Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen von Feststoffen in einen Reaktionsraum, wie es in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist, wobei die Feststoffe während der Reaktion, die in dem Reaktionsraum stattfindet, verbraucht werden.

In Prozessen wie beispielsweise jene, die durch US 4856438 und US 3921545 offenbart sind, bei denen feste Stoffe während der Reaktion in nicht feste Stoffe umgewandelt werden, basieren die Verfahren zum Zuführen von festen Stoffen stets auf der Verwendung von Sensoren zum Messen von verschiedenen Variablen. Die Sensoren werden zum Messen entweder von Prozessparametern oder jeglicher Variable, die in dem Prozess verbraucht wird, verwendet, und das Zuführen von festen Stoffen in die Reaktion wird auf der Grundlage von den Signalen gesteuert, die von dem Sensor ausgesendet werden. Solche Variablen, die gemessen werden sollen, umfassen für gewöhnlich zum Beispiel den Feststoffgehalt oder den Produktgehalt, die Prozesstemperatur oder den Oberflächenpegel oder das Gewicht der Feststoffe.

Jedoch umfassen Steuerverfahren auf der Grundlage von Sensoren eine Anzahl an Nachteilen. Steuerverfahren auf der Grundlage der Verwendung von Sensoren umfassen immer eine bestimmte Verzögerung, die von dem betreffenden Prozess und Sensor abhängt und in der Prozesssteuerung eine Schwankung verursacht. Somit liegt zum Beispiel die Verzögerung von Sauerstoffsensoren zum Beobachten von Verbrennungsgasen in dem Bereich von mehreren 10 Sekunden bis zu etwa 1 Minute, und es wird fortwährend einen kleinen Zeitabstand zwischen den Prozessschritten und der Prozesssteuerung geben. Die praktischen Unannehmlichkeiten, die durch diese Schwankung verursacht werden, hängen von der Natur des Prozesses ab, der gesteuert werden soll. Bei chemischen Prozessen neigt die Verwendung von Sensoren dazu, Probleme bei den Zersetzungsprozessen von festen Stoffen, unter anderem Salz, und den Verbrennungsprozessen von Festbrennstoffen zu erzeugen. Bei solchen Prozessen führen sogar kleine Zeitabstände zwischen der Zuführrate der Feststoffe und der Reaktionsrate der festen Stoffe, die in dem Prozess verbraucht werden, zu schwankenden Prozessparametern wie beispielsweise die Lösungskonzentration, die Prozessproduktivität oder Emissionen. Insbesondere in dem Fall des Verbrennungsprozesses von Festbrennstoffen neigt der gesamte Prozess dazu, zu schwanken, da Brennstoffe in verschiedenen Stadien des Heizens des Brennstoffs auf verschiedene Weisen reagieren. Das Problem wird insbesondere bei der Vergasung von Festbrennstoffen bei einem Feststoffbettprozess hervorgehoben, da es in der Praxis unmöglich ist, den Brennstoffverbrauch durch irgendein anderes Mittel als Sensoren auf der Grundlage der physikalischen Gestalt der Brennstoffschicht zu messen. Da Festbrennstoffe ihre Gestalt für einige Zeit ungeachtet den Reaktionen der Substanz beibehalten, neigt die Verwendung von Sensoren auf der Grundlage der physikalischen Gestalt wie beispielsweise der Oberfläche dazu, deutliche Zeitabstände zwischen der Brennstoffzuführrate und der Reaktionsrate nach sich zu ziehen, was zu Schwankungen in dem gesamten Vergasungsprozess führt. Wenn ein Gas als ein Motorbrennstoff verwendet wird, kann dies im Extremfall zu einem Stehenbleiben des Motors führen, wenn sich der Wärmegehalt des Gases zu stark ändert.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile herkömmlicher Verfahren zu beseitigen, bei denen feste Stoffe einem Reaktor zugeführt werden, in dem diese Feststoffe während der Reaktion in nicht feste Substanzen umgewandelt werden. Bei solchen Prozessen beeinträchtigen die Zeitabstände zwischen der Zuführrate und der Reaktionsrate von Feststoffen in den meisten Fällen das Ergebnis des Prozesses, und aus diesem Grund ist das Hauptziel der Erfindung, eine Schwankung durch ein Vorsehen eines Verfahrens zum Zuführen von festen Stoffen zu beseitigen, bei dem die Zuführrate der Feststoffe dauerhaft im Wesentlichen gleich der Reaktionsrate der Feststoffe in dem Reaktor ist.

Das oben genannte Ziel wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 6, das in diesem Verfahren verwendet wird, erreicht.

In dem Verfahren der Erfindung werden Feststoffe in einen Reaktionsraum geführt, wobei ein Verlassen der Feststoffe in Form von festen Substanzen verhindert wird. Dem Reaktionsraum werden unter konstantem Zuführdruck, d.h. mit einem konstanten Drehmoment, Feststoffe zugeführt, und somit übt das Zuführen einen konstanten Druck auf die Wände des Reaktionsraums oder die Wände der Zuführleitung, die zu dem Reaktionsraum führt, aus. Gleichzeitig wird der Reaktionsraum mit einer Substanz versorgt, die mit den Feststoffen reagiert und zu der Umwandlung der Feststoffe in ein nicht festes Reaktionsprodukt führt. Während der Reaktion verringert sich der Gegendruck, der durch die Wände des Reaktionsraums oder die Wände der Zuführleitung, die zu dem Reaktionsraum führt, auf die Feststoffe ausgeübt wird, aufgrund des Verbrauchs der Feststoffe unter den Zuführdruck, und folglich werden die Feststoffe mit der gleichen Rate in den Reaktionsraum getrieben, mit der sie während der Reaktion verbraucht werden. Andererseits umfasst die Vorrichtung der Erfindung ein Mittel zum Zuführen von Feststoffen und auch der Substanz, die mit den Feststoffen in dem Reaktionsraum reagiert, und der Reaktionsraum umfasst ein Mittel, um zu Verhindern, dass die Feststoffe den Raum als feste Substanzen verlassen. Die Zuführvorrichtung umfasst andererseits eine Zuführeinrichtung und ein Mittel zum Konstanthalten des Zuführdrucks der Zuführeinrichtung.

Das Verfahren der Erfindung und die darin verwendete Vorrichtung erlauben ein Beseitigen einer Schwankung in Prozessen, bei denen dem Reaktor feste Stoffe zugeführt werden, in welchem die Feststoffe in nicht feste Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Dies wird durch das Verfahren der Erfindung zum Zuführen von Feststoffen erreicht, bei dem Feststoffe gleichmäßig mit der gleichen Rate dem Reaktionsraum zugeführt werden, mit der sie bei der Reaktion verbraucht werden. Dem Zuführverfahren liegt die Tatsache zugrunde, dass, wenn die Feststoffe reagieren und somit verbraucht werden, der Gegendruck, der durch die Wände des Reaktionsraums oder die Wände der Zuführleitung auf die Feststoffe ausgeübt wird, fällt, wobei die permanent konstante Zuführrate somit den Gegendruck überschreitet, so dass die Feststoffe automatisch in den Reaktionsraum getrieben werden. Wenn die Zuführeinrichtung ein konstantes Drehmoment aufweist, behält sie somit die konstante Menge an reagierenden Feststoffen in dem Reaktionsraum bei. Egal, ob die Reaktionsrate hoch oder niedrig ist, der Kontakt mit den Feststoffen und die Substanzen, die mit diesen reagieren, werden konstant bleiben, und es wird keine Schwankung bei dem Zeitabstand zwischen der Feststoffzuführrate und der Reaktionsrate auftreten, die den Reaktionswirkungsgrad beeinträchtigen würde.

Die Zuführung von Feststoffen wird vorzugsweise mittels einer hydraulischen Einrichtung durchgeführt, die den Druck einer hydraulischen Flüssigkeit verwendet, wie beispielsweise ein hydraulischer Motor oder ein hydraulischer Zylinder. Das Verfahren ist besonders gut auf die Steuerung eines Vergasungsprozesses anwendbar, in dem die feste Substanz, die verbrannt werden soll, ein Festbrennstoff ist, so wie beispielsweise Biomasse, und die Substanz, die damit reagiert, Luft oder Sauerstoff ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf die begleitende Zeichnung detaillierter beschrieben.

1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung, die in dem Verbrennungsprozess eines Festbrennstoffs verwendet wird.

1 zeigt, wie der Verbrennungsprozess eines Festbrennstoffs unter Verwendung des Zuführverfahrens der Erfindung implementiert wird. In der erläuterten Vorrichtung 1 zum Verarbeiten von Festbrennstoffen fällt der Festbrennstoff 8 von dem Feststoffsilo 7 in die Zuführleitung 9, von wo er mit einer Förderschnecke 3 in die Verbrennungskammer 2 gebracht wird. Der Reaktionsraum, d.h. in diesem Fall die Verbrennungskammer, ist sonst mit Ausnahme der Nebenöffnungen 5 in seinem oberen Teil, durch die Verbrennungsgase, die bei der Verbrennungsreaktion erzeugt werden, entweichen können, geschlossen. Diese Öffnungen sollten dann klein genug sein um zu verhindern, dass Brennstoff ausläuft. Der Brennstoff wird mittels einer Förderschnecke 3 in die Verbrennungskammer eingeführt. Die Förderschnecke wird durch einen Hydraulikmotor 4 angetrieben, der ein konstantes Drehmoment F1 erzeugt. Die Verbrennungskammer wird über eine Zuführleitung 9 mittels der Förderschnecke mit Biomasse versorgt bzw. über die Luftzuführleitung mit Luft 6, so dass die Feststoffe aus der Verbrennungskammer nur in der Form von Brenngasen durch die Öffnungen 5 entweichen können. Während der Verbrennung vergast der Festbrennstoff 8, und der Gegendruck F, der durch die Kammerwände auf den Brennstoff ausgeübt wird, fällt unter das Drehmoment F1 der Förderschnecke, und dann führt die Förderschnecke der Verbrennungskammer zusätzlichen Brennstoff zu.

Der Verbrennungsprozess von Festbrennstoff wurde oben beschrieben. Ein ähnliches Verfahren ist auf Reaktionen zwischen Feststoffen und der flüssigen Phase anwendbar, zum Beispiel auf das Auflösen von Streusalz. Der Reaktionsraum wird mit Wasser und Calciumchlorid versorgt. Wenn die Calciumchloridkristalle in dem Reaktionsraum in Wasser aufgelöst werden, treibt die Zuführvorrichtung zusätzliches Salz in die Reaktionskammer hinein, und es wird keine Änderung der Konzentration der hergestellten Lösung, die durch einen Mangel an Salz verursacht wird, geben.

Oben wurde nur eine Anzahl an Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, jedoch ist es für Fachleute offensichtlich, dass die Erfindung unter Verwendung von verschiedenen anderen optionalen Verfahren und Vorrichtungsanordnungen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche implementiert werden kann. Somit kann zum Beispiel eine Schneckenförderung durch einen Kolben ersetzt werden, der mit einem Hydraulikzylinder bewegt wird.

In seiner einfachsten Ausführungsform kann das Mittel, das verhindert, dass die Feststoffe den Reaktionsraum verlassen, auf der niedrigen Viskosität des Brennstoffs basieren, wie in der Ausführungsform von Beispiel 1. Die Feststoffe können auch durch andere Mittel, wie beispielsweise eine Maschenstruktur, die an den Wänden des Reaktionsraums vorgesehen ist, daran gehindert werden, den Reaktionsraum zu verlassen.

Der Druck, der durch die Feststoffe erzeugt wird, kann auf die Wände des Reaktionsraums ausgeübt werden, wie in dem Beispiel in 1. Optional kann eine Verengung in der Zuführleitung in der Nähe des Mundes, der zu dem Reaktionsraum führt, vorgesehen sein, wobei die Feststoffe nur mit der gleichen Rate, mit der sie während der Reaktion verbraucht werden, durch die Verengung in den Reaktionsraum geführt werden.