PYROMEX HOLDING AG (Chollerstrasse 3, Zug, CH-6300, CH)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) zum Umsetzen eines organischen Ausgangsmaterials (M) zu einem Synthesegas (G), wobei die Hochtemperatur-Vorrichtung (10) eine Zufuhrvorrichtung (30) und ein rotationssymmetrisches Ofenrohr (20) mit einer Rotationsachse (R) umfasst, wobei durch die Zufuhrvorrichtung (30) das Ausgangsmaterial (M) im Bereich einer Eingangszone (E) in einen Innenraum (I) des Ofenrohrs (20) zuführbar ist und wobei im Innenraum (I) des Ofenrohrs (20) Förderelemente (22) angeordnet sind, um das Ausgangsmaterial (M) zu einer Ausgangsseite (A) des Ofenrohrs (20) zu fördern, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Rotationsbewegung des Ofenrohrs (20) um die Rotationsachse (R) das Fördern des Ausgangsmaterials (M) in Richtung der Ausgangsseite (A) des Ofenrohrs (20) bewirkt, - die Hochtemperatur-Vorrichtung (10) eine längliche Widerstandsheizung (23) umfasst, die von der Ausgangsseite (A) des Ofenrohrs (20) her in das Innere (I) des Ofenrohrs (20) ragt und die mindestens eine heiße Zone (Hl) und eine weniger heiße Zone (H2) umfasst, wobei - von der Eingangsszone (E) aus betrachtet die heiße Zone (Hl) nach der weniger heißen Zone (H2) folgt, und wobei - die Widerstandsheizung (23) so ausgelegt ist, dass eine Temperatur im Innenraum (I) des Ofenrohrs (20) im Bereich der heißen Zone (Hl) erzielbar ist, die oberhalb von 1200°C liegt. 2. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (23) zwei parallel verlaufende Schenkel umfasst. 3. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (23) Siliziumcarbid (SiC) umfasst. 4. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (23) zwei oder mehrere Heizzonen (Hl, H2) umfasst. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (23) im Bereich der heißen Zone (Hl) einen höheren Widerstand aufweist als im Bereich der weniger heißen Zone (H2). 6. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (23) mindestens an einer Stelle im Innenraum (I) des Ofenrohrs (20) in einem Radiallager (28) so gelagert ist, dass Ausgleichbewegungen der Widerstandsheizung (23) parallel zur Rotationsachse (R) möglich sind. 7. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (23) mindestens in der heißen Zone (H l) mit einem glassartigen Keramikmaterial (43) beschichtet ist. 8. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ofenrohr (20) mindestens in der heißen Zone (Hl) innen und/oder aussen mit einem glassartigen Keramikmaterial (43) beschichtet ist. 9. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Eingangszone (E) eine Wasser- oder Dampfzufuhr (33) angeordnet ist, um Wasser- oder Wasserdampf (W) in das Innere (I) des Ofenrohrs (20) zuführen zu können. 10. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausgangsseite (A), vorzugsweise im Bereich eines Gasaustritts (25) eine Wasser- oder Dampfzufuhr (29) angeordnet ist, um Wasser- oder Wasserdampf (W) zuführen zu können. 11. Hochtemperatur-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperatur- Vorrichtung (10) so ausgelegt ist, dass sich im Betrieb drei Temperaturzonen einstellen, die sich von der Eingangsseite (E) zur Ausgangsseite (A) wie folgt aneinander reihen : - 1. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur zwischen 800°C und 1000°C; - 2. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur oberhalb von 1200°C; - 3. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur, die ca. 10% bis 40% unterhalb der Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone liegt. 12. Verfahren zur Umsetzung eines organischen Ausgangsmaterials (M) zu einem gasförmigen Produkt (G) in einer Hochtemperatur-Vorrichtung (10), wobei die Umsetzung stufenweise im Innenraum (I) eines Ofenrohrs (20) der Hochtemperatur-Vorrichtung (10) abläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Einbringen des Ausgangsmaterials (M) im Bereich einer Eingangszone (E) in den Innenraum (I), - Drehen des Ofenrohrs (20) um eine Rotationsachse (R), um das Ausgangsmaterial (M) im Innenraum (I) von der Eingangszone (E) zu einer Ausgangsseite (A) zu fördern, - Betreiben einer länglichen Widerstandsheizung (23), die sich im Innenraum (I) befindet, so dass sich von der Eingangszone (E) aus betrachtet eine heißere Zone (H l) nach einer weniger heißen Zone (H2) einstellt, wobei das Ausgangsmaterial (M) während dem Fördern durch den Innenraum (I) und während der Umsetzung eine 1. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur zwischen 800°C und 1000°C durchwandert, die gefolgt wird von einer 2. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur oberhalb von 1200°C und einer 3. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur, die ca. 10% bis 40% unterhalb der Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone liegt. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser oder Wasserdampf in die 1. Temperaturzone eingebracht wird. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der 2. Temperaturzone um eine Ultrahochtemperaturzone handelt, deren Betriebstemperatur im Bereich von etwa 1300°C liegt. 15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der 3. Temperaturzone um eine Stabilisierungszone handelt, deren Betriebstemperatur im Bereich von etwa 1000°C liegt. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausgangsseite (A) Wasser oder Wasserdampf (W) zugeführt wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausgangsseite (A) ein Synthesegas als gasförmiges Produkt (G) abgegeben wird, das im Wesentlichen Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) umfasst. |
organischer Materialien in Synthesegas
[001] Die Erfindung bezieht sich auf Hochtemperaturöfen, die mittels einer Widerstandsheizung geheizt werden, und auf Verfahren zur Nutzung solcher Öfen, um organische Materialien zu Synthesegas umzusetzen. Insbesondere geht es um röhrenförmige Öfen, die zur Verarbeitung von kohlenstoffhaltigen, oder kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, wie Abfallmaterialien,
Reststoffen, Biomasse und dergleichen geeignet sind. [002] Es gibt verschiedene Öfen, die mit Induktionsspulen geheizt werden. Ein Beispiel ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer WO09010086A1 bekannt. Ein weiteres Beispiel ist aus dem europäischen Patent EP 1495276 Bl bekannt. [003] Es hat sich gezeigt, dass sich Probleme mit der Zuverlässigkeit solcher Induktionsöfen ergeben können, wenn sehr hohe Temperaturen über einen längeren Zeitraum auftreten oder wenn sehr aggressive Materialien im Ofen umgesetzt werden. Sauerstoff, der aus dem umzusetzenden Material austritt, kann zum Beispiel die Ofenwand angreifen. Es gibt daher Ansätze, um zu verhindern, dass Sauerstoff überhaupt in das Innere des Ofens gelangt. Ein entsprechendes Beispiel ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer WO09010100A1 bekannt. Noch aggressiver sind jedoch schwefelhaltige und chlorhaltige Stoffe. Schwefel und Chlor sind häufige
Bestandteile von organischen Materialien, z.B. wenn es sich um Reststoff oder dergleichen handelt.
[004] Es geht bei der vorliegenden Erfindung darum Öfen bereitzustellen, die eine verbesserte Stabilität gegenüber aggressiven Materialien auch bei hohen Temperaturen bieten. Außerdem geht es um eine effiziente Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien zu einem Synthesegas. Das
Synthesegas kann je nach Prozessführung einen Anteil Methangas enthalten.
[005] Eine erfindungsgemäße Hochtemperatur-Vorrichtung, die zum Umsetzen eines Ausgangsmaterials ausgelegt ist, umfasst eine Zufuhrvorrichtung und ein rotationssymmetrisches Ofenrohr mit einer Rotationsachse. Durch die
Zufuhrvorrichtung kann das organische Ausgangsmaterial auf einer Eingangsseite in einen Innenraum des Ofenrohrs zugeführt werden. Im Innenraum des
Ofenrohrs sind Förderelemente angeordnet, um das Ausgangsmaterial bei einer Rotationsbewegung des Ofenrohrs um die Rotationsachse in Richtung einer Ausgangsseite des Ofenrohrs zu fördern. Die Hochtemperatur- Vorrichtung umfasst eine längliche Widerstandsheizung, die von der Ausgangsseite des
Ofenrohrs her in das Innere des Ofenrohrs ragt und die mindestens eine heiße Zone und eine weniger heiße Zone aufweist. Von der Eingangsseite aus
betrachtet folgt die heiße Zone nach der weniger heißen Zone. Die
Widerstandsheizung ist gemäß Erfindung so ausgelegt, dass eine Temperatur im Innenraum des Ofenrohrs im Bereich der heißen Zone erzielbar ist, die oberhalb von 1200°C liegt.
[006] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Umsetzung organischer Ausgangsmaterialien zu einem gasförmigen Produkt in einer Hochtemperatur-Vorrichtung erfolgt. Diese Umsetzung verläuft stufenweise im Innenraum des Ofenrohrs der Hochtemperatur-Vorrichtung. Es wird das Ausgangsmaterial auf einer Eingangsseite in den Innenraum eingebracht. Das Ofenrohr wird um eine Rotationsachse gedreht, um das Ausgangsmaterial im Innenraum von der Eingangsseite zu einer Ausgangsseite fördern zu können. Es wird eine längliche Widerstandsheizung betrieben, die sich im Innenraum befindet, so dass sich von der Eingangsseite aus betrachtet eine heißere Zone nach einer weniger heißen Zone einstellt. Gemäß Erfindung durchwandert das Ausgangsmaterial während dem Fördern durch den Innenraum und während der Umsetzung eine 1. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur zwischen 800°C und 1000°C, die gefolgt wird von einer 2. Temperaturzone mit einer
Betriebstemperatur oberhalb von 1200°C und einer 3. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur, die ca. 10% bis 40% unterhalb der Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone liegt.
[007] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf eine Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer besonders bevorzugten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochtemperatur- Vorrichtung;
Fig. 3A eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Widerstandsheizung mit Lagerung;
Fig. 3B eine Perspektivansicht der Widerstandsheizung nach Fig. 3A;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochtemperatur- Vorrichtung.
[008] Im Folgenden werden Orts- und Richtungsangaben verwendet, um die Erfindung besser beschreiben zu können. Diese Angaben beziehen sich auf die jeweilige Einbausituation und sollen daher nicht als Einschränkung verstanden werden. [009] Es geht bei der Erfindung um die Verarbeitung, respektive Umsetzung von organischen Ausgangsmaterialien, d.h. von kohlenstoffhaltigen, oder
kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, wie Abfallmaterialien,
Reststoffen, Biomasse und dergleichen. Bei dieser Verarbeitung, respektive Umsetzung entsteht mindestens ein Gas G. Vorzugsweise entsteht Synthesegas, das Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H 2 umfasst. Das Synthesegas kann je nach Prozessführung einen Anteil Methangas umfassen.
[0010] Im Folgenden werden Details der Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. Weitere Ausführungsformen werden von dieser bevorzugten Ausführungsform abgeleitet. Ein Schnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 2 in schematisierter Form gezeigt. [0011] Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Vorrichtung 10 ist speziell zum Umsetzen eines organischen Ausgangsmaterials M ausgelegt. Die
Hochtemperatur-Vorrichtung 10 umfasst eine Zufuhrvorrichtung 30 und ein rotationssymmetrisches Ofenrohr 20 mit einer Rotationsachse R. Die
Rotationsachse R ist typischerweise horizontal oder leicht schräg angeordnet. Der Neigungswinkel kann im Falle einer schrägen Anordnung bis zu 45 Grad
betragen. Bei einer schrägen Anordnung steht mindestens Ofenrohr 20 schräg, wobei die Ausgangsseite A höher liegt als die Eingangszone E. Bevorzugt ist aber die horizontale Ausrichtung der Rotationsachse R, wie in Fig. 1 gezeigt. [0012] Durch die Zufuhrvorrichtung 30 kann das Ausgangsmaterial M auf der Eingangsseite in die Eingangszone E im Innenraum I des Ofenrohrs 20
eingebracht werden. Da es sich bei dem Ausgangsmaterial in den meisten Fällen um einen Feststoff handelt, umfasst die Zufuhrvorrichtung 30 vorzugsweise eine Förderschnecke 32, die sich in einem Förderrohr 34 dreht. Die Förderschnecke 32 hat eine Rotationsachse, die mit der Rotationsachse R zusammenfallen kann. Die Rotationsachse der Förderschnecke 32 kann aber auch parallel zur Rotationsachse R verschoben sein, oder die Rotationsachse kann schräg stehen in Bezug zur Rotationsachse R.
[0013] An dem Förderrohr 34 kann zum Beispiel oberhalb ein Flansch 31 oder eine Öffnung zum Einbringen des Ausgangsmaterials M angeordnet sein. Das Ausgangsmaterial M fällt im gezeigten Beispiel von oben her auf die
Förderschnecke 32 und wird nach links in die Eingangszone E hinein gefördert. Das Förderrohr 34 mündet hier in den Innenraum I des Ofenrohrs 20, wie gezeigt.
[0014] Im Innenraum I des Ofenrohrs 20 sind Förderelemente 22 angeordnet, um das Ausgangsmaterial M beim Durchführen einer Rotationsbewegung des Ofenrohrs 20 um die Rotationsachse R in Richtung zur Ausgangsseite A des Ofenrohrs 20 zu fördern. Vorzugsweise sitzt, wie in Fig. 1 gezeigt, eine
Schneckenwindung 22 an der nach innen gerichteten Seite der Wand 21 des Ofenrohrs 20. In Fig. 2 ist ein Abschnitt einer solchen Schneckenwindung 22 gezeigt. Es können im Ofenrohr 20 aber auch mehrere Schneckenwindung 22 angeordnet sein. Das Ausgangsmaterial M wird somit in Fig. 1 von rechts nach links gefördert. Während dieser Förderung nach links erfährt das
Ausgangsmaterial M eine Umsetzung zu einem Gas G. Trotzdem die Umsetzung bereits nahe der Eingangszone E beginnt, werden im Folgenden die
Zwischenprodukte der Einfachheit halber weiterhin als Ausgangsmaterial bezeichnet. [0015] Die Hochtemperatur-Vorrichtung 10 umfasst eine längliche
Widerstandsheizung 23, die von der Ausgangsseite A des Ofenrohrs 20 her in den Innenraum I des Ofenrohrs 20 ragt. Die Widerstandsheizung 23 weist mindestens eine heiße Zone Hl und eine weniger heiße Zone H2 auf. In Fig. 1 ist die heiße Zone Hl durch eine dichte, schräge Schraffur der Widerstandsheizung 23 gekennzeichnet und die weniger heiße Zone H2 ist anhand einer weniger dichten vertikalen Schraffur zu erkennen. Von der Eingangszone E aus betrachtet folgt die heiße Zone Hl auf die weniger heiße Zone H2, d.h. die Eingangszone E geht über in die weniger heiße Zone H2, die übergeht in die heiße Zone Hl. Die Widerstandsheizung 23 ist so ausgelegt, dass eine (Betriebs-)Temperatur im Innenraum I des Ofenrohrs 20 im Bereich der heißen Zone Hl erzielbar ist, die oberhalb von 1200°C liegt. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur, die hier im Bereich von 1300°C (± 10%) liegt.
[0016] Die Widerstandsheizung 23 weist in einer bevorzugten Ausführungsform zwei parallel verlaufende Schenkel auf, die, wie in Fig. 1 gezeigt, übereinander liegen können. Es ist auch möglich die parallel verlaufenden Schenkel
nebeneinander anzuordnen, wie in Fig. 2 gezeigt. Dieser Ansatz ist bevorzugt, da das umzusetzende Material sich in dem unteren Bereich des Ofenrohrs 20 befindet, wie in Fig. 2 angedeutet. Durch eine Anordnung horizontal
nebeneinander, wird das Ausgangsmaterial M gleichmäßiger erwärmt. [0017] Die Widerstandsheizung 23 kann aber auch nur einen oder sogar drei Schenkel aufweisen. Falls zwei oder drei Schenkel vorhanden sind, so verlaufen diese parallel zueinander ohne sich zu berühren. Die Schenkel werden erst im ausgangsseitigen Bereich, d.h. auf der Ausgangsseite A, mechanisch und elektrisch zusammengeführt.
[0018] Die Hochtemperatur-Vorrichtung 10 weist in einer bevorzugten
Ausführungsform eine Widerstandsheizung 23 auf, die Siliziumcarbid (SiC) umfasst. Vorzugsweise handelt es sich um körniges Siliziumcarbid, das gesintert oder aufgeschmolzen und in Röhren- oder Stabform gegossen wurde.
Siliziumcarbid eignet sich besonders gut als Widerstandmaterial, da es in der Lage ist durch Stromfluss Temperaturen zu erreichen, die deutlich oberhalb von 1300°C liegen. Außerdem hat sich erweisen, dass Siliziumcarbid durch aggressive Materialien, die im Innenraum I entstehen können, kaum oder gar nicht angegriffen wird.
[0019] Um gemäß Erfindung eine mehrstufige Umsetzung des
Ausgangsmaterials M erzielen zu können, wird vorzugsweise eine Widerstandsheizung 23 eingesetzt, die zwei oder mehrere Heizzonen Hl, H2 umfasst. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Widerstandsheizung 23 mit zwei Heizzonen Hl, H2 gezeigt. [0020] Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der
Widerstandsheizung 23, die am ausgangsseitigen Ende eine sogenannte kalte Zone K aufweist (in Fig. 1) weiß dargestellt. Diese kalte Zone K ermöglicht es die Widerstandsheizung 23 durch eine Stirnwand des Rohres 20 hindurch nach außen zu führen und dort von außen mit Strom zu speisen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Widerstandsheizung 23, die am ausgangsseitigen Ende einen wassergekühlten Anschlussbereich 24 umfasst. Die Wasserkühlung ermöglicht einerseits eine bessere Temperaturentkopplung der Elemente, die außerhalb des Ofenrohrs 20 liegen und andererseits verhindert die
Wasserkühlung das Austreten von Gas G. D.h. die Wasserkühlung dient auch als Dichtung.
[0021] In den Figuren 3A und 3B ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Widerstandsheizung 23 mit Lagerung 28 gezeigt. Die
Widerstandsheizung 23 weist in dieser bevorzugten Ausführungsform zwei parallel verlaufende Schenkel auf, die, wie in Fig. 1 gezeigt, übereinander liegen können. Die Schenkel können aber z.B. auch nebeneinander liegen. Die Schenkel werden im ausgangsseitigen Bereich, d.h. auf der Ausgangsseite A, mechanisch und elektrisch zusammengeführt. Im Bereich der Eingangszone E sind die
Schenkel mechanisch zusammengeführt. Die Widerstandsheizung 23 ist vorzugsweise Stelle in einem Radiallager 28 so gelagert, dass
Ausgleichbewegungen der Widerstandsheizung 23 parallel zur Rotationsachse R (d.h. in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse R) möglich sind. Das in Fig. 3A gezeigte Radiallager 28 stützt den oder die Stäbe der Widerstandsheizung 23 gegenüber einer nicht rotierenden Stirnwand 35 ab. Zu diesem Zweck kann an der Widerstandsheizung 23 ein zentraler Endzapfen 36 in einem Lager (z.B. in einer Lagerbuchse 38) einer scheibenförmigen Platte 37 sitzen. Diese Form der Lagerung ist so ausgeführt, dass die Widerstandsheizung 23 samt Endzapfen 36 temperaturbedingte Ausgleichsbewegungen in Längsrichtung ausführen kann. Vorzugsweise kommt im Bereich der Lagerbuchse 38 ein Keramikschwamm zum Einsatz, um für eine elastisch weiche Lagerung zu sorgen. Die scheibenförmige Platte 37 kann zum Beispiel mit zwei axial verlaufenden Zapfen 39 an einer Stirnwand 35 befestigt sein, die sich nicht dreht.
[0022] In Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Vorrichtung gezeigt. In Fig. 4 ist eine scheibenförmige Platte 37 mit einem Endzapfen 36 einer
Widerstandsheizung 23 zu erkennen, der in einer Lagerbuchse 38 axial beweglich gelagert ist.
[0023] Um die gewünschte Mehrzonigkeit der Widerstandsheizung 23 zu erzielen, weist die Widerstandsheizung 23 im Bereich der heißen Zone Hl einen höheren Widerstand auf als im Bereich der weniger heißen Zone H2. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass der/die Schenkel der
Widerstandsheizung 23 in der weniger heißen Zone H2 mit einem Überzug versehen sind, der den wirksamen Widerstand reduziert. [0024] Die Widerstandsheizung 23 ist vorzugsweise an mindestens einer Stelle im Innenraum I des Ofenrohrs 20 in einem Radiallager 28 so gelagert, dass Ausgleichbewegungen der Widerstandsheizung 23 parallel zur Rotationsachse R (d.h. in axialer Richtung) möglich sind. Solche Ausgleichbewegungen können zum Beispiel aufgrund thermischer Ausdehnungen entstehen. Vorzugsweise ist das Radiallager 28 im Bereich der weniger heißen Zone H2 und/oder in der kalten Zone K angeordnet. Das gezeigte Radiallager 28 stützt den oder die Stäbe der Widerstandsheizung 23 gegenüber der Innenwand des Ofenrohrs 20 ab. In einer anderen Ausführungsform kommt ein Lager zum Einsatz, das sich im Bereich der Eingangszone E gegenüber dem stirnseitigen Ende des Ofenrohrs 20 abstützt. Diese Lager umfasst ein Dehnungselement, damit sich die Stäbe der
Widerstandsheizung 23 gegenüber der Stirnwand ausdehnen und
zusammenziehen kann. [0025] Eine Widerstandsheizung 23 aus Siliziumcarbid ist relativ spröde und kann daher leicht beschädigt werden. Außerdem können unter Umständen aggressive Stoffe (z.B. Zwischenprodukte, die aus dem Ausgangsmaterial A entstehen) das Siliziumcarbid aufgrund seiner Körnigkeit oder Porosität angreifen. Es hat sich daher gemäß Erfindung besonders bewährt die
Widerstandsheizung 23 mindestens in der heißen Zone Hl mit einem glassartigen Keramikmaterial zu beschichten. Besonders geeignet sind diamantähnliche Keramikmaterialien, die sich aufdampfen oder aus einem Gas abscheiden lassen. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Widerstandsheizung 23 mit zwei
Schenkeln gezeigt, die mit einer dünnen Keramikschicht 43 beschichtet sind.
[0026] Das Ofenrohr 20 kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch mindestens in der heißen Zone Hl innen und/oder außen mit einem glassartigen Keramikmaterial (Innenbeschichtung 40 genannt) beschichtet sein (siehe Fig. 2 und 4). Vorzugsweise kommt dasselbe Keramikmaterial 43 als
Innenbeschichtung 40 zum Einsatz, das auch zur Beschichtung der
Widerstandsheizung 23 eingesetzt wurde. Vorzugsweise ist das gesamte
Ofenrohr 20 innen und außen mit einem Keramikmaterial beschichtet. [0027] Wenn es um die Umsetzung von organischen Ausgangsmaterialien M geht, dann wird im Bereich der Eingangszone E eine Wasser- oder Dampfzufuhr 33 angeordnet, um Wasser- oder Wasserdampf W in das Innere I des Ofenrohrs 20 zuführen zu können. Die Ausführungsform nach Fig. 1 weist zwei Wasseroder Dampfzufuhrleitungen mit Düsen (hier gesamthaft als Wasser- oder
Dampfzufuhr 33 bezeichnet) auf. Der entstehende Wasserdampf WD ist in Fig. 1 im Inneren I durch zwei kleine„Dampfwolken" angedeutet.
[0028] Die Hochtemperatur-Vorrichtung 10 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass im Bereich der Ausgangsseite A, vorzugsweise im Bereich eines Gasaustritts 25, eine weitere Wasser- oder Dampfzufuhr 29 angeordnet ist, um Wasser- oder Wasserdampf W zuführen zu können. In diesem Bereich kann auch optional ein Nickel-Gitter angeordnet sein (nicht in Fig. 1 gezeigt), um Methangas zu stabilisieren oder um den Methangasanteil im Synthesegas G zu erhöhen, der ausgangsseitig der Vorrichtung 10 entstehen kann.
[0029] Auf der Ausgangsseite A kann ein Materialaustritt 26 vorgesehen sein, der z.B. in einen Auffangbereich 27 mündet, um Feststoffe aufzunehmen, die von dem Ofenrohr 20 ausgestoßen werden. Im Bereich des Materialaustritts 26 kann optional auch Sauerstoff zugeführt werden (nicht in Fig. 1 gezeigt), um eine (Nach-)Oxidation einzuleiten. Vorzugsweise ist auf der Ausgangsseite ein sogenannter Gas-Catch (Gas-Fänger) als feststehendes Element realisiert. Das Ofenrohr 20 ist drehend in diesem Gas-Catch gelagert, wobei der Materialaustritt 26 in Fallrichtung und der Gasaustritt 25 nach oben gerichtet sind.
[0030] Die Hochtemperatur-Vorrichtung 10 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sich im Betrieb drei Temperaturzonen einstellen, die sich von der Eingangsseite E zur Ausgangsseite A wie folgt aneinander reihen :
- 1. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur zwischen 800°C und 1000°C.
Die Betriebstemperatur in der 1. Temperaturzone beträgt vorzugsweise um 850°C (± 10%).
- 2. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur oberhalb von 1200°C,
vorzugsweise eine Betriebstemperatur von 1300°C (± 10%);
- 3. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur, die ca. 10% bis 40%
unterhalb der Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone liegt. Die
Betriebstemperatur in der 3. Temperaturzone beträgt vorzugsweise um
1000°C (± 10%).
[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren ist speziell zur Umsetzung eines festen organischen Ausgangsmaterials M zu einem gasförmigen Produkt G in einer Hochtemperatur-Vorrichtung 10 ausgelegt. Die Umsetzung erfolgt stufenweise im Innenraum I des Ofenrohrs 20 der Hochtemperatur-Vorrichtung 10.
[0032] Es wird gemäß Erfindung Ausgangsmaterial M auf der Eingangsseite in eine Eingangszone E im Innenraum I eingebracht. Das Ofenrohr 20 wird mindestens zeitweise (vorzugsweise kontinuierlich) um die Rotationsachse R gedreht, um das Ausgangsmaterial M im Innenraum I zeit- bzw. schrittweise oder kontinuierlich von der Eingangszone E zu der Ausgangsseite A zu fördern.
Gleichzeitig wird eine längliche Widerstandsheizung 23 betrieben (d.h. mit Strom gespeist), die sich im Innenraum I befindet, so dass sich von der Eingangszone E aus betrachtet eine heißere Zone Hl nach einer weniger heißen Zone H2 einstellt. Das Ausgangsmaterial M durchwandert während dem Fördern durch den Innenraum I und während der Umsetzung eine 1. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur zwischen 800°C und 1000°C, die gefolgt wird von einer 2. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur oberhalb von 1200°C und einer 3. Temperaturzone mit einer Betriebstemperatur, die ca. 10% bis 40% unterhalb der Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone liegt.
[0033] Das Verfahren, respektive die Vorrichtung 10 werden vorzugsweise so betrieben, dass sich in der 1. Temperaturzone ein Gleichgewichtszustand oder eine Gleichgewichtsphase aus CO und H 2 0 einstellt. Die Betriebstemperatur in der 1. Temperaturzone beträgt dabei vorzugsweise um 850°C (± 10%). Bei Bedarf kann Wasser oder Wasserdampf W in die 1. Temperaturzone eingebracht werden.
[0034] Das Verfahren, respektive die Vorrichtung 10 werden vorzugsweise so betrieben, dass es sich bei der 2. Temperaturzone um eine
Ultrahochtemperaturzone handelt, deren Betriebstemperatur im Bereich von etwa 1300°C (± 10%) liegt. Hier kommt es zu einer vollständigen Reinigung von gasförmigen Zwischenprodukten, die aus dem Ausgangsmaterial beim
Durchlaufen des Ofens 20 entstanden sind. Insbesondere werden hier Teer oder teerhaltige Stoffe entfernt.
[0035] Das Verfahren, respektive die Vorrichtung 10 werden vorzugsweise so betrieben, dass es sich bei der 3. Temperaturzone um eine Stabilisierungszone handelt, deren Betriebstemperatur ca. 10% bis 40% unterhalb der Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone liegt. Vorzugsweise liegt die
Betriebstemperatur der 2. Temperaturzone oberhalb von 1200°C.
[0036] Gemäß Erfindung kann im Bereich der Ausgangsseite A Wasser oder Wasserdampf W zugeführt werden. In Fig. 1 ist beispielhaft eine entsprechende Wasser- oder Dampfzufuhr 29 gezeigt.
[0037] Gemäß Erfindung wird im Bereich der Ausgangsseite A ein Synthesegas als gasförmiges Produkt G abgegeben, das im Wesentlichen Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H 2 ) umfasst. Mit der Vorrichtung kann aber auch ein Anteil Methan oder methanhaltiges Gas erzeugt werden.
[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform ruht das Rohr 20 in einem zweiten Rohr (Aussenrohr 36 genannt), das einen größeren Durchmesser hat, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Zwischenraum zwischen dem innen liegenden Rohr 20 und dem Aussenrohr 41 ist vorzugsweise mit einer Isolation 42 versehen. Dadurch wird die Wärmeisolation nach außen verbessert. Wenn in dem äußeren Rohr 36 ein inertes Gas zum Einsatz kommt, dann ist die Umgebung der Vorrichtung 10 auch besser gegenüber austretendem Gas geschützt.
[0039] Die Vorrichtung 10 ist langzeitstabil und zuverlässig. Der Energiebedarf zum Heizen des Ofens 20 mittels der Widerstandheizung 23 ist deutlich niedriger als bei den bisherigen Induktionsheizungen. Außerdem sind die lokale
Temperaturbelastung und die Belastung durch den starken magnetischen Fluss in der Wand 21 des Ofens 20 deutlich geringer als bei einer Induktionsheizung. Bezugszeichen :
Vorrichtung 10
Ofenrohr 20
Wand 21
Förderelemente 22
Heizelement 23
Wassergekühlter Anschlussbereich 24
Gasaustritt 25
Materialaustritt 26
Auffangbereich 27
Axiallager 28
Wasser- oder Dampfzufuhr 29
Zufuhrvorrichtung 30
Flansch 31
Förderschnecke 32
Wasser- oder Dampfzufuhr 33
Förderrohr 34
Stirnwand 35
Endzapfen 36
Platte 37
Lagerbuchse 38
Zapfen 39
Innenbeschichtung 40
Aussenrohr 41
Isoliermaterial 42
Keramikschicht 43
Ausgangsseite A
Eintrittszone E
Gas G
Innenraum des Ofenrohrs 20 I
Kalte Zone K
Ausgangsmaterial M
Rotationsachse R
Umsetzungszone U
Wasser oder Wasserdampf W
Wasserdampf WD