Gleichstrom-Schacht-Reaktor

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Schacht-Reaktor zum Schmelzen und Vergasen von Einsatzstoffen unterschiedlicher Art und Konsistenz, wie schadstofffreie und/oder schadstoffbelastete Hölzer, Haus- und Sperrmüll, Ersatzbrennstoffe, pelletierte Stäube bzw. Tiermehl, Kunststoffe, Industrie- und Gewerbeabfallstoffe.

[0002] In Schacht-Reaktoren kann ein Synthesegas, welches zur Erzeugung von elektrischer Energie sowie Wärme geeignet ist und/oder als Basis für Syntheseprozesse Verwendung findet, erzeugt werden. Als festes Produkt entsteht eine nichtauslaugbare Schlacke oder eine Asche und eine stofflich weiterverarbeitbare Metallphase oder eine nichteluierbare flüssige Phase, welche für eine weitergehende Verarbeitung zur Verfügung steht.

[0003] In DE 100 07 115 A1 ist ein Reaktor zum Vergasen und/ oder Schmelzen von Einsatzstoffen mit einem Zuführ-, Pyrolyse-, Schmelz- und Überhitzungsabschnitt beschrieben. Der Pyrolyseabschnitt weist eine Querschnittserweiterung als Gaszuführraum auf, in den mindestens eine Brennkammer mit mindestens einem Brenner mündet, durch welche heiße Verbrennungsgase einem sich ausbildenden Schüttkegel zugeführt werden. Des weiteren werden energiereiche Medien mittels oberen und unteren Eindüsungsmitteln im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone sowie oberhalb der Schmelze mittels Sauerstofflanzen und/oder Düsen eingebracht. Im Bereich der Schmelze befindet sich eine einseitig angeordnete Gas-Abführeinrichtung, durch die je nach Art des Einsatzmaterials beispielsweise Synthesegase abgeführt werden können. Durch das Absaugen von Gasen in diesem Bereich entstehen innerhalb des Schachtkörpers in der Nähe der Absaugung Strömungen. Hierdurch wird die Schmelzzone innerhalb des Einsatzmaterials in Richtung der Gas-Abführeinrichtung verschoben. Dies hat zur Folge, dass das Einsatzmaterial über dem Querschnitt des Schachtkörpers ungleichmäßig aufschmilzt. Hierdurch sinkt der Wirkungsgrad des Schacht-Reaktors. Ferner werden beim Absaugen des Gases feine Partikel mitgerissen, die zu störenden Ablagerungen in Leitungen der Gas-Abführeinrichtung führen können. Zur Weiterverarbeitung der Synthesegase sind daher aufwendige Filteranlagen erforderlich.

[0004] Aus DE 27 47 571 A und US 4,813,174 ist jeweils ein Gleichstrom-Schacht-Reaktor zum Schmelzen und Vergasen von Einsatzmaterial bekannt, der einen vertikalen Schachtkörper aufweist, an den sich ein Aufnahmekörper zur Aufnahme von geschmolzenem Einsatzmaterial anschließt. Mit dem Aufnahmekörper ist eine Gasabführeinrichtung verbunden, die mehrere mit dem Aufnahmekörper verbundene Gasabführleitungen aufweist, die in eine kreisringförmige Ringleitung münden. Über die Ringleitung werden die Gasabführleitungen zu einer gemeinsamen Gasleitung zusammengeführt, um das abgeführte Gas einer weiteren Nutzung zuzuführen.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleichstrom-Schacht-Reaktor zu schaffen, bei welchem die Beeinflussung der Temperaturbereiche im Schachtkörper durch die Gasabfuhr möglichst gering ist.

[0006] Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

[0007] Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Schacht-Reaktor zum Schmelzen und Vergasen von Einsatzmaterial, weist einen vertikalen Schachtkörper auf, in den über eine Schleusenanordnung Einsatzmaterial zugeführt wird. Innerhalb des Schachtkörpers wird das Einsatzmaterial getrocknet, erwärmt und vergast. Der Schachtkörper lässt sich somit üblicherweise in die Bereiche Trockenzone, Entgasungszone und Vergasungszone unterteilen. An den Schachtkörper schließt sich ein Aufnahmekörper an, der zur Aufnahme von geschmolzenem Einsatzmaterial dient. Innerhalb dieses Körpers ist die Schmelzzone des Reaktors ausgebildet. Der Schachtkörper und/oder der Aufnahmekörper sind mit einer Gas-Abführeinrichtung zum Abführen der innerhalb des Reaktors erzeugten Nutzgase verbunden. Insbesondere ist die Gas-Abführeinrichtung im Bereich zwischen dem Schachtkörper und dem Aufnahmekörper angeordnet. Die Gas-Abführeinrichtung weist mehrere mit dem Schachtkörper und/oder dem Aufnahmekörper verbundene Gas-Abführleitungen auf. Die Gas-Abführleitungen werden zu einer gemeinsamen Gasleitung zusammengeführt.

[0008] Die Zusammenführung zu einer gemeinsamen Gasleitung erfolgt erfindungsgemäß über eine, in Strömungsrichtung gesehene, Querschnittserweiterung einer Ringleitung zum Gasabgang hin. Dadurch ergeben sich bei zunehmender Zusammenführung der Gasmengen im Wesentlichen gleiche Gasgeschwindigkeiten und damit gleiche Druckverluste. Das Nutzgas wird so bei jeder Gas-Abführleitung gleichartig abgesaugt, so dass sich im Reaktor ein gleichmäßiges Druckprofil ausbildet und bevorzugte Strömungskanäle vermieden werden. Ein unsymmetrisches Reaktions- und Temperaturprofil in einer horizontalen Ebene des Reaktors wird somit vermieden, so dass die Beeinflussung der Temperaturbereiche im Schachtkörper durch die Gasabfuhr gering ist. Über die gemeinsame Gasleitung wird das abgeführte Gas seiner weiteren Nutzung zugeführt.

[0009] Das gleichmäßige Druckprofil wird insbesondere erreicht, indem die Gas-Abführleitungen regelmäßig angeordnet sind und zunächst über die Ringleitung zusammengeführt werden. Dadurch stellt sich in der Ringleitung eine Vergleichmäßigung der Gasgeschwindigkeiten ein und die Gefahr, dass sich die Temperaturzonen in Richtung der Gas-Abführleitungen verschieben, wird weiter verringert.

[0010] In einer bevorzugten Ausführung sind die Gas-Abführleitungen nach oben, insbesondere senkrecht nach oben, ausgeführt. Auf Grund der örtlich verringerten Strömungsgeschwindigkeit und dadurch, dass das Nutzgas entgegen der Schwerkraft strömt, können mit der Strömung mitgerissene Partikel abgetrennt werden. Indem ferner die gemeinsame Gasleitung zwischen zwei Gas-Abführleitungen am oberen Teil der Ringleitung angeschlossen wird, wird die Gasströmung jeder Gas-Abführleitung mindestens zweimal umgelenkt, wodurch ebenfalls Feststoffpartikel in der Ringleitung abgetrennt werden. Der Boden der Ringleitung ist zwischen den Einmündungen der Abführleitungen vorzugsweise nicht eben, sondern insbesondere trichterartig ausgebildet. Damit gelangen abgeschiedene Partikel über die Abführrohre in den Aufnahmekörper zurück. Die Ausbildung von evtl. auch sinterfähigen oder schmelzenden Staubablagerungen werden vermieden.

[0011] Da die Abfuhr des Gases in der Gas-Abführeinrichtung über mehrere vorzugsweise mindestens vier, und besonders bevorzugt mindestens acht Gas-Abführleitungen erfolgt, sind die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Abfuhrleitungen geringer. Dies hat zur Folge, dass auch innerhalb des Einsatzmaterials durch das Absaugen des Gases geringere Strömungen erzeugt werden und somit die Temperaturzonen nicht oder nur geringfügig verschoben werden. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit ist die Menge an mitgerissenen Partikeln geringer.

[0012] Um die Partikelbelastung des abgeführten Gases weiter zu verringern, weist der Schachtkörper und/oder der Aufnahmekörper vorzugsweise einen Gas-Sammelraum auf. Mit dem Gas-Sammelraum sind die Gas-Abführleitungen verbunden. Innerhalb des Gas-Sammelraums findet eine Beruhigung des Gases statt, wobei sich insbesondere schwere Partikel absetzen. In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Vorsehen von mehreren Gas-Abführleitungen und einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit kann hierdurch die Partikelbelastung in dem abgeführten Gas erheblich reduziert werden.

[0013] Vorzugsweise umgibt der Gas-Sammelraum den Schachtkörper zumindest teilweise. Insbesondere ist der Gas-Sammelkörper ringförmig ausgebildet und umgibt den Schachtkörper vollständig. Hierdurch ist eine gleichmäßige Entnahme von Gas aus dem Einsatzmaterial gewährleistet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass der Gas-Sammelraum im Bereich der Vergasungszone angeordnet ist bzw. die Vergasungszone umgibt.

[0014] Im unteren Teil der Vergasungszone ist vorzugsweise eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Form einer doppelwandigen Schachtwand, vorgesehen. Erfindungsgemäß ergibt sich durch diese Kühleinrichtung ein erstes Kühlen des in der Gas-Sammelkammer befindlichen Gases. In den gleichmäßig um den Umfang des Gas-Sammelraums verteilten, ausreichend langen Gas-Abführleitungen ist bevorzugt eine indirekte Kühlung vorgesehen. Die Ausgestaltung der Wände der Abführleitungen ist beispielsweise doppelwandig mit Wasserkühlung realisiert. Das dortige schnelle Abkühlen des Gases unter ca. 800°C mit deren gasförmigen, flüssigen und festen Bestandteilen vermeidet die Gefahr der Sinterung und Ablagerung in nachgeschalteten Aggregaten und Rohrleitungen. Durch das Kühlen des Gases in den Gasabführleitungen wird somit die Partikelbelastung reduziert.

[0015] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

[0016] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Seitenansicht eines Gleichstrom-Schacht-Reaktors,

Fig. 2

eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3

eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2.

[0017] Der Gleichstrom-Schacht-Reaktor weist einen Schachtkörper 10 auf. Der Schachtkörper 10 kann im dargestellten Ausführungsbeispiel in eine Schleusenanordnung 12, eine sich an die Schleusenanordnung 12 anschließende Trocknungszone 14, eine sich an die Trocknungszone 14 anschließende Entgasungszone 16 sowie eine sich hieran anschließende Vergasungszone 18 unterteilt werden. An die Vergasungszone 18 des Schachtkörpers 10 schließt sich ein Aufnahmekörper 20 an, der zur Aufnahme von geschmolzenem Einsatzmaterial 22 dient. Im Grenzbereich zwischen der Vergasungszone 18 und dem Aufnahmekörper 20 ist der Querschnitt des Aufnahmekörpers erweitert, so dass ein ringförmig ausgebildeter Gas-Sammelraum 24 ausgebildet ist, der den unteren Teil der Vergasungszone 18 umgibt. Der Gas-Sammelraum 24 ist mit einer Gas-Abführeinrichtung 26 zur Entnahme von Nutzgasen aus dem Gas-Sammelraum 24 verbunden.

[0018] Das Einsatzmaterial wird durch eine Zuführöffnung 28 in den Schachtkörper 10 über die Schleusenanordnung 12 eingeführt. Das Zuführen des Einsatzmaterials erfolgt über die Schleusenanordnung um das Einbringen großer Mengen an Umgebungsluft, durch die der Schmelz- und Vergasungsprozess unkontrolliert beeinflusst werden kann, zu verhindern. Hierzu weist die Schleusenanordnung zwei Schleuseneinrichtungen bzw. Schleusentore 30,32 auf, zwischen denen die Schleusenkammer 34 ausgebildet ist, wobei die Schleusenkammer 34 bereits ein Teil des Schachtkörpers 10 ist.

[0019] Das Einsatzmaterial gelangt über die Schleusenanordnung 12 sodann in die Trockenzone 14. In der Trockenzone 14 und den anschließenden Zonen 16,18 ist der Schachtkörper 10 während des Betriebs nahezu vollständig mit Einsatzmaterial gefüllt.

[0020] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Trockenzone des Schachtkörpers 10 eine Gas-Zuführeinrichtung 36 vorgesehen. Die Gas-Zuführeinrichtung 36 weist eine den Schachtkörper 10 umgebende Ringleitung 38 auf, die mit mehreren gleichmäßig an Umfang verteilten Düsen 40 verbunden ist. Über die Gas-Zuführeinrichtung 36 wird dem Einsatzmaterial im Bereich der Trockenzone 14 vorzugsweise Luft, die ggf. mit Sauerstoff angereichert sein kann, zum Trocknen des Einsatzmaterials zugeführt.

[0021] In der sich an die Trockenzone 14 anschließenden Entgasungszone 16 ist eine weitere Gas-Zuführeinrichtung 42 angeordnet, die ebenfalls eine den Schachtkörper 10 umgebende Ringleitung 44 aufweist. Die Ringleitung 44 ist mit mehreren am Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilten Düse 46 verbunden. Über die Gas-Zuführeinrichtung 42 können energiereiche Gase, Sauerstoff, Luft oder andere zur Steuerung des Schmelz- und Vergasungsprozesses geeignete Gase dem Einsatzmaterial zugeführt werden.

[0022] Weitere Düsen 48 sind in der Vergasungszone 18 vorgesehen. Über die Düsen 48 kann wiederum energiereiches Gas oder andere den Schmelz- und Vergasungsprozess steuernde Gase oder Stoffe zugeführt werden. Ebenso können anstatt der Düsen 48 auch Brenner vorgesehen sein, die in der Vergasungszone 18 unmittelbar Wärme dem Einsatzmaterial zuführen. Der Endbereich des zur Längsachse 50 rotationssymmetrischen Schachtkörpers 10 ist sich leicht verjüngend konisch ausgebildet, so dass das Einsatzmaterial im Bereich der Vergasungszone 18 etwas zurückgehalten wird.

[0023] In einer Seitenwand 52 des Aufnahmekörpers 20 sind ferner mehrere am Umfang verteilte Düsen 54 angeordnet. Die Düsen 54 dienen zum Einbringen energiereicher Gase oder entsprechender Stoffe. Durch die Düsen 54 ist sichergestellt, dass die Schmelze 22 flüssig bleibt. Ebenso können anstelle der Düsen 54 auch Brenner vorgesehen sein.

[0024] Die Gas-Abführeinrichtung 26 weist mehrere mit dem Gas-Sammelraum 24 verbundene Gas-Abführleitungen 56 auf. Die Gas-Abführleitungen 56 sind regelmäßig um den Schachtkörper 10 herum angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Gas-Abführleitungen 56 vorgesehen, die über eine gemeinsame Ringleitung 58 miteinander verbunden sind (Fig. 2). Das aus dem Gas-Sammelraum 24 durch die Gas-Abführleitung 56 in die Ringleitung 58 abgeführte Nutzgas wird sodann erfindungsgemäß in eine Gasleitung 60 geleitet.

[0025] Alternativ wird das über die Ringleitung 58 abgeführte Nutzgas über mindestens zwei Gas-Abzugsleitungen abgeleitet. In dieser Gestaltungsform ist die Ringleitung 58 zwischen den beiden Gas-Abzugsleitungen nicht verbunden. Bevorzugt wird auch eine Trennung an der gegenüberliegenden Seite realisiert. Die Ringleitung 58 besteht in dieser Ausführungsform aus zwei nicht miteinander verbundenen Teilringen. Die Nutzung der Wärme der abgeführten Gase erfolgt vorzugsweise in jeweils mit den Gas-Abzugsleitungen verbundenen Wärmetauschern. Nach Durchströmen der Wärmetauscher können die Gas-Abzugsleitungen zu einer gemeinsamen Gasleitung 60 zusammengeführt werden.

[0026] Die Gas-Abführleitungen 56 sind im unteren Teil der Ringleitung 58 mit dieser verbunden. Die einzelne Gasleitung 60 bzw. die Gas-Abzugsleitungen ist bzw. sind bevorzugt mit dem oberen Teil der Ringleitung 58 verbunden. Ebenfalls möglich ist jedoch auch eine Gestaltung, in welcher die Gasleitung 60 bzw. die Gas-Abzugsleitungen horizontal oder schräg nach oben ausgeführt wird bzw. werden (Fig. 3). Eine horizontale Gestaltung der Gasleitung 60 bzw. der Gas-Abzugsleitungen ist bzw. sind bis zur nächsten Weiterverarbeitungseinrichtung zu vermeiden oder so kurz wie möglich zu halten, um eine Ablagerung von Staub zu vermeiden. Die Verbindung der Gas-Abführleitungen 56 mit der Ringleitung 58 erfolgt über trichterförmige Einmündungen 68, wodurch wegen der Querschnittserweiterung eine Gasberuhigung und -vergleichmäßigung eintritt und ggf. mittransportierte Partikel zurück in die Gas-Abführleitungen 56 fällt. Eine weitere Beruhigung der abgeführten Gase tritt durch eine indirekte Wasserkühlung ein, die über die doppelwandige Ausgestaltung des Rohres 66 der Gas-Abführleitung 56 erfolgt. Ferner tritt eine Gasberuhigung und - vergleichmäßigung ein durch eine Querschnittserweiterung der Ringleitung 58 zur Gasleitung 60 hin.

[0027] Der Gas-Sammelraum 24 (Fig. 1), der die Vergasungszone 18 ringförmig umgibt, ist durch eine Schachtwand 62 nach innen begrenzt. Die Schachtwand 62 ist beispielsweise doppelwandig und dient als Kühleinrichtung für diesen Bereich des Schachtkörpers 10, um sicherzustellen, dass in diesem Bereich keine Temperaturen auftreten, die die Schachtwände beschädigen. Da der Gas-Sammelraum 24 ebenfalls durch die Schachtwand 62 begrenzt ist, kann diese derart ausgebildet sein, dass gleichzeitig auch eine Kühlung der in dem Gas-Sammelraum befindlichen Gase gewährleistet ist. Hierdurch erfolgt eine weitere Partikelreduzierung in dem Gas, das sich in dem Gas-Sammelraum vor dem Abführen durch die Gas-Abführeinrichtung 26 beruhigt und in den Gas-Abführleitungen 56 weiter abgekühlt wird.

[0028] Bei der Erwärmung des Ausgangsgutes findet in der Trocknungszone 14 die Verdampfung des Wassers statt. Die Temperatur im Gut steigt dabei nur wenig über 100°C an. Mit zunehmender Temperatur werden im weiteren Verlauf adsorbierte Gase wie Stickstoff und Kohlendioxid freigesetzt, welche nicht durch Spaltreaktionen entstanden sind. Spätestens hier kann von der Entgasung gesprochen werden. Oberhalb 250 bis 300 °C setzt dann die Entwicklung von Gasen und Dämpfen ein, bei denen es sich um abdestillierte niedrigmolekulare Verbindungen und erste Spaltprodukte handelt. Ein weiteres Ansteigen der Temperatur bewirkt den Ablauf von Reaktionen, die zur Bildung von Methan und Wasserstoff führen.

[0029] Die Entgasungszone 16 kann in Fortführung der Trocknungszone 14 ebenfalls doppelwandig gestaltet sein.

[0030] Im unteren Drittel der Trocknungs- und Entgasungszone 14,16 ergibt sich ein Bereich, in welchem die Reaktorinnentemperatur größer als die Heißlufttemperatur ist. Hier kann die doppelwandige Ausführung durch eine silikatische Ausmauerung ersetzt werden. Eine Ausführung der gesamten Trocknungs- und Entgasungszone 14,16 mit einer Stampfmasse, auch bei einer doppelwandigen Gestaltung, ist vorteilhaft. Geringerem Verschleiß der Stahlbauhülle stehen geringerer Wärmeübergang der Heißluft auf den Innenraum und niedrigere Temperaturwechselbeständigkeit der Stampfmasse gegenüber.

[0031] Bei der weiteren Erwärmung der Schüttsäule ab etwa 700 °C erfolgt neben der Spaltung des Brennstoffes unter dem Einfluss der Wärme die heterogene Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem noch nicht reagierten Sauerstoff der Luft.

[0032] Die Vergasungszone 18 ist die Hauptreaktionszone innerhalb des Schachtreaktors. Hier erfolgt bei Temperaturen von 1.200 bis 1.400 °C die stoffliche und energetische Umsetzung der Feststoffe. Aus dem festen Brennstoff entstehen Gase und feste Produkte von Koks bis Asche. Für die vollständige und gleichmäßige Reaktion ist entscheidend, dass eine homogene Schüttung durch das bereits entstandene Entgasungsgas und das hier einzubringende Vergasungsmittel gleichmäßig durchströmt wird. Die Vergasungszone 18 muss aus diesen Gründen eine ausreichende Höhe besitzen. Dies wird insofern dadurch erreicht, dass die Vergasungszone 18 als ein gerader zylindrischer Bereich mit Übergang in eine konische Verkleinerung des Querschnittes oder sofort als zunehmende Verjüngung ausgebildet ist. Da sich durch die stofflichen Umsetzungen und damit zusammenhängende zerstörende Kräfte das Materialkorn verkleinert, vergrößern sich die Hohlräume innerhalb der Schüttsäule. Durch die Verkleinerung des Schachtquerschnittes in diesem Bereich kann die Sinkgeschwindigkeit der Materialsäule vergleichmäßigt werden, unerwünschte Strömungskanäle werden zerstört und die Ausbildung von größeren Hohlräumen in der Schüttung wird vermieden.

[0033] In Fortführung der darüber befindlichen Entgasungszone 16 ist der Bereich der Vergasung ebenfalls mit einer silikatischen Masse ausgekleidet.

[0034] Der untere zylindrische oder sich verjüngende Bereich des Vergasungsbereiches 18 ragt in die Schmelzzone 20 hinein. Auf diesen Teil liegt die darüber befindliche Schüttsäule zumindest teilweise auf, gleichzeitig herrschen dort hohe Temperaturen. Für die Sicherung der mechanischen Festigkeit und des Schutzes vor zu hohen Temperaturen erfolgt eine Kühlung mittels indirekter Wasserkühlung in der Schachtwand 62.

[0035] Das Gas durchströmte im Gleichstrom mit dem Einsatzmaterial die Zone der Hochtemperaturvergasung 18. Die aus den abgelaufenen Entgasungs- und Thermolysereaktionen entstandenen längerkettigen Kohlenwasserstoffe sind hier thermisch gespalten worden und waren gleichzeitig an den ablaufenden Vergasungsprozesse beteiligt. Es entsteht ein brennbares Gas mittleren Heizwertes mit den Hauptkomponenten Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Wasserdampf ohne Bestandteile an kondensierbaren Kohlenwasserstoffen. Viele der dabei abgelaufenen chemischen Reaktionen sind endotherm. Die Temperatur des Gases wie der Schüttung verringert sich somit.

[0036] Unterhalb des wassergekühlten Bereiches des Vergasungsbereiches 18 erfährt das Gas im Bereich der Schmelzzone und bei entsprechend hohen Temperaturen eine Umlenkung um etwa 180° und gelangt in den schüttschichtfreien Raum 24. Durch vorstehend beschriebene endotherme Vorgänge besitzt das Gas eine Temperatur von ca. 1.000 °C. Nach einer gewissen Gasberuhigung und -vergleichmäßigung wird das Gas oberhalb aus dem Reaktor abgesaugt.

[0037] Der Gas-Sammelraum 24 ist bereits Bestandteil der Schmelzzone 20, welche oben wesentlich weiter als die hineinragende Vergasungszone 18 ist. Die zylindrische Schmelzzone 20 verkleinert sich konisch nach unten und schließt mit der Bodenplatte ab, oberhalb welcher sich die aufgeschmolzene Phase sammelt.

[0038] Die Schmelzzone 20 ist in ihrer Gesamtheit mit einer mehrschichtigen Stampfmasse versehen oder mit einer Ausmauerung ausgestattet. Grund hierfür sind die notwendigen hohen Temperaturen. Nur im Bereich des Gas-Sammelraumes ist unter Umständen eine Ausmauerung nicht notwendig.

[0039] Der vollständig entgaste und verkokte Feststoff, ist stellenweise bereits gesintert bzw. geschmolzen und sinkt aus der Vergasungszone 18 weiter in die Schmelzzone 20.

[0040] In die Schmelzzone 20 integriert ist eine Ebene mit mehreren Sauerstoffdüsen oder -Injektoren und/oder oxidierend betriebenen Brennern 54, welche ebenso symmetrisch auf der Achse verteilt sind.

[0041] Durch die Zuführung von Gas mit einem hohen Sauerstoffanteil kommt es zu starken exothermen Reaktionen mit dem Gas und dem Feststoff aus der Vergasungszone 18. Es ergeben sich Temperaturen, welche deutlich über dem Schmelzpunkt des Materials liegen, üblicherweise ca. 1400 °C bis 1600 °C. Im Bereich der Sauerstoffdüsen ergeben sich sogar heiße Temperaturzonen von 1800 bis 2000 °C. Unter diesen Bedingungen und durch die Zugabe von Schlackebildnern und/ oder Materialien, welche den Schmelzpunkt absenken, werden alle anorganischen Schadstoffen sicher aufgeschmolzen.

[0042] Das aufgeschmolzene Material sammelt sich als Schmelze am Boden des Reaktors. Die Entleerung dieser flüssigen Schmelze erfolgt wie in der Gießerei üblich über ein Abstichloch und eine Rinne 64. Eine Bauart mit Vorherd oder Siphon ist möglich.

[0043] Bei ausreichend großer Bauart und entsprechender Verweilzeit der Schmelze wird sich die Schmelze in eine schwere metallhaltige Phase und eine darauf schwimmende Schlacke trennen. Hier besteht die Möglichkeit, über verschieden hohe Entleerungen eine verwertbare metallische Phase und eine Schlacke gewinnen zu können. Im Produkt Schlacke sind keine organischen Stoffe enthalten und die anorganischen Bestandteile sind in einer silikatischen Matrix stabil eingebaut. Die Nutzung als Material für den Hafen-, Deponie- und Straßenbau sind bekannt, ebenso möglich ist die Herstellung spezieller Gussformen und Produkten, wie sie in der Glasindustrie üblich sind.

Ansprüche

1. Gleichstrom-Schacht-Reaktor zum Schmelzen und Vergasen von Einsatzmaterial, mit
einem vertikalen Schachtkörper (10) zum Trocknen, Erwärmen und Vergasen des Einsatzmaterials,
einem sich an den Schachtkörper (10) anschließenden Aufnahmekörper (20) zur Aufnahme von geschmolzenem Einsatzmaterial (22) und
einer mit dem Schachtkörper (10) und/oder dem Aufnahmekörper (20) zum Abführen entstandener Gase verbundenen Gas-Abführeinrichtung (26), die mehrere mit dem Schachtkörper (10) und/oder dem Aufnahmekörper (20) verbundene Gas-Abführleitungen (56) aufweist,
wobei die Gas-Abführleitungen (56) über eine Ringleitung (58) zu einer gemeinsamen Gasleitung (60) zusammengeführt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Querschnitt der Ringleitung (58) zur gemeinsamen Gasleitung (60) oder zu zwischen der Ringleitung (58) und der gemeinsamen Gasleitung (60) angeordneten Gas-Abzugsleitungen hin erweitert.

2. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Abführleitungen (56) regelmäßig angeordnet sind.

3. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Abführleitungen (56) nach oben, insbesondere senkrecht nach oben, geführt sind.

4. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ringleitung (58) insbesondere zwei voneinander zumindest einseitig getrennten Teilringen aufweist.

5. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Gasleitung (60) bzw. Gas-Abzugsleitungen zwischen zwei Gas-Abführleitungen (56) mit der Ringleitung (58) verbunden ist bzw. sind.

6. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Gasleitung (60) mit dem oberen Teil der Ringleitung (58) und/oder die Gas-Abführleitungen (56) mit dem unteren Teil der Ringleitung (58) insbesondere über eine trichterförmige Einmündung (68) verbunden ist bzw. sind.

7. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schachtkörper (10) und/oder der Aufnahmekörper (20) einen Gas-Sammelraum (24) aufweist, mit dem die Gas-Abführleitungen (56) verbunden sind.

8. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Sammelraum (24) den Schachtkörper (10) zumindest teilweise umgibt.

9. Gleichstrom-Schacht-Reaktor Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Sammelraum (24) ringförmig ist.

10. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Sammelraum (24) den Schachtkörper (10) im Bereich einer Vergasungszone (18) umgibt.

11. Gleichstrom-Schacht-Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vergasungszone (18) eine Kühleinrichtung (62) vorgesehen ist, durch die die mechanische Festigkeit und der thermische Schutz des Schachtkörpers (10) gegeben ist und das Gas nach Durchströmen der Vergasungszone (18) um vorzugsweise 180° umzulenken.

Claims

1. A co-current shaft reactor for the melting and gasifying of feed material, comprising:

a vertical shaft body (10) for drying, heating and gasifying the feed material,

a receiving body (20) following the shaft body (10) and provided for receiving molten feed material (22), and

a gas discharge means (26) connected to the shaft body (10) and/or the receiving body (20) and provided for discharging generated gases, the gas discharge means (26) comprising a plurality of gas discharge conduits (56) connected to the shaft body (10) and/or the receiving body (20),

the gas discharge conduits (56) being merged, via a ring conduit (58), into a common gas conduit (60),

characterized in that

the cross section of the ring conduit (58) widens toward the common gas conduit (60) or toward gas withdrawal conduits arranged between the ring conduit (58) and the common gas conduit (60).

2. The co-current shaft reactor according to claim 1, characterized in that the gas discharge conduits (56) are arranged in a regular configuration.

3. The co-current shaft reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the gas discharge conduits (56) are guided in upward directions and particularly in vertically upward directions.

4. The co-current shaft reactor according to any one of claims 1-3, characterized in that the ring conduit (58) comprises particularly two partial rings separated from each other at least on one side.

5. The co-current shaft reactor according to any one of claims 1-4, characterized in that the common gas conduit (60) and, respectively, gas withdrawal conduits between two gas discharge conduits (56), is/are connected to the ring conduit (58).

6. The co-current shaft reactor according to any one of claims 1-5, characterized in that the common gas conduit (60) is connected to the upper part of the ring conduit (58), and/or the gas discharge conduits (56) are connected to the lower part of the ring conduit (58) particularly via a funnel-shaped entering region (68).

7. The co-current shaft reactor according to any one of claims 1-6, characterized in that the shaft body (10) and/or the receiving body (20) comprise a gas collection chamber (24) having the gas discharge conduits (56) connected thereto.

8. The co-current shaft reactor according to claim 7, characterized in that the gas collection chamber (24) at least partially surrounds the shaft body (10).

9. The co-current shaft reactor according to claim 7 or 8, characterized in that the gas collection chamber (24) has an annular shape.

10. The co-current shaft reactor according to claim 8 or 9, characterized in that the gas collection chamber (24) surrounds the shaft body (10) in the region of a gasifying zone (18).

11. The co-current shaft reactor according to claim 10, characterized in that the gasifying zone (18) has a cooling means (62) provided therein for safeguarding the mechanical stability and the thermal protection of the shaft body (10), and that the gas is deflected by preferably 180° after passing through the gasifying zone (18).

Revendications

1. Réacteur en lit descendant à co-courant pour la fusion et la gazéification de matières de départ, comportant
un corps vertical (10) pour le séchage, le réchauffage et la gazéification des matières de départ,
un corps récepteur (20) se raccordant au corps vertical (10) et destiné à recevoir les matières de départ fondues (22) et
un dispositif d'évacuation des gaz (26) qui est raccordé au corps vertical (10) et/ou au corps récepteur (20) pour l'évacuation des gaz générés, et présente plusieurs conduits d'évacuation des gaz (56) reliés au corps vertical (10) et/ou au corps récepteur (20),
les conduits d'évacuation des gaz (56) étant réunis, via une conduite circulaire (58), en une conduite de gaz commune (60),
caractérisé en ce que
la section transversale de la conduite annulaire (58) s'élargit en direction de la conduite de gaz commune (60) ou en direction des conduits d'extraction des gaz disposés entre la conduite circulaire (58) et la conduite de gaz commune (60).

2. Réacteur en lit descendant à co-courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduits d'évacuation des gaz (56) sont disposés à intervalles réguliers.

3. Réacteur en lit descendant à co-courant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conduits d'évacuation des gaz (56) sont dirigés vers le haut, en particulier verticalement vers le haut.

4. Réacteur en lit descendant à co-courant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite circulaire (58) présente, en particulier, deux anneaux partiels séparés l'un de l'autre au moins d'un côté.

5. Réacteur en lit descendant à co-courant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la conduite de gaz commune (60) ou les conduits d'extraction des gaz entre deux conduits d'évacuation des gaz (56) est ou sont raccordée(és) à la conduite circulaire (58).

6. Réacteur en lit descendant à co-courant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la conduite de gaz commune (60) est raccordée avec la partie supérieure de la conduite circulaire (58) et/ou les conduits d'évacuation des gaz (56) sont raccordés avec la partie inférieure de la conduite circulaire (58), en particulier par l'intermédiaire d'une embouchure (68) en forme d'entonnoir.

7. Réacteur en lit descendant à co-courant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps vertical (10) et/ou le corps récepteur (20) présente une chambre collectrice de gaz (24) à laquelle sont raccordés les conduits d'évacuation des gaz (56).

8. Réacteur en lit descendant à co-courant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre collectrice de gaz (24) entoure au moins partiellement le corps vertical (10).

9. Réacteur en lit descendant à co-courant selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la chambre collectrice de gaz (24) est de forme annulaire.

10. Réacteur en lit descendant à co-courant selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la chambre collectrice de gaz (24) entoure le corps vertical (10) dans la région d'une zone de gazéification (18).

11. Réacteur en lit descendant à co-courant selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'est prévu dans la zone de gazéification (18) un dispositif de refroidissement (62) qui assure la résistance mécanique et la protection thermique du corps vertical (10) et en ce que le gaz, après son passage à travers la zone de gazéification (18), est dévié, de préférence, de 180°.

Zeichnung