Die Erfindung betrifft einen Mehretagenofen sowie ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Stoffstroms, vorzugsweise eines Kohlenstoff enthaltenden Stoffstroms.

Unter der thermischen Behandlung eines Stoffstroms wird insbesondere auch eine Torrefizierung verstanden, bei der Biomasse unter Luftabschluss bei relativ niedrigen Temperaturen von 250° bis 450°C durch pyrolytische Zersetzung thermisch behandelt wird.

Aus der WO 2012/007574 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung und Torrefizierung wenigstens eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms in einem Etagenofen bekannt. Dort finden die Trocknung und die Torrefizierung in zwei unterschiedlichen, räumlich voneinander getrennten Prozessräumen statt. Diese räumliche Trennung ermöglicht eine gezielte, auf den jeweiligen Prozess (Trocknung bzw. Torrefizierung) abgestimmte Einstellung der Atmosphäre. Auf diese Weise kann die Effizienz und damit auch der Durchsatz der Vorrichtung deutlich gesteigert werden. Die zwischen den beiden Prozessräumen vorgesehene Übergabeeinrichtung ist in dieser Druckschrift nicht näher spezifiziert. Es ist aber denkbar, die Gastrennung der Prozessräume mit Zellenradschleusen oder Doppelpendelklappen zu realisieren. Der Einbau dieser Schleusen ist jedoch nur außerhalb der Prozessräume möglich, sodass pro Prozessraum ein eigener Ofen benötigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den konstruktiven Aufwand der gastechnischen Trennung der beiden Prozessräume zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 1 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Mehretagenofen zur thermischen Behandlung eines Stoffstroms, vorzugsweise eines Kohlenstoff enthaltenden Stoffstroms, weist mindestens zwei übereinander angeordnete Prozessräume auf, die jeweils mindestens zwei Etagenböden vorsehen und ist mit einer oder mehreren Übergabeeinrichtungen zur Übergabe des behandelten Stoffstroms von einem oberen Prozessraum zu einem untern Prozessraum ausgestattet, wobei die Übergabeeinrichtung zur gastechnischen Trennung der beiden Prozessräume Mittel zur Ausbildung einer Materialsäule im Übergangsbereich zwischen dem oberen und dem unteren Prozessraum aufweisen, wobei die Mittel zur Ausbildung einer

Materialsäule wenigstens ein Förderaggregat oder wenigstens eine Schurre oder einen Schieber umfassen und das wenigstens eine Förderaggregat oder wenigstens eine Schurre gleichzeitig eine Materialaustragsvorrichtung für den oberen Prozessraum und/oder eine Materialeintragsvorrichtung für den unteren Prozessraum bildet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Behandlung eines Stoffstroms, vorzugsweise eines Kohlenstoff enthaltenden Stoffstroms, wird dieser in einem Mehretagenofen in mindestens zwei übereinander angeordneten und gastechnisch voneinander getrennten und jeweils mit mindestens zwei Etagenböden ausgestatteten Prozessräumen behandelt. Der Stoffstrom wird durch eine Übergabeeinrichtung von einem oberen Prozessraum zu einem unteren Prozessraum übergeben, wobei zur gastechnischen Trennung der beiden Prozessräume eine Materialsäule in der Übergabeeinrichtung ausgebildet wird, wobei die Ausbildung der Materialsäule durch wenigstens ein Förderaggregat oder wenigstens eine Schurre oder einen Schieber erfolgt und die wenigstens eine

Übergabeeinrichtung neben der Übergabe des Stoffstroms vom oberen zum unteren Prozessraum auch dazu benutzt wird, dass wenigstens ein Teil des Stoffstroms aus dem Mehretagenofen ausgeschleust und/oder Material von außen in den Mehretagenofen eingeführt wird. Die Verwendung des zu behandelnden Materials, um die gastechnische Trennung der beiden Prozessräume zu gewährleisten, lässt sich konstruktiv vergleichsweise einfach realisieren. Der weitere Vorteil besteht vor allem auch darin, dass die Übergabeeinrichtung innerhalb des Mehretagenofens realisiert werden kann.

Dadurch, dass das wenigstens eine Förderaggregat gleichzeitig eine Materialaustragsvorrichtung für den oberen Prozessraum und/oder eine

Materialeintragsvorrichtung für den unteren Prozessraum bildet, wird die Möglichkeit eröffnet, teilbehandeltes Material auszuschleusen oder zusätzliches Material unter Umgehung eines oberen Prozessraumes zuzuführen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dabei können wenigstens drei übereinander angeordnete Prozessräume und wenigstens zwei Förderaggregate vorgesehen werden, wobei die beiden

Förderaggregate dergestalt miteinander verbunden sind, dass wenigstens ein zwischen den beiden Förderaggregaten angeordneter Prozessraum umgangen wird. Es ist auch denkbar, dass einer oder beide Förderaggregate mit wenigstens einem Materiallager und/oder Zwischenlager in Verbindung stehen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Förderaggregats weist dieses eine mit dem oberen Prozessraum in Verbindung stehende erste Zuführöffnung und eine an einem Endbereich des Förderaggregats vorgesehene und mit dem unteren Prozessraum in Verbindung stehende erste Auslassöffnung auf. Weiterhin kann eine mit einer Materialaufgabe verbundene zweite Zuführeinrichtung zur direkten Aufgabe von Filterstaub, Ausschussmaterialien, geruchsintensiven Materialien oder

Materialien zur Steigerung der Reaktivität oder der Förderfähigkeit in den unteren Prozessraum vorgesehen sein. Außerdem kann das Förderaggregat weiterhin eine zweite mit dem Außenbereich des Mehretagenofens in Verbindung stehende Auslassöffnung zum Ausschleusen von Material aus dem Mehretagenofen aufweisen. Das bzw. die Förderaggregate sind daher zweckmäßigerweise mit einem reversierbaren Antrieb ausgestattet, um die Zuführöffnung fördertechnisch mit der ersten oder zweiten Auslassöffnung zu verbinden.

Anstelle eines Förderaggregats können die Mittel zur Ausbildung einer Materialsäule gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung auch eine Schurre umfassen, in der sich eine Materialsäule ausbildet.

Zur Überwachung der gastechnischen Trennung der beiden Prozessräume ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der Differenzdruck zwischen dem oberen und unteren Prozessraum ermittelt wird. Dann besteht auch die Möglichkeit, dass die Fördergeschwindigkeit des wenigstens einen Förderaggregats in Abhängigkeit des gemessenen Differenzdrucks so geregelt wird, dass eine gastechnische Trennung der beiden Prozessräume sichergestellt ist. Diese gastechnische Trennung der Prozessräume ermöglicht es, dass die Temperatur und/oder die Feuchte und/oder der Druck in den beiden Prozessräumen individuell eingestellt werden kann. Die thermische Behandlung des Stoffstroms in den einzelnen Prozessräumen erfolgt dabei vorzugsweise mit Hilfe eines Behandlungsgasstromes, der jedem Prozessraum zugeführt und nach Einwirkung auf dem Stoffstroms wieder abgeführt wird. Durch die gastechnische Trennung übereinanderliegender Prozessräume besteht die Möglichkeit, die Strömungsrichtung des Behandlungsgases in Bezug auf die Materialflussrichtung individuell einzustellen, wobei die Strömungsrichtung des Behandlungsgases in wenigstens einem oberen Prozessraum vorzugsweise im Gleichstrom und wenigstens einem unteren Prozessraum im Gegenstrom eingestellt wird. Die Gleichstrombehandlung ist insbesondere bei der Trocknung des Stoffstroms von Vorteil, während die Torrefizierung zweckmäßigerweise im Gegenstrom erfolgt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mehretagenofens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Detailansicht der als Förderaggregat ausgebildeten

Übergabeeinrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Mehretagenofens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Mehretagenofens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 dargestellte Mehretagenofen zur thermischen Behandlung eines Stoffstroms dient beispielsweise zur Trocknung und Torrefizierung eines Kohlenstoff enthaltenden Stoffstroms. Er weist zwei übereinander angeordnete Prozessräume 1 , 2 auf, die jeweils mehrere Etagenböden 5 bis 1 1 aufweisen. Der zu behandelnde Stoffstrom 25 wird über eine Zuführeinrichtung 12 von oben dem Prozessraum 1 zugeführt. Der Materialtransport auf den Etagenböden erfolgt über übliche Transporteinrichtungen, wie beispielsweise ein mit einer Zentralsäule 13 rotierendes Krälarmsystem 27, die das Material zu innen- oder außenliegenden Öffnungen transportieren, wo das Material auf den nächst tieferen Etagenboden fällt. Grundsätzlich ist natürlich auch denkbar, dass die Etagenböden mit der

Zentralsäule 13 rotieren und mit feststehenden Abstreifern zusammenwirken. In Fig.

1 ist lediglich ein Krälarmsystem 27 im Bereich des Etagenbodens 5 dargestellt. Selbstverständlich sind solche Krählarmsysteme auch im Bereich der anderen Etagenböden vorgesehen. Die Wärmebehandlung des Stoffstroms 25 im oberen Prozessraum 1 erfolgt mit

Hilfe eines ersten Behandlungsgasstromes 14, der über einen im oberen Bereich des Prozessraums 1 vorgesehenen Eintrag 15 zugeführt und über einen im unteren Bereich des Prozessraumes 1 vorgesehenen Austrag 16 abgeführt wird. Bei dieser Anordnung erfolgt die Wärmebehandlung im Kreuz- bzw. Gleichstrom zur Materialflussrichtung. Je nach Anwendung kann es aber auch zweckmäßig sein, die

Wärmebehandlung im Gegenstrom durchzuführen. Außerdem ist es denkbar, dass mehrere Behandlungsgasströme, beispielsweise jeweils ein Behandlungsgasstrom pro Etagenboden zu- und abgeführt wird. In ähnlicher Art und Weise wird im unteren Prozessraum 2 über einen Eintrag 17 und einen Austrag 18 ein zweiter Behandlungsgasstrom 19 zu- bzw. abgeführt. Hier erfolgt die Behandlung des

Stoffstroms im Gegenstrom zum Behandlungsgas. Auch hier können natürlich weitere Behandlungsgasströme zu- und abgeführt werden. Am unteren Ende des unteren Prozessraums 2 ist schließlich eine Austragsvorrichtung 20 für den behandelten Stoffstroms 25'. Zwischen den beiden Prozessräumen 1 und 2 ist eine Übergabeeinrichtung 21 vorgesehen, die ein als Förderschnecke ausgebildetes Förderaggregat 21.1 aufweist, um den Stoffstrom vom oberen Prozessraum 1 zum unteren Prozessraum

2 unter Ausbildung einer Materialsäule 24 zu übergeben. Der unterste Etagenboden 8 des oberen Prozessraumes 1 bildet gleichzeitig die Decke des unteren Etagenraums 2. Die Öffnung 8.1 des Etagenbodens 8 stellt dabei die Verbindung zwischen den beiden Prozessräumen dar, wobei das Förderaggregat 21 .1 direkt unterhalb der Öffnung 8.1 angeordnet ist. Weitere Einzelheiten werden im Folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Das Förderaggregat 21 .1 steht mit der Öffnung 8.1 des Etagenbodens 8 über eine erste Zuführöffnung 21 .2 derart in Verbindung, dass der auf dem Etagenboden 8 befindliche Stoffstrom 25 über die Öffnung 8.1 unter Ausbildung einer Materialsäule 26 in das Förderaggregat 21.1 gelangt. Das Förderaggregat 21.1 weist einen

Antrieb 21.3 auf, um den Stoffstrom 25 zu einer an einem Ende des Förderaggregats angeordneten ersten Auslassöffnung 21.4 zu transportieren. Der Stoffstrom fällt dort auf den Etagenboden 9 des zweiten Prozessraumes 2. Die gastechnische Trennung der beiden Prozessräume 1 und 2 wird durch die sich ausbildende Materialsäule 26 gebildet, die sich bei diesem Ausführungsbeispiel in dem als Förderschnecke ausgebildeten Förderorgan 21.1 bis zur ersten Auslassöffnung 21 .4 fortsetzt. Über dem Antrieb 21.3 wird die Fördergeschwindigkeit so geregelt, dass stets eine ausreichende Materialsäule 26 vorhanden ist, um die gastechnische Trennung der beiden Prozessräume 1 , 2 sicherzustellen. Hierzu könnte der Differenzdruck zwischen dem oberen und unteren Prozessraum 1 und 2 ermittelt werden, um die gastechnische Trennung zu überwachen, wobei die Fördergeschwindigkeit des Förderaggregats 21.1 in Abhängigkeit des gemessenen Differenzdruck so geregelt wird, dass die gastechnische Trennung der beiden Prozessräume sichergestellt ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Förderaggregat 21 .1 an seinem der ersten Auslassöffnung gegenüberliegenden Ende mit einer zweiten Auslassöffnung 21.5 versehen, die mit dem Außenbereich des Mehretagenofens in Verbindung steht. Durch den reversierbaren Antrieb 21.3 besteht auf diese Weise die Möglichkeit, zumindest einen Teil des Stoffstroms 25 nicht in den zweiten Prozessraum 2 zu übergeben, sondern über die zweite Auslassöffnung 21.5 auszuschleusen. Dies kann beispielsweise zur Umgehung wenigstens eines Prozessraumes oder zum Ausschleusen wenigstens eines Teils der Stoffstroms in ein Material- und/oder Zwischenlager genutzt werden. Auch für den Zweck einer Probennahme könnte die zweite Auslassöffnung 21.5 eingesetzt werden. Weiterhin weist das Förderaggregat 21 .1 eine zweite, außerhalb des Mehretageofens vorgesehene Zuführöffnung 21 .6 auf, über die zusätzliches Material wie Filterstaub, Ausschussmaterialien, geruchsintensive Materialien oder Materialien zur Steigerung der Reaktivität und der Förderfähigkeit dem zweiten Prozessraum 2 zugeführt werden können. Die Übergabeeinrichtung 21 dient somit zum einen zur Herstellung der gastechnischen Trennung der beiden Prozessräume und des Weiteren in der hier gezeigten Ausführung auch zum Ausschleusen und/oder Zuführen von Material. Der reversierbare Antrieb 21.3 des Förderorgans 21.1 bietet auch die Möglichkeit, auf eine Verstopfung oder ein Verklemmen im Übergabebereich zu reagieren. Außerdem besteht die Möglichkeit den Stoffstrom des darüber angeordneten Prozessraumes, beispielsweise in einem Havariefall, beschleunigt auszutragen.

Das Förderaggregat 21.1 ist dabei vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, dass es lediglich außerhalb des Mehretagenofens, d. h. in einem kalten Bereich, gelagert ist, aber die mit der Öffnung 8.1 des Etagenbodens 8 in Verbindung stehende erste Zuführöffnung 21 .2 und die erste Auslassöffnung 21 .4 im Inneren des Mehretagenofens angeordnet sind. Die beiden Prozessräume 1 und 2 müssen somit nicht in zwei separaten Öfen realisiert werden, sondern können vielmehr in ein und demselben Mehretagenofen untergebracht werden.

Das Förderorgan 21.1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Förderschnecke ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wäre aber beispielsweise auch eine Ausbildung als Schieber denkbar.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht von der Ausbildung des Mehretagenofens dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Zwischen den beiden Prozessräumen 1 und 2 ist jedoch eine als Schurre 24.1 ausgebildete Übergabevorrichtung 24 vorgesehen. Die schachtartige Schurre 24.1 ist unmittelbar an die Öffnung 8.1. des Etagenbodens 8 angeschlossen und endet oberhalb des Etagenbodens 9, sodass sich zwischen dem Ende der Schurre 24.1 und dem Etagenboden 9 ein Schüttkegel ausbildet. Die gastechnische Trennung der beiden Prozessräume 1 und 2 wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Materialsäule 26 sichergestellt, die sich hier in der Schurre 24.1 ausbildet. Es ist daher erforderlich, dass die Fördergeschwindigkeit, mit der sich der Stoffstrom auf dem Etagenboden 9 bewegt und dem nächst niedrigeren Etagenboden 10 zugeführt wird, so eingestellt und ggf. reguliert wird, dass in der Übergabeeinrichtung 24 immer eine ausreichende Materialsäule 26 ausbildet ist, um die gastechnische Trennung sicherzustellen. Die Fördergeschwindigkeit des Stoffstroms auf den Etagenböden wird hier durch die mit der Zentralsäule 13 drehenden Krälarmsystem 27 sichergestellt. Es ist daher durchaus zweckmäßig, wenn die Krälarmsysteme des oberen und unteren Prozessraums 1 , 2 unabhängig voneinander in ihrer Geschwindigkeit regulierbar sind. Zur Überprüfung der gastechnischen Trennung der beiden Prozessräume und ggf. auch zur Regulierung der Geschwindigkeiten der Krälarmsysteme kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Differenzdruck zwischen den beiden Prozessräumen ermittelt werden.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch eine konstruktiv einfache Übergabeeinrichtung aus. Allerdings kann hier weder Material ausgeschleust, noch von außen im Bereich der Übergabeeinrichtung zugeführt werden.

Ein Mehretagenofen mit vier übereinander angeordneten Prozessräumen 1 , 2, 3 und 4 ist in Fig. 4 dargestellt. Zwischen den einzelnen Prozessräumen sind Übergabeeinrichtungen 21 , 22 und 23 vorgesehen, die gemäß Fig. 2 ausgeführt sind. Jeder der Prozessräume 1 bis 4 kann über Eingänge 15, 17, 27, 28 mit individuellen Behandlungsgasströmen 14, 19, 31 , 32 beaufschlagt werden, die über Ausgänge 16, 18, 29 und 30 wieder ausgeschleust werden. Auf diese Weise kann jedem Prozessraum eine bestimmte Aufgabe zugeordnet werden. So kann beispielsweise im Prozessraum 1 eine Trocknung, in den Prozessräumen 2 und 3 eine Erhitzung, Calcinierung oder Torrefizierung und im Prozessraum 4 eine Kühlung des Stoffstromes stattfinden.

Die spezielle Ausbildung der Übergabeeinrichtungen 21 bis 23 ermöglicht das Ausschleusen eines Teils des Stoffstroms, um ihn unter Umgehung einzelner Prozessräume einem weiter unterliegenden Prozessraum wieder zuzuführen oder vorzeitig auszuschleusen und einem Materiallager 33 aufzugeben.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise ein Teilstrom des im ersten Prozessraum 1 behandelten Stoffstroms über die Übergabeeinrichtung 21 ausgeschleust und über die Übergabeeinrichtung 23 dem vierten Prozessraum zugeführt. Dadurch lässt sich beispielsweise ein getrockneter und gekühlter Stoffstrom erhalten, der keiner Torrefizierung ausgesetzt wurde. Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Teilstrom über die zweite Übergabeeinrichtung 22 oder die dritte Übergabeeinrichtung 23 ausgeschleust und direkt dem Materiallager 33 aufgegeben wird.

Die hierbei ausgeschleusten Stoffströme sind teilweise oder vollständig thermisch behandelt, aber nicht gekühlt. Im Rahmen der Erfindung können, je nach Anwendung, auch andere Umgehungen bzw. Ausschleusungen vorgesehen werden.

Durch die gastechnische Trennung übereinander angeordneter Prozessräume kann über den zugeführten Behandlungsgasstrom die Temperatur und/oder die Feuchte und/oder der Druck und/oder die Atmosphäre in jedem der Prozessräume individuell eingestellt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Strömungsrichtung des Behandlungsgases im Bezug auf die Materialflussrichtung für jede Prozesskammer individuell einzustellen, indem das Behandlungsgas entweder oben oder unten der jeweiligen Prozesskammer zugeführt wird. Damit kann die Strömungsrichtung des Behandlungsgases wahlweise im Gleichstrom, im Kreuzoder im Gegenstrom zum Stoffstrom eingestellt werden. Je nachdem, ob die Prozesskammer zur Trocknung, thermischen Behandlung (Torrefizierung, Calcinierung, Erhitzung) oder Kühlung verwendet wird, kann jeweils die für die jeweilige Anwendung bevorzugte Strömungsrichtung des Behandlungsgases in Bezug auf dem Stoffstrom ausgewählt werden. Im Rahmen der Erfindung wäre es auch denkbar, dass zumindest für einzelne Etagen separate Behandlungsgase zu- bzw. abgeführt werden. In diesem Fall würde man davon sprechen, dass der Behandlungsgasstrom im Kreuzstrom zum Stoffstrom zu- bzw. abgeführt wird.