach dieser Ausführungsform der Erfindung. Ebenfalls einen Teil der Dichtungseinrichtung bildet ein Umfangsflansch 74 auf der vorgenannten Stirnplatte 24. Dieser Flansch hat den gleichen Durchmesser wie der Flansch

68 und ist mit einer Umfangsnut 76 zur Aufnahme der Zunge 70 versehen. Der Flansch 68 hat eine glatte Rückseite 68a, die in die Vorderseite 74ades Flansches 70 passt, wenn die Stirnplatte 24 sich in der Stellung befindet, in der sie das Austragsende der Kammer 14 in der in Fig. 5 gezeigten Weise schließt.

Verschraubbar mit dem Flansch 74 verbunden ist wenigstens ein zweites Druckfitting 78. Das Fitting 78 bildet Teil der Flüssigkeitseinspritzeinrichtung nach der Erfindung und umfasst einen Fluidkanal in Verbindung mit einem Kanal 80, der seinerseits mit der Nut 76 in Verbindung steht. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist die Nut 76 breiter als die Zunge 70, so daß, wenn viskoses Hochtemperaturfluid 54 in die Nut 76 durch das Fitting 78 eingespritzt wird, es um die Zunge 70 strömt und so tatsächlich einen Fluid-"O"-Ring am Austragsende der Brennkammer bildet. Wenn die Endplatte 24 sich in der in den Zeichnungen gezeigten geschlossenen Stellung befindet und der Körper 20 sich relativ hierzu dreht, verhindern die so beschriebenen Dichtungseinrichtungen wirksam das Einführen von Luft in die Brennkammer und den Austritt der Gase über deren Austragsende.

Nach Fig. 1 wird die Endplatte 24 durch fluidbetätigte Zylinder 45 der vorher beschriebenen Art in Dichtungseingriff mit dem Körper 20 gehalten. Stelleinrichtungen in Form von Spannankern 83 sind am Austragsende der Brennkammer vorgesehen und richten die Platte 24 bezüglich des Körpers 20 aus.

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An dem oberen Umfang der Stirnplatte 24 ist ein Austragsstutzen 84 zum Auslaß eines Teils der Brenngase aus der Brennkammer entweder in die Atmosphäre, an einen Speichertank oder eine entfernt angeordnete Brenneinheit zur Stromerzeugung oder dergleichen vorgesehen. Am unteren Ende der Endplatte 24 befindet sich eine Austragsöffnung 86 aus massivem Material zum Austrag der Feststoffe wie ganzen Kohlenprodukten oder chemischen Nebenprodukten aus der Brennkammer.

Einen wichtigen Teil der Vorrichtung nach der Erfindung bildet eine Brenngasrückgewinnungs- und -rückführungseinrichtung. Diese Einrichtung wirkt dahingehend, daß sie die Verbrennungsgase, die aus den in der Brennkammer verbrauchten Materialien entweichen, auffängt und gegen eine Mischkammer leitet, in der diese in genauen Anteilen mit außerhalb der Vorrichtung angesaugter Luft vermischt. In zu beschreibender Weise wird die Luft regelbar vorgewärmt und mit den Brenngasen in Mischkammer zur Erzeugung einer hochbrennbaren Mischung vermischt, die gegen ein Brennerrohr 90 geleiet wird, die in Längsrichtung des Gehäuses 10 sich erstreckt und hinter und unter der Brennkammer 14 angeordnet ist.

Nach Fig. 2 ist das Brennerrohr 90 aus zwei miteinander verbundenen Abschnitten 90a und 90b aufgebaut, die von der Mitte der Einheit in Längsrichtung hiervorn unter den Körper 20 der Brennkammer reichen. Über die Länge des Rohres 90 ausgebildet sind eine Vielzahl horizontal angeordneter Öffnungen 92. Wie Fig. 3 erkennen lässt, sind diese Öffnungen so angeordnet, daß die Brenngase 94 innerhalb des Rohres ⁰^¹ gegen die Unterseite des Körpers 20, während dieser sich ,nnerhalb des Gehäuses 10 dreht, geleitet werden.

Nach der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gasrückgewinnungs- und -rückführeinrichtung Gasmischeinrichtungen mit einer Gasmischkammer 96;'Gaseinlaßoder Rückgewinnungseinrichtungen zum Rückgewinnen der innerhalb

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der Brennkammer erzeugten Gase und zu deren Einführung in die Mischkammer; außerdem Lufteinlaßeinrichtungen zur Aufnahme von Luft von außerhalb der Vorrichtung. Die Gasmischeinrichtung umfasst auch Verbindungseinrichtungen, die die Mischeinrichtungen mit dem Brennerrohr 90 verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindungseinrichtung in Form eines kegelstumpfförmigen röhrenförmigen Elementes 98 vorgesehen, das zwischen Brennkammer 96 und Brennerrohr 90 angeordnet ist. Die besondere Konstruktion des Elementes 90 erzeugt eine Venturiwirkung, die einen negativen Druck innerhalb der Kammer 96 bezogen auf den Druck innerhalb der Kammer 14 aufrecht erhält und den Gasstrom innerhalb der Gas- und Lufteinlaßeinrichtungen gegen die Mischkammer drückt.

Ebenfalls nach Fig. 1 umfasst die Gasansaugeinrichtung nach dieser Ausführungsform der Erfindung eine Brenngasansaughaube 100, die innerhalb der Brennkammer 14 angeordnet ist, sowie eine längliche Gasleitung 102, die die Haube 100 mit der Mischkammer 96 verbindet.

Nach Fig. 1 tritt die Leitung 102 durch die Öffnung 104 in der Stirnplatte 24, nach unten außerhalb der Brennkammer und dann nach innen in das Gehäuse 10 durch eine öffnung 106 in der Stirnwand 28. In ihrem Verlauf in Längsrichtung des Gehäuses 10 ist die Leitung 102 eng benachbart der Brennkammer angeordnet, so daß die hier durchströmenden Brenngase bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von 1650 bis 2100 C (3000 bis 4000⁰F) erhalten werden.

Die Lufteinlaßeinrichtung nach der Erfindung umfasst ein längliches Rohr 108, das die Mischkammer 96 mit der Außenatmosphäre verbindet. Die Leitung 108 steht durch eine öffnung 110 in der Vorderwand 26 des Gehäuses 10 vor,erstreckt sich in Längs-

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richtung der Vorrichtung unter die Brennkammer, im wesentlichen über deren gesamte Länge und läuft dann zurück zur Verbindung mit der Kammer 96. Aufgrund der neuartigen Konfiguration der Leitung 108 wird die durchströmende Luft durch die Brennkammer auf eine vorbestimmte erhöhte Temperatur von mehr als 1090⁰C (200O⁰F) erwärmt, was optimal zu deren Vermischung mit den in die Mischkammer strömenden Brenngasen ist. Abhängig von der Art der innerhalb der Vorrichtung zu pyrolysierenden Materialien, lassen sich Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder andere Gasgemische bei regelbaren Drücken in die Mischkammer über die Leitung 108 einführen.

Durch Verändern der Größe der Leitungen 102 und 108, durch Verändern der Gestalt des Verbindungsteils 98 und durch Verwendung erforderlichenfalls vorzusehender geeigneter Venti!anordnungen kann das Gemisch des Brenngases mit Luft oder anderen von außen erhältlichen Gasen sorgfältig zur Erzeugung optimaler Pyrolysebedingungen geregelt werden.

Arbeitsweise

Sind die Stirnpaltten 22 und 24 in geschlossener Stellung gegen den Körper 20 durch fluidbetätigte Zylinder 45 befestigt, so beginnt aufgrund der Betätigung durch den Motor 36 eine Drehung des Körperteils 20. Im Normalbetrieb unterhält sich die Pyrolyse innerhalb der Vorrichtung nach der Erfindung selbst. Beim anfänglichen Anlaufen jedoch,muß ein brennbares Gas wie Erdgas aus einer äußeren Quelle verwendet werden, um die Brennkammer oder Retorte auf eine Temperatur zu bringen, bei der das zunächst in die Brennkammer eingeführte Material pyrolysiert. Während der Anlaufphase wird also Erdgas aus einem Gasspeichersystem oder irgend einer anderen Erdgasquelle direkt in die Brennerleitung 90 eingespeist und gezündet. Sobald die Temperatur der sich drehenden Retorte ausreicht, um die Abfallstoffe zu zünden und deren Pyrolyse aufrecht zu erhalten, wird der Erdgasstrom zur Brennerleitung 90 unterbrochen.

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Die innerhalb der Vorrichtung zu pyrolysierenden Abfallstoffe können in Form von Holzabfällen aus Sägewerken oder in einer weiten Vielfalt industriellen oder kommunalen Mülls vorliegen. Typischerweise wird der Abfallstoff unabhängig von seiner Form in das Einlaßrohr 62 aufgrund von Schwerkraft aus einem Materialspeicherbehälter eingeführt. Die Abfallstoffe werden dann in die Brennkammer bei geregelter Geschwindigkeit mittels eines mechanisch oder hydraulisch betätigten Kolbens gebracht, der innerhalb des Einlaßrohres 62 hin und her geführt wird. Da die Abfallstoffe in die Brennkammer über das Einlaßrohr 62 eingegeben werden, treffen sie auf gekrümmte Schaufeln 66 auf und, sobald der Körper 20 sich dreht, werden sie gleichförmig innerhalb des Innern der Brennkammer verteilt.

Während der Pyrolyse der Abfälle innerhalb der Brennkammer wird ein Teil der erzeugten Brenngase nach oben durch die Haube 100 abgezogen und durch die Leitung 102 zu einer Mischkammer 96 überführt. Gleichzeitig wird Luft oder ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff oder einem anderen Speisegas aus der Atmosphäre oder von einer äußeren Quelle über die Leitung gegen die Mischkammer 96 gesaugt. Wie erwähnt, ergeben sich die relative Größe und die Anordnung der Leitungen 102 und 108 als Optimale durch Mischung der Brenngase und der Luft oder anderen Speisegases unter Bildung eines stark brennbaren gasförmigen Gemisches. Das Gemisch wird in die Brenneranordnung 90 durch ein kegelstumpfförmiges Element 98 eingeführt. Während das hochbrennbare gasförmige Gemisch brennt, werden dessen Flammen durch die Öffnungen 9 2 in der Leitung 90 längs der gesamten Bodenfläche des sich drehenden Körperteils 20 der Brennkammer geleitet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Elementes 98 wird eine Venturiwirkung aufgebaut, wodurch die Kammer 9 6 dauernd auf einem negativen Druck bezüglich des Umgebungsdrucks innerhalb der Brennkammer erhalten

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wird. Dieser negative Druck innerhalb der Kammer 96 veranlasst die Brenngase sowie die Luft oder anderes Speisegas, das außerhalb der Einheit aufgenommen wird, bei vorgeschriebener Geschwindigkeit durch die Leitungen 102 bzw. 108 gegen die Kammer 96 zu strömen.

Sobald die Brennkammer Arbeitstemperatur erreicht hat, werden ausreichend Brenngase innerhalb der Vorrichtung erzeugt, um mehr als die Pyrolyse des in die Brennkammer durch die Leitung 62 eingeführten Materials aufrecht zu erhalten; die Vorrichtung läuft von selbst.

Wie Fig. 2 am besten erkennen lässt, sind Anordnung und Form der Leitung 108 so, daß aus der Umgebung abgesaugte Luft, die durch die Leitung 108 gegen die Brennkammer 96 strömt, durch die aus der Brennkammer abgestrahlte Wärme auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, die nahe der Temperatur der aus der Brennkammer abgezogenen Gase, die durch die Leitung 102 in die Mischkammer 96 eintreten, liegt. Diese Vorwärmung der Luft oder eines anderen Speisegases, gekoppelt mit einer genauen Kontrolle der relativen Mengen an Luft und zu vermischenden Brenngasen erzeugt ein hochbrennbares Gasgemisch. Die Vorwärmung der Luft dient auch dazu, wirksam Kondensationsprobleme zu regeln, die sonst aus der Kondensation von Wasserdampf in Luft während der Mischvorgänge resultieren. Weiterhin dient der Vorwärmschritt dazu, die unerwünschte Bildung von Krusten und Zunder auf den Wandungen der Gasleitungen und der Mischkammer, die sonst auftreten, zu kontrollieren.

Wegen des sehr hohen Arbeitswirkungsgrades der Vorrichtung nach der Erfindung reicht die Menge an innerhalb der Brennkammer erzeugten Brenngasen nicht nur zur Aufrechterhaltung der Pyrolyse des eingeführten Abfalls aus, reicht vielmehr auch aus, um die kontinuierliche Entfernung eines Teils dieser Brenngase durch die Auslaßeinrichtungen 84 z'u ermöglichen.

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Diese zusätzlichen Gase, die von der Vorrichtung abgezogen werden, können in einen abgelegen angeordneten Behälter eingeführt werden oder können alternativ direkt in eine Hilfsenergie erzeugende Einheit wie einen Dampfgenerator oder dergleichen eingespeist werden.

Zusätzlich zu den an Überschußenergiereichen durch die Vorrichtung erzeugten Gasen werden energiereiche Materialien wie Holz- oder Knochenkohle (char) oder als Kraftstoff zu verwendender Kohlenstoff (fuel carbon) auch kontinuierlich hergestellt. Diese Materialien werden von der Vorrichtung über die Austragsleitung 86 entfernt und werden in Praxis auf einer Fördereranordnung abgelegt, die so ausgebildet ist, daß sie sie zu einer entfernt befindlichen Stelle zum Kühlen und anschließender Verpackung und Versendung als energieerzeugender Brennstoff transportiert.

Abhängig von den zu pyrolysierenden Abfallstoffen läßt sich eine große Vielfalt sehr brauchbarer chemischer Nebenprodukte wie Creso(l)teer (cresotars) auch durch die Vorrichtung erzeugen und durch den Austragsaus laß 86 schnell wieder gewinnen.

Während die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet, verhindert die neuartige Flüssigkeitsdichtungseinrichtung zum Abdichten der Stirnplatten der Brennkammer gegen den Körper 20 in wirksamer Weise das unerwünschte Einführen von Luft in die Brennkammer und schließt gleichzeitig das Entweichen von Brenngasen hieraus aus. Möglich wird hierdurch eine Kontrolle der Pyrolyse der Abfallstoffe; selbst in bevölkerten Gegenden kann die Vorrichtung installiert und sicher betrieben werden.

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Die Maßnahmennach der Erfindung zeitigen also nicht nur die eingangs genannten Vorteile: geschaffen wird auch ein Verteilungssystem für Abfallstoffe, um innerhalb der Brennkammer gleichförmig eingeführte Abfälle zu verteilen. Zum erstenmal wird das hochwirksame selbst ablaufende kontinuierliche Verarbeiten brennbarer Materialien unter luftdichten Bedingungen durchgeführt, um hierbei in wirtschaftlicher Weise äußerst nützliche chemische Nebenprodukte wie energiereiche Materialien z.B. brennbare Gase und Kraftstoff-Kohle zu erhalten. Dies ist vor allen Dingen auf die speziell ausgelegte drehbare Brennkammer zurückzuführen sowie auf die Einrichtungen zum Abziehen eines Teils der durch Pyrolyse der Abfallmaterialien erzeugten Brenngase, wobei diese Gase mit vorgewärmter Luft in sorgfältig geregelten Anteilen vermischt werden und dann das hochbrennbare Gasgemisch zur Aufrechterhaltung der Pyrolyse innerhalb der Brennkammer verwendet wird.

Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

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Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse von Abfallstoffen

PATENTANSPRÜCHE

1, Vorrichtung zur Pyrolyse von Abfallstoffen unter Rückgewinnung von nutzenergieerzeugenden Materialien hieraus, mit einem Gehäuse, einer drehbaren innerhalb des Gehäuses gelagerten Brennkammer, Brennereinrichtungen zum Erwärmen der Kammer, einem festen Abfallstoffeinlaßkanal an einem ersten Ende des Gehäuses in Verbindung mit der Brennkammer und einem festen Auslaßkanal an einem zweiten Ende des Gehäuses in Verbindung mit der Brennkammer, gekennzeichnet durch eine Brenngasrückgewinnungs- und -rückführungseinrichtung zum Rückgewinnen von Brenngasen aus der Brennkammer, zum regelbaren Vermischen eines Teiles der Gase mit Luft und zum Liefern des gasförmigen so gebildeten Gemisches an die Brennereinrichtung, wobei diese Gasrückgewinnungs- und Rückführeinrichtung umfasst

a) Brenngaseinlaßeinrichtungen zur Aufnahme der durch die Pyrolyse der Abfallstoffe innerhalb der Brennkammer erzeugten

brennbaren Gase;

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ORIGiNAL INSPECTED

b) Speisegaseinlaßeinrichtungen zur Aufnahme von Sauerstoff enthaltenden Speisegasen von außerhalb der Vorrichtung; und

c) Gasmischereinrichtungen zwischen Brenngaseinlaßeinrichtung und Zuführungsgaseinlaßeinrichtung in Verbindung hiermit, zum regelbaren Vermischen des Zuführungsgases mit den Brenngasen, wobei die Gasmischereinrichtung Mittel zum Liefern des Gemisches aus Brenn- und Zuführungsgasen an die Brennereinrichtung umfasst und auf einen Druck gehalten ist, der geringer als der Umgebungsdruck innerhalb der Brennkammer während der Pyrolysevorgänge ist, wodurch Brenngase innerhalb der Brennkammer kontinuierlich veranlasst werden, gegen die Gasmischereinrichtung zu strömen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsgaseinlaßeinrichtung Heizeinrichtungen umfasst, die das Zuführungsgas auf eine bestimmte erhöhte Temperatur vor deren Einführung in die Gasmischereinrichtung erwärmen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischereinrichtung umfasst:

a) eine Mischkammer in Verbindung mit der Brenngaseinlaßeinrichtung und der Zuführungsgaseinlaßeinrichtung; und

b) einen im wesentlichen konisch ausgebildeten röhrenförmigen Verbinder zwischen Mischkammer und Brennereinrichtung.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gek. .durch Auslaßeinrichtungen, die außerhalb der Vorrichtung einen Teil der durch die Pyrolyse der Abfallstoffe erzeugten Gase ausschiebt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Abfallstoffverteilereinrichtungen innerhalb der Brennkammer zur Aufnahme von Abfallstoff aus dem Abfalleinlaß-

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kanal und zu dessen gleichförmiger Verteilung innerhalb der Brennkammer, während die Kammer sich dreht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abfallverteilereinrichtung umfasst:

a) ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Element,

das innerhalb der Brennkammer benachbart von deren erstem Ende befestigt ist, wobei das Element eine mittige mit dem Einlaßkanal ausgerichtete Öffnung aufweist;und

b) eine Vielzahl unter Abstand angeordneter im wesentlichen radial sich erstreckender gekrümmter am zylindrisch ausgebildeten Element fester Schaufeln, die in das Innere der Brennkammer vorragen.
7. Vorrichtung zum Pyrolysieren von Abfallstoffen und zur Rückgewinnung von nutzenergieerzeugenden Materialien und chemischen Nebenprodukten hieraus, gekennzeich net durch

a) ein Gehäuse;

b) eine Brennkammer mit einem drehbaren Körper innerhalb des Gehäuses, die sich in seiner Längsrichtung erstreckt;

c) Brennereinrichtungen innerhalb des Gehäuses unter dem Körper der Brennkammer zur regelbaren Erwärmung des Körpers;

d) Einrichtungen, um den Körper der Brennkammer in Drehung zu versetzen;

e) einen festen Einlaßkanal für Abfallstoffe, der am ersten Ende des Gehäuses in Verbindung mit der Brennkammer gelagert ist;

f) Abfallverteilereinrichtungen innerhalb des Körpers der Brennkammer benachbart des Einlaßkanals für die Abfallstoffe zur Aufnahme von Abfall aus dem Einlaßkanal und zu dessen gleichförmiger Verteilung innerhalb des Brennkammerinneren;

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g) durch einen festen an einem zweiten Ende des Gehäuses in Verbindung mit der Brennkammer angebrachten Auslaßkanal ;

h) Brenngaseinlaßeinrichtungen in Zuordnung zur Brennkammer zur Aufnahme von Brenngasen, die aus der Pyrolyse der Abfallstoffe hierin erzeugt wurden;

i) eine Gasmischkammer zwischen und in Verbindung mit der Gaseinlaßeinrichtung und der Brennereinrichtung, wobei die Kammer auf einem negativen Druck bezüglich des Drucks der Brennkammer gehalten ist; und

j) Luftzuführungseinrichtungen, die wirksam mit der Gasmischkammer zum Abziehen von Luft aus der Atmosphäre verbunden sind, um regelbar die Luft auf eine bestimmte erhöhte Temperatur zu erwärmen und regelbar die Luft der Gasmischkammer zuzumessen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer ' erste und zweite Stirnplatten umfasst, die unter Abdichtung mit dem Körper verbunden sind, wobei die erste Stirnplatte eine mittige öffnung hierin zur Verbindung mit dem festen Einlaßkanal aufweist und die zweite Endplatte eine Öffnung hierin aufweist, die mit dem Auslaßkanal in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsabdichtungseinrichtung zum Abdichten der ersten und zweiten Endplatten gegen den Körper der Brennkammer.
10. Vorrichtung zum Pyrolysieren von abfallstoffen und zur Rückgewinnung von nutzenergieerzeugenden Materialien sowie chemischen Nebenprodukten hieraus, gekennzeichnet durch

a) ein Gehäuse;

b) eine Brennkammer mit

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1) einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Körper zur Drehung innerhalb des Gehäuses, wobei der Körper wenigstens ein offenes- Ende mit einem Umfangsflanschteil hierauf aufweist;

2) eine erste auf dem Gehäuse gelagerte Endplatte, die im wesentlichen das offene Ende des Körpers abdeckt, wobei die erste Endplatte einen Umfangsflansch derartiger Ausbildung hierauf aufweist, daß er unter Abdichtung den Flansch auf dem offenen Ende des Körpers erfasst, wobei einer dieser Flansche auf dem Körper sowie diese Endplatte eine hierin ausgebildete Umfangsnut aufweist und der andere dieser Flansche eine in Umfangsrichtung verlaufende nach außen sich erstreckende Zunge derartiger Ausbildung aufweist, daß sie innerhalb der auf dem einen Flansch ausgebildeten Nut aufgenommen wird;

c) Einrichtungen zum Einführen eines Fluids in die Nut;

d) Einrichtungen, um den Körper der Brennkammer in Drehung zu versetzen;

e) Brennereinrichtungen innerhalb des Gehäuses unterhalb des Körpers der Brennkammer zur regelbaren Erwärmung des Körpers;

f) einen festen Einlaßkanal für Abfallstoffe an dem ersten Ende des Gehäuses in Verbindung mit dem Körper der Brennkammer;

g) einen festen Auslaßkanal an einem zweiten Ende des Gehäuses in Verbindung mit dem Körper der Brennkammer;und

h) eine Gasrückgewinnungs- und Rückführungseinrichtung mit:

1) einer Gasmischkammer;

2) Einrichtungen zum Einführen von in der Brennkammer erzeugtem Gas in die Mischkammer;

3) Einrichtungen zum Einführen von Luft in die Mischkammer; und

4) Einrichtungen zur Verbindung von Mischkammer und Brennereinrichtung, wobei die Mischkammer auf einem negativen Druck,bezogen auf den Druck innerhalb der Brennkammer, gehalten wird und diese Gasrückführungs- und Rückgewinnungs-

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einrichtung so ausgebildet ist, daß sie brennbare Gase aus der Brennkammer rückgewinnt und unter Regelung einen Teil der Gase mit Luft vermischt und dann das so gebildete gasförmige Gemisch der Brennereinrichtung zuführt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die die Luft innerhalb der Mittel zum Einführen von Luft in die Mischkammer vorwärmen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Verteilereinrichtungen für Abfallstoffe innerhalb des Körpers der Brennkammer zur gleichförmigen Verteilung von Abfallstoffen innerhalb des Brennkammerinneren.
13. Flüssigkeitsdichtungseinrichtung zur Bildung einer Dampfdichtung zwischen zusammenpassenden Elementen, gekennzeichnet durch

a) ein erstes Element mit einem in Umfangsrichtung sich erstreckenden eine Planarflache bildenden Flansch;

b) ein zweites Element mit einem in Umfangsrichtung sich erstreckenden eine Planarfläche bildenden Flansch derartiger Ausbildung, daß unter Passung die Fläche auf dem ersten Element erfasst wird, wobei einer dieser Flansche auf den ersten und zweiten Elementen eine hierauf ausgebildete Nut aufweist und der andere dieser Flansche eine hierauf ausgebildete Zunge umfasst, die so ausgebildet ist, daß sie innerhalb der Nut des anderen Flansches aufgenommen wird; und

c) durch Einrichtungen zum Einführen von Fluid unter Druck in die Nut.
14. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e kennz eichnet, daß das erste Element fest ist und das zweite Element bezüglich des ersten drehbar ist.

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15. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Flansche von Ringgestalt sind.
16. Verfahren zum kontinuierlichen Pyrolysieren von Abfallstoffen und zur Rückgewinnung von brauchbaren energieerzeugenden Materialien und chemischen Nebenprodukten hieraus, gekennzeichnet durch

a) kontinuierliches Einführen der zu pyrolysierenden Abfallstoffe in eine Brennkammer;

b) Erhöhen der Temperatur der Brennkammer auf eine Temperatur, die ausreicht, die Abfallstoffe zu pyrolysieren;

c) Abziehen eines Teiles der durch die Pyrolyse der Abfallstoffe erzeugten Materialien aus der Brennkammer;

d) Abziehen von sauerstoffenthaltendem Gas von einem Bereich außerhalb der Brennkammer;

e) Erhöhen der Temperatur des sauerstoffenthaltenden Gases auf etwa die Temperatur der Brenngase;

f) regelbares Mischen der Brenngase und des sauerstoffenthaltenden Gases zur Erzeugung eines brennbaren gasförmigen Gemisches; und

g) Verbrennen des gasförmigen so gebildeten Gemisches zur Erwärmung der Brennkammer.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß aus der Brennkammer ein Teil der Brenngase entfernt wird und diese Gase zur späteren Verwendung an einen Speicherbehälter transportiert werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß als sauerstoffenthaltendes Gas Luft verwendet wird, die von außerhalb der Brennkammer gesaugt wird und bei dem diese Luft durch Strahlung aus der Brennkammer vor der Vermischung mit Brenngas erwärmt wird.

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