(57)【要約】  本装置は、バルク材料（６）が通過する移動床（１）で炭素に富む物質を熱分解するために機能する。材料を供給するための垂直バルク材料柱状部（５）は、材料を取り出すためのバルク材料柱状部によって補完され、ここで、バルク材料柱状部（５、１３）の幅および高さならびにバルク材料（６）の組成は、反応器の内部の密閉が柱状部（５、１３）における内部圧力損失によってもたらされるような方法で選択される。同時に、バルク材料流れが可能にされ、ここで、第１の空洞（１１）が、上側反応器領域に設けられ、第２の空洞（９）が、下側反応器領域に設けられ、それらの空洞間に少なくとも５０ミリバールの圧力差Δｐが与えられ、前記圧力差は、充填物を介した圧力損失によって安定化される。
2014511903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直バルク材料柱状部（５）を材料流れの供給のために備え、バルク材料が上から下に向かって流れる移動床反応器（１）における炭素に富む物質を熱分解するための装置において、前記移動床反応器（１）から材料流れを取り出すために、垂直バルク材料柱状部（１３）が備えられており、両方のバルク材料柱状部（５、１３）の幅および高さならびに前記バルク材料の性質が、一方で前記バルク材料柱状部（５，１３）がそれらの内部圧力損失によって大気からの反応器内部の密閉をもたらし、他方でそれらが連続的なまたは回分式のバルク材料流れを可能にするように、選択され、かつ上側反応器領域に第１の空洞（１１）が、および下側反応器領域に第２の空洞（９）が設けられており、それらの間に少なくとも５０ミリバールの圧力差Δｐが与えられ、これは、移動床反応器（１）内のバルク材料（６）を介した圧力損失によって安定化されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記材料流れを供給するための垂直バルク材料柱状部（５）が、前記移動床反応器（１）のバルク材料（６）と通じるように接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記材料流れを取り出すための垂直バルク材料柱状部（１３）が、前記移動床反応器（１）自体の移動床の前記バルク材料（６）から、前記反応器の下側部分で形成される前記空洞（９）によって隔てられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記反応器（１）の下側部分における前記空洞（９）の形成が、前記移動床反応器（１）から形成されるべき前記空洞への前記バルク材料（６）を連続的にまたは回分式で計量するバルク材料計量装置（７）によって行われることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記バルク材料計量装置（７）が、回転テーブルまたはスライダテーブル装置として形成されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記反応器（１）の下側部分における前記空洞（９）より下の前記バルク材料が、前記材料流れを取り出すための垂直バルク材料柱状部（１３）と通じるように接続されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記材料流れの供給のための垂直バルク材料柱状部（５）への前記バルク材料の入口の上に、前記バルク材料を前記炭素に富む物質と混合するコンベヤ装置（４）が備えられていて、前記移動床反応器（１）への前記炭素に富む物質の移送手段として機能することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
冷却剤によって、前記供給のための垂直バルク材料柱状部（５）の管状ジャケットを、間接的に完全または部分的に冷却する冷却装置（１２）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記供給のための垂直バルク材料柱状部（５）の前記管状ジャケットが、前記移動床反応器（１）の上側部分に完全にまたは途中まで突入し、結果として、前記移動床反応器（１）の上側部分にて上側空洞（１１）を形成することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記移動床反応器内の平均稼動圧が、３バール（ｕｅ）未満、好ましくは１バール未満（ｕｅ）、特に好ましくは０．１バール（ｕｅ）未満の範囲であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記供給のための垂直バルク材料柱状部（５）が、反応器頭部における稼動圧（バール単位）と支配的な大気圧（バール単位）との間の最大圧力差で除したバルク材料高さ（メートル単位）から形成される１０を超える商を有し、かつ前記取り出しのための垂直バルク材料柱状部（１３）が、反応器底部における稼動圧（バール単位）と支配的な大気圧（バール単位）との最大圧力差で除したそのバルク材料高さ（メートル単位）から形成される５を超える商を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
Δｐが、最高１バールに達することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記バルク材料が、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、および／または水酸化カルシウムを含有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
すべての段階にわたる移動床反応器（１）における酸化過程の合計λが、０．５未満であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
熱分解稼動の制御が、バルク材料（６）および炭素に富む物質のスループットならびに／または加えられた炭素に富む物質の定量的割合を変化させることによって行われることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直バルク材料柱状部が材料流れの供給のために備えられている、バルク材料が上から下に向かって流れる移動床反応器における炭素に富む物質の熱分解のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置の一つは、例えば、特許文献１から公知である。このような装置の稼動の際に、一方で安定な化学反応を行うために、他方で可能ならば反応器内のガスの向流を促進するために、特定の圧力条件が反応器の内部に確立されなければならない場合、困難が生じ得る。
【０００３】
炭素に富む物質の熱的利用、特にプラスチックを含有する廃棄物、もしくは汚染された炭素担体またはさらにはバイオマスのガス化は、長年大きな関心事であった。過去には、特にプラスチックを含有する廃棄物のガス化の実施のために、主たる努力がなされてきた。多くの方法が、巨大な技術的規模で実施され、回転ドラム反応器、流動床反応器、またはさらには移動床反応器など様々なタイプの反応器が使用された。
【０００４】
公知の装置および方法は、多くの不利点を有し、それらはほとんどすべての場合に、これらの大規模事業を再び中止することにつながった。特に、反応器へのプラスチックの供給および残渣の取り出しの領域に問題があった。反応器を通した流れおよびガス媒体の連続向流の維持も、同様に問題であった。
【０００５】
出発物質および残渣の供給および取り出しのために、入り組んだウォーム、スルース、またはさらにはラム型装置が使用されたが、これらは典型的には、複雑な構造的特徴、例えば、回転部分、フラップ機構、および静的または動的密閉系を有する。特に、プラスチックなどの低融点材料が用いられる場合、材料の溶融、焼付いた堆積物、および詰まりのために、これらの装置に多大な問題が生じた。これにより、システムの停止時間が生じるが、これは供給装置および取り出し装置が頻繁に清浄されなければならないか、または反応器内部に対して漏れがある状態になったからである。それにともなう圧力条件の変動、またはさらには不確定のガス混合物の排出は、特に不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ １０ ２００７ ０６２ ４１４ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、確実に密閉された反応器内部および好ましい圧力条件の確立によって、より安全な稼動が可能であるように、冒頭に記載されたタイプの装置を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は、材料流れを取り出すために、垂直バルク材料柱状部が備えられ、かつバルク材料柱状部の幅および高さならびにバルク材料の性質が、一方でバルク材料柱状部がそれらの内部圧力損失によって大気からの反応器内部の密閉をもたらし、他方で、それらが連続的なまたは回分式のバルク材料流れを可能にするように選択され、上側反応器領域に第１の空洞および下側反応器領域に第２の空洞が設けられ、それらの間に少なくとも５０ミリバールの圧力差Δｐが与えられ、これが移動床反応器内のバルク材料を介した圧力損失によって安定化されることで達成される。
【０００９】
このような装置によって、炭素に富む物質を熱的に利用することができ、システムは高い利用性を有し、誤動しやすい装備は、供給領域および取り出し領域なしで済ますことができることが示された。このシステムは、合成ガスの製造に特に適しており、これを反応器の上側空洞で収集し、適切な装置で取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
垂直バルク材料柱状部は、垂直移動床と共に、バルク材料流れを確実にする移動要素を備える必要なしに、バルク材料重力のみに基づくバルク材料の動きを可能にする。
【００１２】
好ましくは、装置は、材料流れを供給するための垂直バルク材料柱状部が、移動床のバルク材料と通じるように接続されるように形成される。この実施形態は、連続的な材料流れに関して特に好ましく、これは、反応器内のバルク材料移動に落下区間がないために、動きの非連続的過程が避けられるからである。
【００１３】
本発明のさらに好ましい実施形態では、材料流れを取り出すための垂直バルク材料柱状部が、移動床反応器移動床のバルク材料から、反応器の下側部分で形成される空洞によって隔てるようになっている。
【００１４】
反応器の下側部分における空洞の形成は、例えば、移動床反応器から形成される空洞中へ、バルク材料を連続的にまたは回分式に計量するバルク材料計量装置によって行われ得る。バルク材料計量装置としては、例えば、焼成シャフト炉構造から公知の回転テーブルまたはスライダテーブル装置が使用され得る。
【００１５】
本発明のさらなる好ましい実施形態においては、反応器の下側部分における空洞より下のバルク材料が、材料流れを取り出すための垂直材料柱状部と通じるように接続さるようになっている。
【００１６】
さらにより強く好ましい実施形態においては、材料流れの供給のための垂直バルク材料柱状部へのバルク材料の入口の上に、バルク材料を炭素に富む物質と混合する混合装置が設けられ、その結果、それは、移動床反応器中への炭素に富む物質のための移送手段として機能する。このように、炭素の割合の意図的な調整によって、好適な条件下で反応器は、追加の燃料を供給する必要なしでさえも稼動され得る。
【００１７】
本発明の特に好ましい実施形態においては、冷却装置が備えられ、これは、冷却剤によって供給のための垂直バルク材料柱状部の環状ジャケットを間接的に完全にまたは部分的に冷却する。最も簡単な場合、この冷却剤は、水であることができ、水が閉鎖サイクルで循環されずに、反応器内部に流入する実施形態も考えられる。
【００１８】
環状ジャケットの冷却により、この領域で広く行きわたり得る比較的高い温度のために容易に溶融するバルク材料柱状部内のプラスチックが、共に焼かれ得ることが阻止される。
【００１９】
供給のための垂直バルク材料柱状部の環状ジャケットも、反応器の移動床の上側部分に完全にまたは途中まで突入し、結果として、移動床反応器の上側部分における上側空洞を形成し得る。
【００２０】
移動床反応器内の平均稼動圧力は、好ましくは３バール（ｕｅ）未満、好ましくは１バール（ｕｅ）未満、特に好ましくは０．１バール（ｕｅ）未満の範囲である。
【００２１】
稼動に有効であると判明した、バルク材料柱状部の幾何学の一例では、供給のための垂直バルク材料柱状部は、前記反応器頭部における稼動圧（バール単位）と支配的な大気圧（バール単位）との間の最大圧力差で除したバルク材料高さ（メートル単位）から形成される１０を超える商を有し、かつ前記取り出しのための垂直バルク材料柱状部が、反応器底部における稼動圧（バール単位）と支配的な大気圧（バール単位）との最大圧力差で除したそのバルク材料高さ（メートル単位）から形成される５を超える商を有することが提供される。異なる商は、酸化された炭素成分のために、バルク材料の性質が変化するという事実による。
【００２２】
冒頭で述べられた少なくとも５０ミリバールの確立された圧力差は、好ましくは１バール未満であり、これは、通例は、稼動の安全な過程のために、より高い圧力差は不適切であるためである。
【００２３】
有利には、作業は、成分として酸化カルシウム、炭酸カルシウム、および／または水酸化カルシウムのバルク材料によって行われるが、これは、特にハロゲン含有プラスチックに関して、それらがハロゲンと結合し、過程から除去するという有利な特性を有するからである。熱分解において、カルシウム化合物、特に酸化カルシウムの触媒作用は、特に有利である。この方法は、クイックタイムの生産と結びつけることができ、その結果、装置は経済的に稼動され得る。
【００２４】
分解稼動それ自体に関して、すべての段階を通じて移動床反応器における酸化過程の合計λが０．５未満である場合に、それが有利であることがわかった。したがって、全体として酸化は酸素不足で行われ、λ値は、なおさらに減少させることができ、良好な結果が、０．３のλを有する領域で得られている。
【００２５】
本発明の一実施形態を、添付の図面に示す。この実施形態は、移動床反応器１として使用される改良形態において、例えば、焼成または焼結プロセスで、工業的大規模で使用される種類の焼成シャフト炉を示す。移動床反応器１には、炭素に富む物質２と耐火性バルク材料３の混合物が連続的に投入される。投入は、コンベヤ装置４および垂直バルク材料柱状部５によって行われ、そのｃｔｇ（Schuettung、バルク材料）は、移動床反応器内のバルク材料６と通じるように接続されている。バルク材料計量装置７が、移動床反応器１から、移動床反応器１の下側端部に位置する空洞８へ連続的にまたは回分式でバルク材料をさらに送ることによって、移動床反応器１内のバルク材料６の流れは、上から下に向かって重力の作用で行われる。この取り出しの結果として、バルク材料は連続的に下方に滑り落ち、結果として、炭素に富む物質２と耐火性バルク材料３の混合物も、バルク材料柱状部５に沿って移動床反応器中へ滑り落ちることができる。
【００２６】
移動床反応器は、いわゆる向流ガス化器として稼動され、ここで、酸素含有ガス９は、反応器の底部において送り込まれる。ガス化過程のために、少なくとも以下の３つの過程、すなわち、バルク材料６の上側部分における、炭素含有物質が既に一部反応した、または、コークスに変化する熱分解ゾーンＡ、下方へのさらなる過程における、残存する炭素化合物が合成ガスに変換されるより高温の燃焼ゾーンＢ、および下流部分における冷却ゾーンＣが進行する。過程ゾーンＡおよびＢで生じる合成ガスは、頭部で（１０で）移動床反応器から出る。
【００２７】
バルク材料の供給のためのバルク材料柱状部は、この実施例ではプランジャー管として形成され、これは、移動床反応器の上側部分に突入する。反応器内のバルク材料６の高さと、特に得られたガス空洞１１の容積とは両方とも、プランジャー管が突入する深さの選択によって意図的に変えられ得る。
【００２８】
示される例示的な実施形態において、反応器の上側領域における空洞１１内で、３００℃を超える温度が発生し得るため、反応器中に突入したバルク材料柱状部５の環状ジャケット範囲は、二重壁１２または冷却コイルシステムによって、水で冷却される。これにより、低温で溶融するプラスチックなどの炭素に富む物質でさえも、詰まる可能性がなく、このシステムで問題なく処理することが可能となる。移動床反応器１への供給のための入り組んだ装備またはスルースシステムの使用はなしで済ますことができる。
【００２９】
空洞８において、耐火性バルク材料３と灰分などの熱利用できない残渣との混合物は、反応器系からの材料の取り出しのためのバルク材料柱状部１３に通じるように接続されている。
【００３０】
バルク材料柱状部１３は、振動トラフまたは排出ベルトを備える取り出しコンベヤ１４とその底部出口で直接連絡する。この取り出しコンベヤ１４によって、バルク材料柱状部１３は、連続的または回分式に反応器システムから排出される。
【００３１】
反応器の制御は、酸化しやすい混合物のスループットおよび炭素に富む物質の割合によって行われる。この制御は、一方で混合装置４の近くで、他方で空洞８の上の、反応器中のバルク材料のスループット速度を制御する計量装置７のスループットのみでも行われ得る。熱利用の過程の安全な稼動を可能にするために、大気からの反応器内部の安全な密閉も常に確保されなければならない。これは、第１に合成ガスの漏洩を防ぐために、また、負圧の場合、空気からの酸素の侵入および反応器内の爆発性混合物の発生を排除するために必要である。この密閉は、供給および取り出しのための２つのバルク材料柱状部の圧力損失によって行われる。したがって、バルク材料柱状部の両方ともが、常にかつあらゆる稼動条件で最小充填高さを有することが保証されなければならない。したがって、材料を供給するためのバルク材料柱状部５は、充填レベルゲージ１４を備えており、これは、バルク材料柱状部５への材料の供給のためのコンベヤ装置４の回転速度に対して制御量として作用し、最小充填レベルを常に確保する。
【００３２】
材料を取り出すためのバルク材料柱状部１３における最小充填レベルの確保も、充填レベルゲージ１６によって行われる。これは、制御器１７によって、計量装置７の排出速度の制御量Ｄとして、または代わりに取り出しコンベヤ１４の回転速度の制御量Ｅとして選択的に作用し得る。バルク材料柱状部のための別個の制御回路により、反応器内のバルク材料流れが不安定の場合でさえも、供給と取り出しの両方ともにおける十分なバルク材料柱状部の高さが常に確実に維持される。
【図１】
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【国際調査報告】
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