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Patent Searching and Data


Title:
INSTALLATION AND METHOD FOR PRODUCING ENERGY USING PYROLYSIS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/083815
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to achieve a good energy balance, in particular in small energy-production installations, in which combustibles containing carbon are exploited by means of pyrolysis. To achieve this, the installation comprises: a) a reaction section provided with at least one pyrolysis zone for exploiting the combustible, b) at least one combustion device, used to burn the gas obtained by pyrolysis to form flue gas, c) supply means for supplying the gas from the pyrolysis zone to the combustion device, d) conduit means, in which the burning gas and the resulting flue gas can be conducted from the combustion device to a gas outlet point, e) a thermal utilisation device, which is used to convert at least one portion of the thermal energy that is released by the combustion process into a useful form of energy that can be output by the installation, using a heat exchanger, whereby f) the burning gas and/or the resulting flue gas is guided past the pyrolysis zone (8) and at the same time past at least one section of the heat exchanger (28a), in relation to the direction of flow, by means of one section of the conduit means (26), and whereby the heat exchanger (28a) absorbs the thermal energy of the gases in a first area (40) and in a second area (41) releases said energy into a medium of the thermal utilisation device.

Inventors:
SHARPE JOHN E E (GB)
METZ JACK R (CH)
SERCHINGER REINHARD W (DE)
Application Number:
PCT/CH2002/000202
Publication Date:
October 24, 2002
Filing Date:
April 11, 2002
Export Citation:
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Assignee:
FENNER HANS RUDOLF (CH)
GAUTSCHI ULRICH (CH)
SHARPE JOHN E E (GB)
METZ JACK R (CH)
SERCHINGER REINHARD W (DE)
International Classes:
C10B47/32; C10J3/66; F23G5/027; (IPC1-7): C10B47/32; C10J3/66; F23G5/027
Domestic Patent References:
WO1997015641A11997-05-01
Foreign References:
DE2651302A11977-11-17
DE2800030A11978-07-13
Attorney, Agent or Firm:
R. A. EGLI & CO. (Postfach, Zürich, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Anlage zur Energiegewinnung, bei der eine pyrolytische Verwertung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen statt findet, umfassend einen zur Verwertung des Brennstoffes vorgesehenen Reak tionsteil, der mit zumindest einer Pyrolysezone versehen ist, in der durch Pyrolyse ein Gas gewinnbar ist, zumindest eine Brenneinrichtung, mit dem das in der Pyrolyse gewonnene Gas unter Zuführung von Sauerstoff verbrennbar ist, wodurch Rauchgas entsteht, Zuführmittel zur Zuführung des Gases von der Pyrolyse zone in die zumindest eine Brenneinrichtung, Leitungsmittel, in denen das verbrennende Gas und das daraus resultierende Rauchgas von der Brenneinrichtung zu einer Gasauslassstelle führbar sind, wobei mit dem Leitungsmittel das verbrennende Gas und/oder das resul tierende Rauchgas an der Pyrolysezone vorbeiführbar ist, um die mit der Verbrennung gewonnene thermische Energie zur Erwärmung der Pyrolysezone zu nutzen, eine Wärmenutzungseinrichtung, mit der zumindest ein Teil der durch die Verbrennung frei werdenden thermi schen Energie unter Benutzung eines Wärmetauschers in eine von der Anlage abzugebenden Nutzenergieform umwan delbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrennende Gas und/oder das resultierende Rauchgas mittels eines Abschnittes des Leitungsmittels (26), in Bezug auf die Strömungsrichtung, gleichzeitig mit der Vorbeiführung an der Pyrolysezone (8) im wesentlichen auch zumindest an einem Abschnitt eines Wärmetauschers 28a) vorbeigeführt wird, wobei der Wärmetauscher (28a) in einem ersten Bereich (40) thermische Energie der Gase aufnimmt und diese in einem zweiten Bereich (41) an ein Medium der Wärmenutzungseinrichtung abgibt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Begrenzungsfläche und einer der ersten Begrenzungsfläche gegenüberliegenden zweiten Be grenzungsfläche eines Abschnittes des Leitungsmittels (26) ein Strömungsraum für die Gase ausgebildet wird, wobei an die erste Begrenzungsfläche die Pyrolysezone (8) angrenzt und die zweite Begrenzungsfläche Bestand teil des Wärmetauschers (28a) ist.
3. Anlage nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Abschnitt des Leitungsmittels (26) als ringförmiges Rohr (28) aus gebildet ist, der die Pyrolysezone (8) umgibt und eine äussere Wand (29) des ringförmigen Rohres (28) Bestand teil des Wärmetauschers (28a) ist.
4. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab schnitt des Leitungsmittels (26) so angeordnet ist, dass zumindest eine Komponente der Strömungsrichtung des Gases parallel zur Längserstreckung der Pyrolysezone (8) verläuft.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindest die Komponente der Strömungsrichtung im wesent lichen entgegengesetzt zu einer Durchlaufrichtung des Brennstoffes in der Pyrolysezone ausgerichtet ist.
6. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch eine im Bereich eines Endes der Pyrolysezone angeordnete Vergasungszone, in der durch Zufuhr von Sauerstoff und/oder sauerstoffhal tigen Stoffen eine Vergasung von bereits pyrolysierten Brennstoffen stattfindet.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Zuführmittel der Brenneinrichtung das Gas von der Pyrolysezone gemeinsam mit dem in der Vergasungszone ge wonnenen Gas zugeführt wird.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Strömungsrichtung der Rauchgase zwischen dem Wärmetauscher und der Gasauslassstelle ein Unter druckmittel, zur Erzeugung eines Unterdrucks im Lei tungsmittel, angeordnet ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckmittel als SaugzugVentilator ausgebildet ist.
10. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher als Mehrzugkessel, insbesondere als Zweioder Dreizug kessel, ausgebildet ist.
11. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau, bei dem Funktionsmodule der Anlage durch lösbare Verbin dungen an der Anlage befestigbar und durch Lösen der Verbindungen aus der Anlage entnehmbar sind.
12. Verfahren zur Energiegewinnung, bei der eine pyrolyti sche Verwertung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen stattfindet, umfassend einen Eintrag von Brennstoffen in zumindest eine Pyro lysezone, in der eine Pyrolyse durchführbar ist, eine Verbrennung des durch die Pyrolyse gewonnenen Gases unter Zuführung von Sauerstoff, wodurch Rauchgas ent steht, eine Weiterleitung des resultierenden Rauchgases von der Brenneinrichtung in Richtung zu einer Gasauslassstelle, wobei mittels eines Leitungsmittels das verbrennende Gas und/oder das resultierende Rauchgas an der Pyrolysezone vorbeiführbar ist, um die mit der Brenneinrichtung ge wonnene thermische Energie zur Erwärmung der Pyrolyse zone zu nutzen, und die Gase an einer Wärmenutzungsein richtung vorbeiführbar ist, mit der zumindest ein Teil der durch die Verbrennung frei werdenden thermischen Energie unter Ausnutzung eines Wärmetauschvorganges in eine abzugebende Nutzenergieform umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom des verbrennenden Gases und/oder des resultie renden Rauchgases in Strömungsrichtung in einem Abschnitt des Leitungsmittels im wesentlichen gleichzeitig an der Pyrolysezone und an zumindest einem Abschnitt eines Wär metauschers vorbeigeführt wird, wobei der Wärmetauscher in einem ersten Bereich thermische Energie der Gase auf nimmt und diese in einem zweiten Bereich an ein Medium der Wärmenutzungseinrichtung abgibt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase im ersten Abschnitt des Leitungsmittels sowohl an der Pyrolysezone als auch am Wärmetauscher vorbeigeführt werden und in einem zweiten Abschnitt aus schliesslich am Wärmetauscher entlangströmen.
14. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden An sprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Wasser ist und durch den Wärmetauschvorgang Was serdampf erzeugt wird.
15. Verfahren einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lei tungsmittel ein Unterdruck erzeugt wird, der zur Erzeu gung einer Strömung der Rauchgase genutzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck zur Förderung der zur Verbrennung vorge sehenen Gase zu einer Stelle in der Anlage genutzt wird, an der die Verbrennung durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffe nach Durchlaufen der Pyrolysezone in eine Vergasungskammer eingetragen werden und dort unter Zu fuhr von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Stoffen eine Gasgewinnung durch Vergasung durchgeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Regelungsschritt, bei dem ein vom Wärmetauschvorgang ab hängiger Parameter gemessen und aufgrund dieser Messung der Eintrag von Brennstoffen in die Anlage variiert wird.
Description:
Anlage und Verfahren zur Energiegewinnung durch Pyrolyse Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Energieerzeugung, wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 12 beschrieben sind.

Es ist bereits seit langem bekannt, dass sich mit pyroly- tischen Prozessen Abfälle oder Reststoffe energetisch nutzen lassen. Als Reststoffe kommen beispielsweise kommunale und industrielle Abfälle, Recycling-Sortierabfälle, Abfall-und Restholz, Klärschlamm, Tiermehl etc. in Frage. Die pyroly- tischen Prozesse basieren hierbei auf einer unter hohen Tem- peraturen und im wesentlichen unter Ausschluss von Sauer- stoff durchgeführten Entgasung der als Brennstoffe vorgese- henen kohlenstoffhaltigen Reststoffe. Die in den hierbei entstehenden Gase enthaltene Energie lässt sich beispiels- weise durch Verbrennung, d. h. Oxidation, der Gase in thermi- sche Energie umwandeln. Thermische Energie lässt sich ver- gleichsweise einfach nutzen, um beispielsweise Wärme, Kälte oder Strom zu erzeugen.

So sind schon verschiedene Anlagenkonzepte vorgeschlagen worden, um mittels einer pyrolytischen Verwertung von Rest- stoffen nutzbare Energie zu gewinnen. Eines der ersten'Anla- genkonzept ist unter dem Namen"Thermoselect"bekannt gewor- den. Dieses sieht vor, die Reststoffe in einem Temperatur- bereich von 450°C bis 550°C zu entgasen. Die aus diesem Pro- zess verbleibenden ganz oder teilweise verkohlten Reststoffe gelangen danach in einen Vergaserteil der Anlage, in welchem sie unter Zufuhr von Erdgas und Sauerstoff bei 1200°C bis 2000°C vergast werden. Die entstehenden Synthesegase werden danach in einem Nassverfahren gekühlt und nach verschiedenen Reinigungsstufen zur Energiegewinnung und mit einem Teil- strom zur Beheizung der Pyrolysezone verwendet. Nachteilig an der Anlage ist deren hohe Komplexität. Insbesondere auf-

grund des hohen technischen Aufwands, der für das mit dieser Anlage durchführbare Verfahren erforderlich ist, scheinen nur grosse Anlagen ab ca. 100'000 Tonnen Reststoffe pro Jahr rentabel zu sein.

Ein weiteres, unter dem Namen Carbo-V-Verfahren, bekannt ge- wordenes Verfahren sieht vor, vorwiegend holzhaltige Rest- stoffe in einem ersten Reaktor durch partielle Oxidation in ihre flüchtigen und festen Bestandteile zu zerlegen. Die festen Bestandteile, vorwiegend kohlehaltiger Koks, werden aufgemahlen. In einer zweiten Stufe wird das entstandene, sehr teerhaltige Gas im oberen Teil einer Brennkammer nach- oxidiert, während im unteren Teil der Brennkammer der Koks- staub in Vergasungrohgas umgewandelt wird. Dieses Gas wird zusammen mit dem Synthesegas der ersten Stufe mehrmals ge- kühlt und gereinigt. Das gereinigte Gas ist dann zur Erzeu- gung von Nutzenergie vorgesehen. An diesem Verfahren kann die aufwendige Nassreinigung als Nachteil gesehen werden.

Auch die für dieses Verfahren erforderliche Anlage muss für einen wirtschaftlichen Betrieb relativ gross und komplex sein. Zudem ist dieses Verfahren im wesentlichen nur zur energetischen Verwertung von Holz vorgesehen.

Ein weiteres Konzept ist in der EP 0 874 881 B1 gezeigt.

Hier sollen ausschliesslich Festbrennstoffe benutzt werden.

Die Festbrennstoffe werden nach einer Pyrolyse in einer Pyrolysezone der Anlage, unter Zufuhr von katalysatorisch wirkenden Stoffen, einer Vergasung unterzogen. Die sowohl durch die Pyrolyse als auch durch die Vergasung gewonnenen Gase werden anschliessend verbrannt, wobei ein Teil der aus der Verbrennung gewonnenen Energie zunächst dafür genutzt wird, um die Pyrolysezone mit Strahlungswärme zu beheizen.

Die Verbrennungsgase werden dann in einen in Strömungsrich- tung der Gase hinter der Pyrolysezone liegenden anderen Teil der Anlage geleitet, um dort den in den Gasen verbliebenen Energieinhalt zu nutzen.

An dieser Anlage kann als nachteilig empfunden werden, dass ein grosser Aufwand für die Isolation jener Anlagenteile er- forderlich ist, in denen die Verbrennungsgase bei hohen Tem- peraturen geführt werden. Ausserdem hat sich gezeigt, dass dieses Anlagenkonzept nur dann zu wirtschaftlichen Ergebnis- sen führt, wenn damit vergleichsweise grosse Anlagen reali- siert werden, beispielsweise in der Grössenordnung von grös- ser 10MW thermischer Leistung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gat- tungsgemässe Anlage und ein Verfahren zu schaffen, die auch bei kleiner Anlagengrösse eine gute Energiebilanz ermögli- chen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das verbrennende Gas und/oder das resultierende Rauchgas mittels eines Ab- schnittes des Leitungsmittels, und in Bezug auf ihre Strö- mungsrichtung, gleichzeitig mit der Vorbeiführung an der Pyrolysezone im wesentlichen auch zumindest an einem Ab- schnitt eines Wärmetauschers vorbeigeführt werden, wobei der Wärmetauscher in einem ersten Bereich thermische Energie der Gase aufnimmt und diese in einem zweiten Bereich an ein Medium der Wärmenutzungseinrichtung abgibt. Die Aufgabe wird ausserdem durch ein Verfahren gelöst, wie es in Anspruch 12 beschrieben ist.

Bei erfindungsgemässen Anlagen ist somit vorgesehen, dass ein Abschnitt eines bei der Verbrennung entstehenden Stromes von heissen Verbrennungs-bzw. Rauchgasen nicht-wie im Stand der Technik-ausschliesslich nacheinander unterschied- lichen Verwertungszwecken zugeführt wird, sondern vorzugs- weise bereits während der Verbrennung und unmittelbar danach im wesentlichen gleichzeitig sowohl zur Erwärmung der Pyro- lysezone als auch zur Abgabe von thermischer Energie an einen Wärmetauscher genutzt wird.

Im wesentlichen unabhängig davon, wie dies konkret konstruk- tiv realisiert ist, kann hierdurch zumindest ein erheblicher Teil der bisher erforderlichen Isolation entfallen. Im Gegenteil, erfindungsgemäss ist gerade vorgesehen, dass in dem Abschnitt der Leitungsmittel, in denen ein Wärmeübergang zur Pyrolysezone stattfindet, zusätzlich ein weiterer Wärme- transfer stattfinden soll, nämlich ein Wärmetransfer am Wär- metauscher. Anders als im Stand der Technik sollte dieser Teil der Leitungsmittel mit Vorteil eine besonders gute Wär- meleitfähigkeit aufweisen.

Es ist hierbei bevorzugt, dass durch eine Abstimmung des Wärmeübergangs am Wärmetauscher auf den Wärmeübergang zur Pyrolysezone vordefinierte physikalische Verhältnisse ge- schaffen werden. Hierdurch soll die in der Pyrolysezone herrschende Temperatur auf einen für die Pyrolyse günstigen Wert innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs sicher gehalten werden können. Dieser Temperaturbereich kann bei- spielsweise von 850°C bis 950°C betragen. Durch Kenntnis der Temperaturen der Rauchgase bzw. der verbrennenden Gase, deren Menge und der geometrischen Gestaltung der Leitungs- mittel, der Pyrolyszone und des Wärmetauschers, können durch eine geeignete Materialwahl solche Verhältnisse eingestellt werden. Hierdurch steht für den Wärmetauschvorgang die in den Rauchgasen enthaltene Energiemenge zur Verfügung, die jene Energiemenge übersteigt, die zur Erhitzung der Pyro- lysezone benötigt wird.

Es hat sich gezeigt, dass die Temperatur der Verbrennungs- gase bei der Verbrennung bzw. unmittelbar danach in einem Bereich von ca. 1000°C bis 1200°C, vorzugsweise von 1050°C bis 1150°C und besonders bevorzugt ca. 1100°C, liegt, um einerseits gute Ergebnisse beim Pyrolysevorgang und anderer- seits eine ausreichende Energiemenge für die Erzeugung von Nutzenergie zur Verfügung zu haben. Dieser Temperaturbereich hat sich zudem als besonders vorteilhaft erwiesen, da bei

diesen Temperaturen zum einen sicher keine Rekombination der Verbrennungs-bzw. Rauchgase zu Dioxinen und Furanen statt- findet. Zum anderen sind die Temperaturen hoch genug, um die Rauchgase über eine längere Strecke in den Leitungsmitteln zu führen, bevor sie auf Temperaturen abkühlen, bei denen solche Rekombinationen in massgeblichen Mengen zu befürchten wären.

Durch die sofortige Nutzung der durch die Verbrennung frei werdenden thermischen Energie, sowohl für die Pyrolyse als auch für die Aufheizung eines Wärmetausch-Mediums der Wärme- nutzungseinrichtung, treten bei erfindungsgemässen Anlagen besonders geringe Verlustenergien auf. Dies erhöht die Ener- giebilanz einer solchen Anlage in entscheidendem Masse und ermöglicht auch die Betreibung von bezüglich der Baugrösse und der gewonnenen Energiemenge kleinen Anlagen. Dieser Vor- teil kann aber auch dazu genutzt werden, um bei gleicher An- lagengrösse wie bei einer herkömmlichen Anlage eine grössere nutzbare Energiemenge zu erzeugen.

Um auf konstruktiv einfache und günstige Weise mit einem Ab- schnitt eines Volumenstroms an Rauchgasen gleichzeitig so- wohl die Pyrolysezone als auch den Wärmetauscher zu erwär- men, kann in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen einer ersten Begrenzungsfläche und einer der ersten Begren- zungsfläche gegenüberliegenden zweiten Begrenzungsfläche eines Abschnittes des Leitungsmittels ein Strömungsraum für die Gase ausgebildet sein. Hierbei sollte an die erste Be- grenzungsfläche die Pyrolysezone angrenzen und die zweite Begrenzungsfläche Bestandteil des Wärmetauschers sein.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Pyro- lysezone zumindest ein im wesentlichen längliches Rohr auf- weist, das von einem ringförmigen Leitungsmittel umgeben ist, dessen Längserstreckung im wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Pyrolyserohres verlaufen kann. Hierbei

kann eine (äussere) Wand des Pyrolyserohres auch als innere Wand des Leitungsmittels fungieren, wodurch ein besonders guter Wärmetransfer in die Pyrolysezone möglich wird. Eine äussere Wand des Leitungsmittels kann hingegen als Wärmetau- scher ausgebildet sein, wodurch ebenfalls ein besonders guter Wärmeübergang zum Wärmetausch-Medium mit sehr geringen Wärmeverlusten möglich wird. Dies ermöglicht auch, mit einem besonders geringen konstruktiven Aufwand eine erfindungs- gemässe Anlage zu realisieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Pyrolyserohr und das Leitungsmittel in Bezug auf ihren Querschnitt jeweils kreisförmig ausgebildet, wobei das Leitungsmittel das Pyrolyserohr konzentrisch umgeben kann. In anderen Aus- führungsformen können auch mehrere Pyrolyserohre in einem im Querschnitt ringförmigen Leitungsmittel angeordnet sein, wo- bei die Querschnittsformen des Leitungsmittels und der Pyro- lyserohre im Hinblick auf gute Wärmeübergänge optimiert sein können. Grundsätzlich können die Querschnittsformen der Rohre nahezu beliebig gewählt sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gibt der Wär- metauscher die Energie an einen Wasserkessel bzw. Boiler ab, in dem Wasserdampf erzeugt wird, der wiederum zur Erzeugung von einer nutzbaren Energieform, wie beispielsweise Wärme, Kälte oder Strom, verwendet werden kann. In Bezug auf einen guten Wärmeübergang und zur Vermeidung von Isolationsma- terial für die Leitungsmittel kann es hierbei von Vorteil sein, wenn die Leitungsmittel und damit auch der Wärmetau- scher über zumindest einen Abschnitt der Leitungsmittel vollständig innerhalb des Wasserkessels angeordnet sind.

Dies kann zur Konsequenz haben, dass sich auch die Pyrolyse- zone, zumindest über einen Abschnitt entlang eines Förder- weges des Brennstoffes durch die Pyrolysezone, vollständig innerhalb des Wärmetauschers und damit auch des Wärmetausch- Mediums befindet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die er- findungsgemässe Anlage mit einem Regelkreis versehen sein, bei dem ein oder mehrere Parameter des aus dem Kessel aus- tretenden Wasserdampfes gemessen werden. Diese Messergeb- nisse können dazu benutzt werden, die Zuführmenge an Rest- stoffen bzw. Brennstoff in das Pyrolyserohr zu regeln, damit die Werte der Dampfparameter als im wesentlichen konstant einstellbar sind.

Um mit besonders geringem konstruktiven und fertigungstech- nischen Aufwand unterschiedliche Anlagen nach dem erfin- dungsgemässen Prinzip, beispielsweise hinsichtlich der Grösse der Anlagen, herstellen zu können, sollten diese mo- dular aufgebaut sein. Das bedeutet, dass die Anlagen mit vordefinierten Schnittstellen versehen sein können, an denen Anlagenkomponenten durch vorzugsweise lösbare Verbindungen miteinander verbindbar sind. Hierdurch ist es auch möglich, bestehende Anlagen schnell und mit wenig Aufwand an geän- derte Bedingungen anzupassen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Figuren.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert ; es zei- gen : Fig. 1 ein grundsätzlicher Aufbau einer möglichen erfin- dungsgemässen Anlage ; Fig. 2 eine Querschnitts-Darstellung eines Ringbrenners der erfindungsgemässen Anlage ; Fig. 3 eine Längsschnitt-Darstellung einer weiteren mög- lichen Ausführungsform eines Ringbrenners.

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie X von Fig. 1 durch ein Pyrolyserohr und einen Teil eines Wär- metauschers.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Anlage zur Umwandlung von Reststoffen in Energie gezeigt. Die Anlage weist eine Eingabestelle 1 auf, in der Reststoffe 2 in ein Zwischensilo 3 der Anlage gegeben werden können. Das Zwischensilo 3 dient zur Zwischenlagerung von Reststoffen 2, bevor diese der nachfolgend näher beschriebenen Verwertung zugeführt werden.

An ein unteres trichterförmiges Ende des Zwischensilos schliesst sich ein in einer Fallleitung angeordnetes Förder- rad 4 an. Das Förderrad 4 und/oder die im Silo 3 gelagerten Reststoffe 2 schliessen an dieser Seite der Anlage letztge- nannte im wesentlichen luftdicht ab. Die Fallleitung mündet im Bereich eines Endes eines horizontal ausgerichteten Roh- res 5 in letztgenanntes. In dem Rohr 5 ist eine rotatorisch angetriebene Förderschnecke 6 angeordnet, die die Reststoffe 2 in den Bereich des anderen Endes des Rohres 5 fördert.

Hier ist in dem Rohr 5 eine Öffnung vorhanden, durch die die Reststoffe über eine weitere Fallleitung 7 in einen Bereich eines vorderen Endes einer als Pyrolyserohr 8 ausgebildeten Pyrolysezone gelangen. Auch im Pyrolyserohr 8 ist eine rota- torisch antreibbare Förderschnecke 9 angeordnet, mit der die Reststoffe 2 von einer Eintrittsöffnung 8a bis zu einer am anderen Ende des Pyrolyserohres vorgesehenen unteren Aus- trittsöffnung 8b gefördert werden. Das Pyrolyserohr 8 ist gegen einen Lufteintritt abgedichtet. Durch den vorzugsweise im wesentlichen anaeroben Pyrolysevorgang entstehen im Inne- ren des Pyrolyserohres Temperaturen von ca. 850° bis ca.

950°C, vorzugsweise ca. 900°C.

Das letztgenannte Ende des Pyrolyserohres mündet in einen siloähnlichen Behälter 10, in dem unterhalb des Pyrolyseroh- res 8 eine Vergasungskammer 11 und oberhalb davon eine Gas-

mischkammer 12 ausgebildet ist. Ebenso wie das Pyrolyserohr 8 gehört auch die Vergasungskammer 11 zu einem Reaktionsteil der Anlage. Die Reststoffe 2, welche das Pyrolyserohr 8 und eine im wesentlichen anaerobe Pyrolyse durchlaufen haben, fallen somit aufgrund der Schwerkraft durch die Austritts- öffnung 8b des Pyrolyserohres 8 nach unten in die mit einem unteren trichterförmigen Ende versehene Vergasungskammer 11.

Das trichterförmige Ende mündet schliesslich in ein weiteres Rohr 14 mit Förderschnecke 15, durch welche die Endprodukte des Vergasungsprozesses, im wesentlichen Asche oder Schla- cke, in vorbestimmter Menge und Zeit aus der Anlage entnom- men werden können. Durch jeweils einen Pfeil 16,17,18 sind drei mögliche Einleitungen angedeutet, mit denen alternativ oder kumulativ Wasserdampf (mit einer Temperatur von ca.

300°C), rezikliertes Abgas (mit einer Temperatur von ca.

200°C) und/oder ein auf ca. 200°C vorgeheiztes Sauer- stoff/Stickstoff-Gemisch in die Vergasungskammer eingeführt werden kann. Hierdurch ist eine Vergasung der bereits pyro- lysierten Rest-bzw. Brennstoffe mit Temperaturen von ca.

750°C bis 850°C möglich, wodurch beispielsweise die Gase Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) freigesetzt werden können.

Die Vergasungskammer 11 ist mit der Austrittsöffnung 8b des Pyrolyserohres 8 und beidseitig hiervon angeordneten Umlei- tungskanälen um das Pyrolyserohr mit der Gasmischkammer 12 verbunden. Die im Pyrolyserohr entstehenden Gase, beispiels- weise Methan und Kohlenmonoxid, können somit durch die Aus- trittsöffnung 8b nach oben ebenfalls in die Gasmischkammer 12 entweichen.

Über eine an der Gasmischkammer 12 angeschlossene Zuleitung 20 ist die Gasmischkammer mit einer einen Ringbrenner auf- weisenden Brenneinrichtung 21 verbunden. Die Brenneinrich- tung 21 ist hierbei über den vollen Umfang des Pyrolyseroh- res 8 um letztgenanntes herum angeordnet. Der in Fig. 2 in

einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Querschnitts-Dar- stellung detaillierter gezeigte, seitlich unmittelbar neben der Gasmischkammer angeordnete Ringbrenner weist gleichmäs- sig am Umfang des Leitungsmittels verteilt mehrere Brenner 22, beispielsweise acht Brenner-zumindest jedoch einen Brenner, auf. In nicht näher dargestellter Weise ist jeder der Brenner 22 zur Gasversorgung mit der Zuleitung 20 ver- bunden. Die Brenner 22 können dabei so ausgerichtet sein, dass das von ihnen jeweils ausströmende und zunächst in einer Flamme 24 verbrennende Gas eine vorbestimmte Strö- mungsrichtungskomponente 25 bzw. eine Flammenrichtung auf- weist, die tangential zum Pyrolyserohr 8 verläuft, so dass das Pyrolyserohr möglichst gleichmässig erwärmt wird. In Fig. 2 ist gezeigt, dass damit eine Ausrichtung der Flamme 24 jedes Brenners 22 auf die Flamme 24 des am Umfang nach- folgenden Brenners 22 ermöglicht wird. Hierdurch kann sicher und auch auf konstruktiv einfache Weise erreicht werden, dass sich die einzelnen Brenner 22 des Ringbrenners gegen- seitig zünden.

Der von den Brennern 22 erzeugte Strom an noch verbrennenden Gasen und durch die Verbrennung bereits entstandenen Rauch- gasen kann vorzugsweise auch eine Strömungsrichtungskompo- nente aufweisen, die parallel zur Längserstreckung 8c des Pyrolyserohres 8-und zwar entgegengesetzt zur Durchlauf- richtung der Brennstoffe 2 im Pyrolyserohr-verläuft. In der Längsschnittdarstellung von Fig. 3 ist eine solche Aus- führungsform einer Brenneinrichtung 21 dargestellt, bei der die Flammenrichtung 25 der einzelnen Brenner 22 schräg ge- stellt und auf die Längsachse 8c des Pyrolyserohres gerich- tet sind. Wie insbesondere in dieser Darstellung zu erkennen ist, ist ein nachfolgend noch näher beschriebenes Leitungs- mittel 26 an seinem Ende 26a im Bereich der Brenneinrichtung 21 geschlossen.

In den Fig. 2 und 3 sind Extrempositionen der einzelnen Brenner 22 gezeigt. So sind die Brenner 22 in Fig. 2 voll- ständig tangential zum Pyrolyserohr 8 ausgerichtet, wobei die Ausrichtung der Flammen 24 keine Komponente parallel zur Längsachse 8c des Pyrolyserohres aufweist. In Fig. 3 hat hingegen die Richtung der Flammen 24 keine tangentiale Kom- ponente. Hierdurch liegt die Flammenrichtung 25 in jeweils einer Schnittebene durch die Längsachse 8c des Pyrolyse- rohrs. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen, können die einzelnen Brenner der Brenneinrichtung auch jede belie- bige Position zwischen den in den beiden Figuren gezeigten Extrempositionen einnehmen, die beispielsweise durch Schwen- kung der in Fig. 2 gezeigten Brenner um einen Winkel kleiner 90° erreicht werden kann.

Wie Fig. 1 entnommen werden kann, ist im Umfangsbereich des Ringbrenners ein Start-/Stützbrenner 27 vorgesehen, mit dem der Ringbrenner einerseits gezündet werden kann. Hierzu kann die vom Start-/Stützbrenner 27 erzeugte (nicht dargestellte) Flamme auf zumindest einen der Brenner 22 des Ringbrenners gerichtet sein. Andererseits kann der Start-/Stützbrenner 27 auch genutzt werden, wenn vom Ringbrenner zu geringe Ener- giemengen geliefert werden. Der Start-/Stützbrenner 27 kann von einer externen Brennstoffversorgung gespeist werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 kann der Ringbrenner an einem Ende des Leitungsmittels 26 in dieses integriert sein. Das Leitungsmittel 26 kann zunächst als im Querschnitt ringförmiges, im wesentlichen geradlinig verlaufendes Rohr 28 ausgebildet sein. Das ringförmige Rohr 28 ist hierbei konzentrisch um das Pyrolyserohr 8 angeordnet. Hierdurch um- gibt das konzentrische Rohr 28 über seine gesamte Länge das Pyrolyserohr 8, wobei die Längsachsen der beiden Rohre iden- tisch sind. Um einen guten Wärmeübergang vom ringförmigen Rohr zum Pyrolyserohr zu ermöglichen, weisen diese eine ge- meinsame Rohrwand 29 aus einem Material mit guter Wärmeleit-

fähigkeit auf. Hierfür kommen vor allem metallische Werk- stoffe, wie beispielsweise legierter Stahl und Stahlguss, in Frage.

Das ringförmige Rohr 28 geht an einem der Brenneinrichtung 21 gegenüberliegenden Ende in einen ersten Krümmungsbereich 30 mit einem Umlenkungswinkel von 180° über. Im Krümmung- bereich 30 fächert sich das eine Volumen des Leitungsmittels in mehrere einzelne geradlinig und parallel sowohl zueinan- der als auch zum ringförmigen Rohr 28 verlaufende Rohre auf.

Aus Vereinfachungsgründen ist in Fig. 1 diese Mehrzahl an Rohren als nur ein einziges Rohr 31 dargestellt. Durch die Auffächerung kann insgesamt die Fläche vergrössert werden, an der ein Wärmeübergang stattfinden kann. An einem dem ers- ten Krümmungsbereich 30 gegenüberliegenden Ende der Rohre 31 befindet sich ein zweiter Krümmungsbereich 32. Auch hier wird das Leitungsmittel um 180° umgelenkt und in eine noch- mals vergrösserte Anzahl von einzelnen parallel zueinander verlaufenden Rohren 33 (ebenfalls als ein einziges Rohr dar- gestellt) aufgeteilt. An diese schliesst sich in Strömungs- richtung dann ein dritter Krümmungsbereich 34 an, indem wie- derum die Anzahl der einzelnen Rohre erhöht wird. Vom drit- ten Krümmungsbereich 34 verläuft das Leitungsmittel zu einem sogenannten Quenching-Mittel 36, das zur Schockabkühlung der Rauchgase vorgesehen ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, befindet sich der zuvor beschrie- bene meanderförmige Abschnitt (Bezugszeichen 28 bis 34) des Leitungsmittels 26 in etwa von der Brenneinrichtung 21 aus bis zum dritten Krümmungsbereich 34 in einem mit Wasser ge- füllten geschlossenen Kessel 37. Dieser Abschnitt des Lei- tungsmittels und der Kessel 37 bilden somit einen sogenann- ten Dreizugkessel, der zur Wärmerückgewinnung dient. An einem oberen Ende des Kessels 37 ist an diesen eine Wasser- dampfleitung 38 angeschlossen. Durch diese wird der aufgrund der Erwärmung des Wassers entstehende Wasserdampf zu einer

Einrichtung 39 geführt, in welcher der Energieinhalt des Wasserdampfes für die Erzeugung von Nutzenergie, beispiels- weise Strom, Wärme oder Kälte, eingesetzt wird. Der genannte Abschnitt (28 bis 34) des Leitungsmittels 26, insbesondere der in Fig. 4 näher dargestellte (äussere) Mantel des ring- förmigen Rohres 28, dient somit als Wärmetauscher 28a, mit dem ein Teil des Energieinhaltes der im Rohr 28 geführten verbrannten Gase an das Wasser des Dreizugkessels abgegeben wird. Hierbei nimmt der Wärmetauscher 28a an einer Innenflä- che 40 des Rohres 28 von den heissen Gasen thermische Ener- gie auf und gibt sie an einer Aussenfläche 41 des Rohres 28 an das Wasser ab. Der jeweils gleiche Abschnitt des Volumen- stroms der Gase gibt gleichzeitig hierzu an einer Aussenflä- che 42 der Rohrwand 29 einen anderen Teil seiner thermischen Energie an das Pyrolyserohr 8 ab. Dieser Teil der thermi- schen Energie kann über eine Innenfläche 43 der Rohrwand 29 durch Strahlungswärme oder durch Wärmetransfer zur Erhitzung des Inhalts des Pyrolyserohres genutzt werden.

Mit der in Fig. 1 mit 36 bezeichneten Quenching-Einrichtung wird das Rauchgas innerhalb sehr kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von 0,2 sec. von ca. 450°C auf ca. 200°C, abge- kühlt. Hierzu kann beispielsweise Wasser in eine Kammer ein- gespritzt werden, durch die auch die Rauchgase durchgeführt werden. Durch das Quenching-Verfahren werden Rekombinationen der Rauchgase zu Dioxinen oder Furanen vermieden bzw. diese höchstens in einem unbedenklichen Masse zugelassen. In einem weiteren Abschnitt 44 der Leitungsmittel 26 gelangen die so gekühlten Rauchgase zu einer an sich bekannten Rauchgasrei- nigungs-Einrichtung 45. Diese weist Filter auf, mit denen Partikel aus dem Rauchgasstrom entfernt werden. Das Filtrat, im wesentlichen Filterstaub, wird in einem Behälter 46 für einen nachfolgenden Abtransport gesammelt.

Das somit gereinigte Rauchgas verlässt nun die Rauchgasrei- nigungs-Einrichtung 45 und gelangt über einen weiteren Ab-

schnitt 48 des Leitungsmittels zu einem als Saugzug-Ventila- tor 49 ausgebildeten Unterdruck-Mittel. Der Saugzug-Ventila- tor 49 fördert zum einen den Strom des gereinigten Rauch- gases zu einer als Schornstein 50 vorgesehene Rauchgasaus- lassstelle. Der Saugzug-Ventilator 49 erzeugt zum anderen an seiner Einbaustelle im Leitungsmittel 26 einen Unterdruck, der in Bezug auf eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung bis zum Zwischensilo 3 wirken kann. Der Unterdruck bewirkt einen im wesentlichen konstanten Volumenstrom der Rauchgase durch die gegen Lufteintritt abgeschlossenen Lei- tungsmittel 26. Es kann auch vorgesehen sein, dass der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff im Bereich der Brenneinrichtung 21 alleine aufgrund des auch in der Brenn- einrichtung wirkenden Unterdrucks oder zumindest mit dessen Unterstützung angesaugt wird. Ebenso kann der Unterdruck zur Förderung des Gases aus der Gasmischkammer 12 zur Brennein- richtung 21 genutzt werden.

Die Anlage kann zudem mit einer zeichnerisch nicht darge- stellten Regelungseinrichtung versehen sein, mit der Para- meter des aus dem Kessel 37 austretenden Wasserdampfes als im wesentlichen konstant eingestellt werden. Hierzu können im Bereich des Dampfaustritts Parameter des Dampfes, wie Druck, Menge und Temperatur, gemessen werden, weshalb an ein oder mehreren Stellen in der Dampfleitung 38 Temperatur-, Mengen-und Druckfühler vorhanden sein können.

Anhand der Messwerte kann dann auf die Menge der eingetrage- nen Stoffe in das Pyrolyserohr 8 Einfluss genommen werden.

So kann beispielsweise bei fallenden oder bereits zu gerin- gen Werten der Dampfparameter der Eintrag an Reststoffen in vorbestimmter Weise erhöht werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zusätzlich auch der Start-/Stützbrenner einge- schaltet wird.

Durch diese Regelung kann in Abhängigkeit der bei einer er- findungsgemässen Anlage konkret vorhandenen Bedingungen, beispielsweise der Wärmeübergänge und den Mengen an zu pyro- lysierendem Material, erreicht werden, dass die Verbren- nungstemperatur der Gase näherungsweise von 1050°C bis 1150°C beträgt. Vorzugsweise wird die Temperatur innerhalb dieses Bereichs möglichst konstant gehalten, beispielsweise bei ca. 1100°C. Hierdurch wird ermöglicht, auch im Pyrolyse- rohr in einem Bereich von 850°C bis 950°C möglichst kon- stante Temperaturbedingungen zu schaffen, um die pro Zeit- einheit an der Dampfauslassstelle zur Verfügung stehende nutzbare Energiemenge als möglichst konstant einzustellen.