DE112007000165T5

DE112007000165T5 - Systeme zur Verhinderung von Hap-Emissionen und für effiziente Trocknungs-Dehydratierungsverfahren

Info

Publication number: DE112007000165T5
Application number: DE112007000165T
Authority: DE
Inventors: Christianne Priddis Carin; Alvin W. Calgary Fedkenheuer; John S. Tisdale Jonasson; Alexander Calgary Starosud
Original assignee: EARTHRENEW IP HOLDINGS Calgary LLC; EARTHRENEW IP HOLDINGS LLC
Current assignee: EARTHRENEW IP HOLDINGS Calgary LLC; EARTHRENEW IP HOLDINGS LLC
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-11-27
Also published as: IL192272A0; GB2446554A; CA2574344A1; GB0811202D0; US8156662B2; CN101375122A; WO2007084656A2; US20070163142A1; KR20080086508A; PE20070940A1; BRPI0706636A2; US7610692B2; EP1977178A2; AR059073A1; DE212007000023U1; CL2007000135A1; ZA200805469B; EA200870178A1; TW200745320A; AU2007207451A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials in einer Produktionsanlage, umfassend:
Betreiben einer Gasturbine, die Abgas erzeugt;
Zusammenbringen der Abgase mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial, für eine hinreichende Kontaktzeit, dass ein getrocknetes Material hergestellt wird, das einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt als das Ausgangsmaterial aufweist; und
Leiten der in der Produktionsanlage erzeugten HAP-Emissionen in den Verbrennungslufteinlass der Gasturbine.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Verfahren, Systeme und Ausrüstung zum preiswerten Entfernen von Wasser aus Rohmaterialien oder Zwischenmaterialien bei Herstellungsverfahren und/oder zur preiswerten Bekämpfung oder Verhinderung von HAP-, einschließlich VOC-, Emissionen in gewerblichen Verfahren und Betriebsanlagen.
HINTERGRUND DER VERARBEITUNG
Gewerbliche Verarbeitungsanlagen für Nahrungsmittel, Papier, Medikamente und andere Herstellung, die die Verwendung und Entfernung großer Mengen Wasser beinhalten, benötigen stets wirksamere und preiswertere Ausrüstung und Verfahren zur Entfernung von Wasser aus Rohmaterialströmen und/oder Zwischenproduktströmen. Aufgrund von steigenden Kraftstoffkosten wird der Bedarf an wirksameren und billigeren Wasserentfernungs- und Dehydratisierungsverfahren dringlicher.
Gewerbliche Herstellungs- und Verarbeitungsanlagen, die gefährliche Luft-Schadstoffe (HAP), einschließlich flüchtiger organischer Verbindungen (VOC), erzeugen, benötigen fortwährend wirksamere und preiswertere Ausrüstung und Verfahren zur Bekämpfung und Verhinderung solcher Emissionen in die Atmosphäre. Zunehmender regulierender Druck von Bundes-, Staats- und lokalen Umweltschutzbehörden (EPAs) auf industrielle Betriebe zur Beseitigung oder Reduktion von HAP-Emission führt immer dringlicher zu verbesserten und billigeren Verfahren zur Bekämpfung der HAP-Emission.
Systeme des Standes der Technik haben das Problem der in den industriellen Produktionsbetrieben entstehenden HAP-Emissionen nicht zufriedenstellend gelöst. Quellen solcher Emissionen sind die Herstellungsverfahren selbst und die Materialien, die in den Herstellungsverfahren erzeugt werden. Einige dieser Emissionen werden durch Wäscher oder Konverter geleitet, damit der HAP-Gehalt eingegrenzt oder verändert wird, aber einige werden gewöhnlich und häufig in die Atmosphäre entlassen oder freigesetzt und sind wegen der Luftverschmutzung, die durch die VOCs, die Treibhausgase und die darin enthaltenen sonstigen Bestandteile verursacht werden, für die Umwelt unerwünscht.
Beispiele für Veröffentlichungen des Standes der Technik, die sich den oben genannten Problemen widmen, umfassen US-Patente 5,866,752 von Goozner und 6,944,967 von Staples, deren Offenbarungen hierin vollinhaltlich aufgenommen sind.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass es eine wesentliche nicht erfüllte Notwendigkeit für umwelt- und wirtschaftsverträgliche Verfahren zur Bekämpfung und Verhinderung von HAP-Emissionen und zur preiswerten Entfernung von Wasser aus sehr wasserhaltigen Verfahrensströmen gibt. Die Erfindung betrifft Verfahren, Gerätschaft, Systeme und Produkte, die einige oder alle diese Erfordernisse erfüllen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt preiswerte und einfachere Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zur Bekämpfung und Eindämmung der HAP-Emissionen, einschließlich HAP-Emissionen aus verschiedenen industriellen Betrieben, bereit.
In einem Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Bekämpfung von HAP-Emissionen aus einer Produktionsanlage bereit, umfassend das Leiten der HAP-Emission in den Verbrennungslufteinlass einer Gasturbine, die vorzugsweise ein Gasturbinengenerator ist.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Bekämpfung von HAP-Emissionen aus einer Produktionsanlage bereit, umfassend eine Gasturbine, vorzugsweise einen Gasturbinengenerator, und eine Verbindung zwischen HAP-emittierender Ausrüstung und der Gasturbine, die mindestens einen Teil, und vorzugsweise sämtliche HAP-Emissionen in den Verbrennungsluft-Einlass der Gasturbine leitet.
In einem weiteren Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zum Modifizieren einer vorhandenen Produktionsanlage bereit, die eine Gasturbine- oder einen Gasturbinengenerator enthält, und HAP-Emissionen hat, umfassend das Anschließen der HAP-Emissions-Quelle an den Turbinenverbrennungslufteinlass, damit mindestens ein Teil der und vorzugsweise sämtliche HAP-Emissionen in den Verbrennungslufteinlass der Gasturbine geleitet wird bzw. werden.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung preiswerte und einfachere Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zur Entfernung von Wasser, Dehydratisierung und/oder thermischer Umwandlung von mindestens einem wasserhaltigen Ausgangsmaterial, vorzugsweise mindestens einem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial, bereit.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von Wasser aus einem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial bereit, umfassend das Zusammenbringen des Ausgangsmaterials mit den Abgasen aus einer Gasturbine, vorzugsweise einem Gasturbinengenerator. Vorzugsweise erfolgt das Zusammenbringen unter Bedingungen, bei denen Außenluft aus dem Kontaktschritt im Wesentlichen ausgeschlossen wird, damit die beste Wirtschaftlichkeit geschaffen wird und die Oxidation der Ausgangsmaterialien während der Wasserentfernung ausgeschlossen wird.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung Vorrichtungen zum Trocknen und/oder Umwandeln eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials bereit, umfassend eine Gasturbine in Verbindung mit einem Trockenbehälter, der zum Aufnehmen eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials und zum Aufnehmen der Abgase aus der Gasturbine über eine Verbindung ausgelegt ist, worin die Verbindung zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter vorzugsweise so ausgelegt ist, dass das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter im Wesentlichen ausgeschlossen ist, und stellt vorzugsweise den Trockenbehälter bereit, das für ein solches Trocknen und/oder Umwandeln eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials durch direkten Kontakt der Abgase und des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ausgelegt ist.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein bewegliches System zum Verarbeiten des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials bereit, umfassend mindestens eine bewegliche Trockeneinheit, die zum Trocknen oder Wärmebehandeln eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ausgelegt ist, so dass ein getrocknetes oder verändertes Material hergestellt wird, und mindestens eine bewegliche Verarbeitungseinheit, die zum Umwandeln des getrockneten oder veränderten Materials aus der Trockeneinheit ausgelegt ist, in ein Produkt, dessen Form für herkömmliche Handhabung und Transport geeignet ist, und stellt vorzugsweise solch ein bewegliches System bereit, worin die Trockeneinheit eine Gasturbine, vorzugsweise einen Gasturbinengenerator und einen Trockenbehälter umfasst. Die Erfindung stellt gegebenenfalls weiter ein bewegliches System bereit, worin die Gasturbine und der Trockenbehälter durch eine Anordnung angeschlossen sind, die die Gasturbinenabgase in den Trockenbehälter leitet und im Wesentlichen die Einführung von Luft in den Trockenbehälter ausschließt.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung das oben genannte bewegliche System bereit, umfassend eine erste auf einem Gleitgestell montierte Einheit, die den Gasturbinengenerator umfasst, der zur Stromerzeugung ausgelegt ist, und eine zweite auf einem Gleitgestell montierte Einheit, die den Trockenbehälter umfasst, der zum Anschluss an die Gasturbine ausgelegt ist, so dass die Gasturbinenabgase aufgenommen werden und die Einführung von Luft in den Trockenbehälter ausgeschlossen ist. Gegebenenfalls wird eine dritte auf einem Gleitgestell montierte Einheit bereitgestellt, die die Verarbeitungseinheit umfasst. Vorzugsweise umfassen die beweglichen Systeme dieser Erfindung Einheiten, die an Zügen, Lastwagen oder Sattelschlepper montiert sind. Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung das bewegliche System bereit, das die Gasturbine und den Trockenbehälter sowie eine wahlfreie Verarbeitungseinheit umfasst, das hinsichtlich Bauweise und Größe für die auf einem einzigen Gleitgestell oder auf einem einzigen Transportwagen montierte Installation ausgelegt ist. Ein weiterer Aspekt betrifft ein oder mehrere Gehäuse für die beweglichen Einheiten, hauptsächlich zur Schalldämpfung, sowie zum Schutz vor den Witterungsbedingungen.
Unter einem weiteren Aspekt stellt diese Erfindung ein System zur Bekämpfung und Zerstörung von HAP-Emissionen aus Industrieanlagen bereit, umfassend eine Gasturbine mit einem Verbrennungslufteinlass und eine Anlage mit einer HAP-Emission, worin der Verbrennungslufteinlass dazu ausgelegt ist, dass mindestens ein Teil, vorzugsweise im wesentlichen die gesamte HAP-Emission, aus der Anlage aufgenommen wird. Die Gasturbine kann gegebenenfalls einen Gasturbinengenerator umfassen und kann gegebenenfalls einen Trockenbehälter umfassen, der zum Aufnehmen des Gasturbinenauslasses und zur Aufnahme und Wärmebehandlung eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ausgelegt ist. In einem alternativen Aspekt stellt diese Erfindung die Systeme zum Verarbeiten solcher HAP-Emission durch den Verbrennungslufteinlass eines Kolbenmotors bereit, der gegebenenfalls einen Stromgenerator umfassen kann und gegebenenfalls einen Trockenbehälter umfassen kann, der zum Aufnehmen des Motorabgases ausgelegt ist. Unter einem weiteren alternativen Aspekt können die HAP-Emissionen zum Verbrennungslufteinlass des Gas-, Öl- oder sonstigen Brenners geleitet werden, die eingesetzt werden, damit das Trocknen, die Dehydratisierung und/oder die Materialumwandlung entsprechend den oben genannten Aspekten dieser Erfindung ausgeführt wird.
Unter einem anderen Aspekt stellt diese Erfindung eine Vorrichtung zum Behandeln eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials bereit, die eine Gasturbine mit einem Verbrennungslufteinlass umfasst, der zur Aufnahme von HAP-Emission aus einer Produktionsanlage ausgelegt ist, die ein stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial erzeugt, einen Trockenbehälter mit einer Verbindung, die zur Aufnahme von Abgasen aus der Gasturbine ausgelegt ist und einem Einlass zum Aufnehmen des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials. Gegebenenfalls kann der Verbrennungslufteinlass zum Anschluss an das Anlagebelüftungssystem ausgelegt werden, wodurch der Verbrennungslufteinlass im Wesentlichen alle HAP-Emissionen aus der Anlage aufnimmt. Zusätzlich kann in diesem Aspekt die Verbindung zwischen dem Trockenbehälter und dem Gasturbinenauslass so ausgelegt sein, dass sie das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter im wesentlichen ausschließt.
Die obigen Aspekte sowie weitere Aspekte ergeben sich für den Fachmann aus der Offenbarung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Behandlung eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Ausrüstung;
2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäßen Verfahrenseinheiten in der Form beweglicher, auf Gleitschienen montierter, LKW-fähiger Einheiten;
3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäßen Verfahrenseinheiten in der Form beweglicher, auf Gleitschienen montierter, LKW-fähiger Einheiten in anderer Bauweise;
4A eine Draufsicht und 4B einen Aufriss einer Darstellung der Bauweise des erfindungsgemäßen Systems, das auf einen Sattelschlepper-LKW montiert ist;
5 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Verhinderung von HAP-Emissionen und anderen Gasen in die Atmosphäre unter Verwendung der erfindungsgemäßen Systeme.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung liefert eine preiswerte, wirksame und einfachere Lösung für das immer schwerere Problem der Umweltverschmutzung, das durch HAP-Emissionen aus Industriebetrieben verursacht wird. Bis heute bereitgestellte Verfahren und Systeme des Standes der Technik sind entweder bei der Bekämpfung solcher Emissionen nicht wirksam genug oder lassen sich nicht so anpassen, dass sie bei kleinen und großen Industriebetrieben preiswert durchführbar sind. Es gibt weitere Probleme bei vielen Systemen des Standes der Technik, einschließlich unwirtschaftlicher Betrieb, Versagen beim Dekontaminieren und Versagen beim Verhindern von Luftverschmutzung (oder tatsächlich Verursachen weiterer Umweltprobleme bei der Durchführung des Verfahrens).
Die Erfindung stellt in hohem Grade leistungsfähige und preiswerte Technologie in Form von Verfahren, einer Vorrichtung und Systemen für (a) die Verarbeitung von stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien und (b) zum Verringern oder Beseitigen ungewünschter HAP-Emissionen bereit. Die größte Leistungsfähigkeit und der wirtschaftliche Nutzen der vorliegenden Erfindung wird erzielt, wenn die Verfahren, die Vorrichtung und die Systeme dieser Erfindung in einer einzigen industriellen Anlage bereitgestellt werden, so dass stark wasserhaltige Ausgangsmaterialien verarbeitet werden und HAP-Emissionen bekämpft werden, jedoch können ähnliche Vorteile realisiert werden, wenn die Verfahren, die Vorrichtung und die Systeme dieser Erfindung zur Verarbeitung stark wasserhaltiger Ausgangsmaterialien in oder aus einer Anlage und zur Bekämpfung von HAP-Emissionen in oder von einer zweiten nahe gelegenen oder benachbarten Anlage verwendet werden. Diese Erfindung kann zudem wesentliche Vorteile für eine Anlage bereitstellen, die (a) oder (b), oder beides nutzt.
Der Begriff "stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial" wie hier verwendet, soll industrielle Herstellungsverfahrensströme bedeuten und umfassen, die Rohstoffströme, Zwischenproduktströme oder halbfertige Produktströme sein können, bei denen Wasser entfernt werden muss, damit eine weitere Verarbeitung ermöglicht wird oder ein Endprodukt erzeugt wird und die gegebenenfalls organische Materialien umfassen können, oder die gegebenenfalls anorganische Materialien oder Gemische davon umfassen. Diese Erfindung kann leistungsfähige Verfahren und Systeme zur Entfernung von Wasser aus den Verfahrensströmen bereitstellen und/oder die Wärme schaffen, wobei ein Produktstrom in ein umgewandeltes oder umgesetztes Produkt thermisch umgewandelt oder umgesetzt wird (in Chargen oder in kontinuierlichen Vorgängen). Die Verwendung dieser Erfindung umfasst das Entfernen von Wasser aus, Trocknen und Behandeln kontinuierlicher Verfahrensströme und/oder Chargen bei der Papier-Herstellung, Herstellung von Spanplatte, Pappe, Gipskarton, Green-Board, etc., Kartoffelverarbeitung, Lebensmittelherstellung für den Menschen, wie Herstellung von Hafermehl, Corn Flakes, Maissirup, Maismehl, Maisstärke, Kartoffelbrei, Zucker, Milch, Milchpulver, Käse, Soßen, Ketschup, Marmeladen und Gelees, "löslichem" Kaffee, Saftkonzentraten und anderen dehydratisierten Produkten, die zum Zeitpunkt der Verwendung wieder hydratisiert werden, Bier und sonstigen gegorenen und/oder destillierten Produkten, Snack-Lebensmitteln und sonstigen Verbraucherprodukten, wie Tiernahrung, Medikamenten, Kosmetik, Chemikalien und sonstigen Produktionsanlagen. Wie offensichtlich ist, können die Systeme und die Verfahren dieser Erfindung verwendet werden, um ein Ausgangsmaterial durch Dehydratisierung ohne Umwandlung oder Reaktion, durch Umwandlung oder Reaktion ohne Dehydratisierung zu verarbeiten oder durch irgendeine Kombination oder Anteil von beiden. Die Systeme und die Vorrichtung dieser Erfindung können auch zur Installation an speziellen individuellen Anlagen angepasst werden, um die Verfahrensströme zur Wasserentfernung abzufangen. Ähnliche Aspekte dieser Erfindung zur Verwendung bei der Verarbeitung von Abfallmaterialien, Düngemitteln und städtischen Abwässern sind in den gemeinsam übertragenen anhängigen US-Patentanmeldungen Nr. 11/184.738 und Nr. 11/184.739, beide am 18. Juli 2005 eingereicht, offenbart, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen sind.
Die Erfindung stellt einfachere, wirtschaftlich leistungsfähige Verfahren, zur Herstellung von flüssigen, pastösen, schlammigen oder festen Produkten bereit, die den Feststoffgehalt von stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien (einschließlich Zwischenproduktverfahrensströmen oder Zwischenprodukten) umfassen, die auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt dehydratisiert wurden und/oder wie gewünscht umgewandelt, umgesetzt oder physikalisch und/oder chemisch geändert, wurden. Diese Erfindung stellt auch das Zurückgewinnen und Recycling von dem von den Ausgangsmaterialien entfernten Wasser bereit, wobei das Wasser für Verfahrenswasser oder sonstige industrielle Verwendungen verwendet werden kann, und für das Zurückgewinnen und Recycling aller Feststoffe (Feinstoffe oder sonstige), die im Verfahren entstehen, damit es keine anderen nennenswerten festen Produkte gibt, die aus dieser Erfindung erzeugt werden oder hervorgehen, als die resultierenden gewünschten Produkte, die für die kommerzielle Verwendung geeignet sind. Die Auswahl und die Anpassung der Verfahren, der Vorrichtung und der Systeme dieser Erfindung zur Behandlung oder Verarbeitung eines speziellen Ausgangsmaterials, damit ein bestimmtes gewünschtes festes, flüssiges, pastöses oder ein Schlamm-Produkt erzeugt wird, ergeben sich dem Fachmann aus der Offenbarung.
Erfindungsgemäß ist ein leistungsfähiger Weg zur Bereitstellung heißer Gase für den Kontakt mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial das Abgas von einer Gasturbine und vorzugsweise einem Gasturbinenstromgenerator. Entsprechend dem System dieser Erfindung wird die Gasturbine von den am Ort vorhandenen herkömmlichen Brennstoffquellen, wie Pipeline-Erdgas betankt. Der vom Gasturbinengenerator erzeugte Strom wird vorzugsweise in der Produktionsanlage oder in sonstigen nahe gelegenen Betrieben als Energiequelle oder in einer Kombination von Verwendungen für Strom- und Wärmegewinnung aus den erfindungsgemäß eingesetzten Verfahren verwendet, oder kann in das örtliche Stromnetz als Einnahmequelle verkauft werden.
Ein bevorzugtes Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung dieser Erfindung ist, dass die Gasturbine und der Trockenbehälter für das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial, der das Abgas aus der Gasturbine aufnimmt, so miteinander verbunden werden, dass das Eindringen von Außenluft in den Trockenbehälter im Wesentlichen oder vollständig ausgeschlossen wird und der Trockenbehälter die Abgase vorzugsweise direkt aus der Gasturbine aufnimmt. Es werden vorzugsweise 100% der Gasturbinenabgase in den Trockenbehälter, und für einen leistungsfähigsten Betrieb, vorzugsweise ohne Hindurchleiten durch irgendeinen dazwischen befindlichen Wärmetauscher, Schalldämpfer oder sonstige Ausrüstung geleitet, so dass der Trockenbehälter die maximale Wärme aus dem Gasturbinenauslass aufnimmt. Man erkennt auch, dass überschüssige Abgase aus der Turbine, die für den Trockenbehälterbetrieb nicht benötigt werden, umgeleitet werden können, so dass Wärme erzeugt wird, die in anderen Aspekten der Produktionsanlage oder in sonstigen nahe gelegenen Betrieben benötigt werden. Die Abgase, die sich aus den herkömmlichen und leistungsfähigen Verbrennungsverhältnissen in der Gasturbine ergeben, so dass die Abgase eine minimale oder begrenzte Menge an freiem Sauerstoff enthalten, vorzugsweise im Wesentlichen keinen unverbrannten Brennstoff, und keine offene Flamme, und es wird die optimale Abgastemperatur (EGT) für maximale erzeugte Wärme pro Einheit an verbrauchtem Brennstoff erzielt. Wenn gewünscht, kann die Verbrennung bei einem stöchiometrischen Verhältnis für Peak-EGT-Betrieb bei maximaler Temperatur und maximaler Wärmezufuhr für das Verfahren und System dieser Erfindung erfolgen. Das Fehlen von überschüssigem Sauerstoff in den Abgasen, der Ausschluss von Außenlufteintrag in den Trockenbehälter, das Fehlen einer offenen Flamme und der Betrieb bei den hierin festgelegten Temperaturen verhindern eine erhebliche Oxidation des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials im Trockenbehälter, bewahren den maximalen Nährwert in dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial zur Eindämmung im Endprodukt und verhindern die Gefahr der Brandbeschädigung an der Ausrüstung, wenn der Ausgang des Trockenbehälters ein trockenes, oxidierbares Material ist, und schaffen eine Betriebssicherheit vor Stichflammen im Trockenbehälter. Das Fehlen von überschüssigem Brennstoff in den Abgasen verhindert, dass die Abgase eine Quelle für Kohlenwasserstoffe sind, die aus dem Dampfabstrom vom Betrieb dieser Erfindung gewaschen werden müssen, bevor sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. In anderen bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung kann es gewünscht oder erforderlich sein, dass Luft oder Sauerstoff in kontrollierten Mengen oder in Verhältnissen eingeführt wird, dass eine gewünschte Oxidation oder chemische Umwandlung des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials im Trockenbehälter bereitgestellt wird.
Bei der Verwendung in dieser Erfindung hat das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial vorzugsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 30 Gewichtsprozent Wasser, vorzugsweise mindestens 50% und am stärksten bevorzugt mindestens 70%, damit der wirtschaftliche Vorteil der Erfindung am besten ausgenutzt wird. Bei einigen Vorgängen kann der Wassergehalt des Ausgangsmaterialsmaterials jedoch 90%, 95% oder sogar 98% sein. Zusätzlich kann das Ausgangsmaterialsmaterial eine Lösung sein, in der alle Feststoffe aufgelöst sind, wobei die aufgelösten Feststoffe ausgefällt werden, wenn das Wasser aus dem Ausgangsmaterial in den erfindungsgemäßen Verfahren und Systemen verdampft wird. Die Erfindung kann solche stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien leistungsfähig und preiswert verarbeiten, damit nicht nur der Feststoffgehalt in Form eines Endproduktes gewonnen wird, sondern auch das Verfahrenswasser gewonnen wird, das aufbereitet und wieder verwendet werden kann. Diese Erfindung kann stark wasserhaltige Ausgangsmaterialien effizient und preiswert verarbeiten und entwässern, und zwar aufgrund der Tatsache, dass der Gasturbinengenerator in bevorzugten Aspekten aus einer gegebenen Verbrennung des Erdgasbrennstoffs, sowohl elektrischen Strom zur Verwendung oder zum Verkauf als auch Wärme zum Verarbeiten des Ausgangsmaterials bereitstellt, und der überschüssige Dampf, der im Trockenbehälter erzeugt wird, kann stromabwärts oder in anderen nahe gelegenen Vorgängen, wie zum Vorwärmen von stark wasserhaltigem Ausgangsmaterial, Verfahrenswärme, etc. verwendet werden, so dass zusätzliche Betriebskraftstoffeffizienz geschaffen wird. Diese Erfindung kann wie hierin offenbart angepasst werden, damit nicht nur das Wasser und die Feststoffe, sondern auch die Gase, die in einem Herstellungs-Betrieb erzeugt werden, eingedämmt und verarbeitet werden. In einigen Fällen kann es aus wirtschaftlichen Betriebsgründen wünschenswert sein, einen Teil des Wassers von dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial, z. B. durch Zentrifugen, Filter oder Pressen mechanisch zu trennen, bevor man das Ausgangsmaterial im System dieser Erfindung verarbeitet. Dieses getrennte Wasser kann zur Verwendung rückgeführt werden, wie oben offenbart.
Der hier verwendete Begriff "Gasturbine" umfasst und beinhaltet jeden Turbinenmotor mit einer Kompressorturbinenstufe, einer Verbrennungszone und einer Abgasturbinenstufe, die Abgastemperaturen von mindestens 260°C (500°F), vorzugsweise mindestens etwa 371°C (700°F), stärker bevorzugt mindestens etwa 482°C (900°F) und am stärksten bevorzugt mehr als etwa 538°C (1000°F) erzeugen kann. Gasturbinen sind die Wärmequelle, die bei der Erfindung aufgrund ihres effizienten Betriebs und ihrer hohen Wärmeausgabe bevorzugt verwendet wird. Der Gasturbinengenerator wird weiterhin bei der Erfindung aufgrund der Energieproduktion durch den Generator bevorzugt verwendet, wobei die Energie verwendet oder verkauft werden kann und so der Betrieb des erfindungsgemäßen Systems wirtschaftlicher wird. Der Generator ist gewöhnlich ein Stromgenerator, weil der produzierte Strom gut genutzt und/oder verkauft werden kann. Der Generator kann jedoch jeder andere gewünschte Energiegeneratortyp sein, wie eine hydraulische Pumpe oder ein Antriebsaggregat, das hydraulische Motoren an Pumpen, Schnecken, Förderbändern und anderen Ausrüstungstypen im erfindungsgemäßen System oder in der Ausrüstung in anderen nahe gelegenen Betrieben antreiben kann. Die Wärmeanforderungen und die Systemökonomie bestimmen, ob eine Gasturbine oder ein Gasturbinengenerator verwendet wird. Sind Abgase mit höherer Temperatur und eine höhere Wärmeausgabe aus einer gegebenen kleineren Gasturbine gewünscht, kann es wünschenswert sein, eine Gasturbine anstelle eines entsprechend großen Gasturbinengenerators zu verwenden. Verglichen mit der Gasturbine dehnt der Gasturbinengenerator die Abgase durch Absorbieren von Energie zum Antreiben des Generators weiter aus und kühlt sie ab, wobei diese Energie in einer Gasturbine in Gasen mit höherer Temperatur enthalten ist, die zur Verwendung im erfindungsgemäßen Trockenbehälter zur Verfügung stehen. Dies kann eine Möglichkeit sein, wenn es bei der Durchführung der Erfindung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit wichtiger ist, dass man über kleine (LKW-fähige) Hochtemperatureinheiten als über den Rückgewinnstrom oder den wirtschaftlichen Nutzen der Elektrizität oder einer anderen Energieproduktion durch die Gasturbine verfügt.
Die Gasturbine oder der Gasturbinengenerator, die für die Erfindung geeignet sind, können mit Kraftstoff aus jeder verfügbaren Quelle mit jedem für die bestimmte Gasturbine und für die erfindungsgemäß ausgestaltete Verfahrensausrüstung geeigneten Kraftstoff beschickt werden. Die bevorzugten und herkömmlichen Kraftstoffe sind mercaptanfreies Erdgas, Diesel-, Kerosin- und Düsenkraftstoff, weil die Gasturbinen derart ausgelegt sind, dass sie am effizientesten mit derartigen hochwertigen Kraftstoffen laufen, und weil sie allgemein verfügbar sind, besonders an abgelegenen landwirtschaftlichen Betrieben, an denen diese erfindungsgemäßen Einheiten oft am effizientesten aufgestellt werden. Zu anderen Kraftstoffen, die zum Antreiben der Gasturbine verwendet werden können, gehören aber auch Methan, Propan, Butan, Wasserstoff und Biogas sowie Kraftstoffe aus biologischen Flüssigkeiten (wie Methan, Öle, Diesel und Ethanol). Weil das erfindungsgemäße System keinen Biokraftstoff produziert, muss der Kraftstoff für die bei der Erfindung verwendete Gasturbine an der Stelle verfügbar sein, an der die Erfindung genutzt wird. Ist örtlich kein Kraftstoff verfügbar, kann ein Kraftstoff, wie Diesel, bei Bedarf mit LKWs an Ort und Stelle transportiert werden.
Beispiele für kommerziell erhältliche Gasturbinen und Gasturbinengeneratoren, die für die Erfindung geeignet sind, sind u. a. die folgenden (die nominellen Megawatt-(MW-)Ausgaben sind ungefähre Werte):

– Rolls Royce Gas Turbine Engines Allison 501-KB5, -KB5S oder -KB7 mit einer nominellen Ausgabe unter Standardbedingungen von 3,9 MW
– European Gas Turbines Tornado mit einer nominellen Ausgabe von 7,0 MW
– Solar Mars 90 mit einer nominellen Ausgabe von 9,4 MW und Solar Mars 100 mit einer nominellen Ausgabe von 10,7 MW
– Solar Tarus 60 mit einer nominellen Ausgabe von 5,5 MW und Solar Tarus 70 mit einer nominellen Ausgabe von 7,5 MW

Für eine nominelle Feststoffprodukt-Ausgabekapazität von 2,5 metrischen Tonnen/Std. (2500 kg/Std.) kann je nach der Wärmeisolation und Wärmerückgewinnungseffizienzen, für die das Gesamtsystem ausgelegt ist, eine Gasturbinengröße von etwa 4 MW verwendet werden. Bei kleinen Sattelschlepper- oder LKW-Systemen können die Einheiten kleiner bemessen sein. Bei kleineren Produktausgabesystemen, wie einer Produktausgabe von 0,3 metrischen Tonnen/Std., können je nach den Systemeffizienzen und den erforderlichen Wärmeeingabebereichen kleine Gasturbinen verwendet werden, wie die Generatoren Solar Saturn 0,8 MW, Solar Spartan 0,2 MW oder Capstone 0,5 MW oder 0,3 MW. Es ist ersichtlich, dass erfindungsgemäße Systeme ebenfalls so ausgelegt sein können, dass das Abgas aus Kolbenmotoren, wie Benzin- oder Dieselgeneratoren, genutzt wird. Für große Industrieinstallationen, wobei ein Transport des erfindungsgemäßen Systems zwischen Anlagen uninteressant ist, kann der Gasturbinengenerator beliebig groß sein für eine Dauerinstallation an der Anlage, wie eine 10 MW-, 20 MW-, oder 40 MW-Einheit, oder größer. Es ist ersichtlich, dass erfindungsgemäße Systeme auch derart ausgelegt sein können, dass sie die Abgaswärme aus Kolbenmotoren, wie Benzin- oder Dieselgeneratoren, nutzen.
Der bei der Erfindung verwendete Trockenbehälter kann jeder Typ oder jede Bauweise sein, die sich zum Trocknen des verfügbaren stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials eignet und für die Aufnahme der Gasturbinenabgase und die Aufnahme des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ausgelegt sein kann, ohne dass eine erhebliche Menge Außenluft in die Trockenkammer des Trockenbehälters eindringen kann, in der die Abgase mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial in Kontakt kommen. Das Ziel der Gestaltung der Verbindung zwischen Gasturbinenauslass und Trockenbehälter ist für die Zwecke der Erfindung, dass das Eindringen jeglicher signifikanter Außenluft in den Trockenbehälter verhindert wird, und dass eine signifikante Oxidation des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials verhindert wird. Wie bereits ausgeführt, ist dies bevorzugt, damit organische Substanz, Kohlenstoff- und/oder Nährwerte, die in dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial enthalten sind, erhalten werden, damit Feuer verhindert werden und ein sicherer Betrieb sichergestellt wird. Wie bei der Erfindung verwendet, ist es bevorzugt und es wird erwartet, dass die Turbine bei einem herkömmlichen Verhältnis zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft betrieben wird, so dass die effizienteste Abgastemperatur (EGT) für den Trockenbehälter erzeugt wird und in den Trockenbehälter eintretende Gase produziert werden, die ein Mindestmaß an freiem Sauerstoff enthalten. Der Fachmann erkennt aus der Offenbarung der Erfindung, dass andere Quellen für Heißgase als eine Gasturbine verwendet und mit dem Trockenbehälter verbunden werden können, wie das Abgas von herkömmlichen Öl- oder Gasbrennern und Kolbenmotoren, vorausgesetzt, dass sie unter herkömmlichen Verbrennungsverhältnisbedingungen betrieben werden, damit im Abgas der freie Sauerstoff minimiert wird, oder in einem stöchiometrischen Verhältnis, damit es keinen freien Sauerstoff gibt, und mit dem Trockenbehälter derart verbunden sind, dass Außenluft nicht signifikant in den Trockenbehälter eindringen kann, so dass eine signifikante Oxidation des Ausgangsmaterials verhindert wird. Natürlich kann eine solche alternative und zusätzliche Quelle für Heißgase gegebenenfalls mit dem erfindungsgemäßen Trockenbehälter verbunden und dazu verwendet werden, den Abgasausstoß der Gasturbine zu ergänzen, so dass eine zusätzliche Wärmeeingabekapazität für den Trockenbehälter bereitgestellt wird, wird diese zum Einschalten des Betriebs, zum Abschalten oder unter Einschaltstoßbedingungen oder als Sicherungssystem, falls sich die Gasturbine abschaltet, benötigt.
Man erkennt, dass bei gewissen erfindungsgemäßen Vorgängen nicht die gesamte Außenluft ausgeschlossen werden kann und eine Oxidation des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, hauptsächlich aufgrund von Luft, die in dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial enthalten und darin eingeschlossen ist, der Luft, die in der in dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial enthaltenen Feuchtigkeit gelöst ist, und von überschüssigem Sauerstoff, der in den Turbinenabgasen in Zeiträumen enthalten sein kann, in denen kein stöchiometrisches Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft eingesetzt wird. Außerdem kann in einigen Fällen Sauerstoff aus den organischen oder anderen Materialien erzeugt oder freigesetzt werden, die in dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial enthalten sind, wenn die thermische Behandlung und Umwandlung erfolgt und diese Materialien zersetzt oder umwandelt. Daher werden die hier verwendeten Begriffe, die sich auf "Verhindern des Eindringens von Luft", "ohne signifikante Oxidation" und dergleichen beziehen, in dem obigen Betriebszusammenhang und mit dem Verständnis und der beabsichtigten Bedeutung verwendet, dass die Luft oder der Sauerstoff, die in das System als Teil des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials oder der Abgase eindringen oder durch den thermischen Umwandlungsprozess produziert werden, nicht ausgeschlossen werden sollen und dass die Oxidation, die aufgrund dieser mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial in das System eindringenden Luft auftreten kann, nicht verhindert werden soll. Ein derartiges Ausmaß an Oxidation wird jedoch im Umfang, im Kontext und in der Praxis der Erfindung oder der Bedeutungen dieser Begriffe, wie hier verwendet, als nicht signifikant angesehen. Ebenso bedeutet der hier verwendete Begriff "ohne signifikante Pyrolyse", dass nicht mehr als ein unerheblicher Anteil des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials pyrolysiert wird, z. B. wie im U.S.-Patent 6,039,774 . Pyrolyseprodukte sind bei den erfindungsgemäßen Verfahren und Produkten unerwünscht, und die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Ausrüstung werden derart betrieben, dass das gewünschte Trocknen des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials und die gewünschte Umwandlung und Zerstörung von verschiedenen Komponenten des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials in die gewünschten Endprodukte erreicht wird. Anhand der vorliegenden Offenbarungen wird für den Fachmann ersichtlich, dass für einige Anwendungen der Erfindung die Abgastemperaturen, die Kontaktzeiten und/oder Verweilzeiten im Trockenbehälter, der Feuchtigkeitsgehalt der Feststoffe und der Dampfphase im Trockenbehälter und andere Variablen für die Verarbeitung eines bestimmten stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials geregelt werden müssen, damit die erwünschten Ergebnisse erzielt werden und die gewünschten Endprodukte maximiert werden. In anderen Anwendungen dieser Erfindung können die Temperaturen, die Kontaktzeiten und/oder andere Betriebsparameter dieser Erfindung derart angepasst werden, dass das gewünschte Ausmaß der Oxidation oder Pyrolyse erzielt wird, wenn die Eigenschaften des mit den erfindungsgemäßen Systemen herzustellenden Endprodukts eine Oxidation oder Pyrolyse des Ausgangsmaterials erfordern.
Das Ausschließen der Außenluft ist auch hinsichtlich der wirtschaftlichen Effizienz bevorzugt, weil das Erhitzen von überschüssiger oder Außenluft zusammen mit dem Erhitzen des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials die Leistungsfähigkeit des Verfahrens verringert. In einigen Fällen, in denen das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial einen sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalt hat oder für den bevorzugten erfindungsgemäßen Betrieb zu trocken ist, kann Wasser zu dem Ausgangsmaterial, zum Turbinenabgas, zum Turbineneinlass oder zum Trockenbehälter gegeben werden, damit der Feuchtigkeitsgehalt im Trockenbehälter auf ein Ausmaß für einen effizienten Betrieb erhöht wird und damit ein Feststoffmaterial aus dem Trockenbehälter mit einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt produziert wird.
Man erkennt, dass der Betrieb des Trockenbehälters normalerweise dazu dient, das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial zu trocknen oder seinen Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, er dient aber auch dazu, die Hochtemperaturerwärmung des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials zu erzielen, damit bestimmte Bestandteile umgewandelt werden und eine chemische oder thermische Veränderung in dem Ausgangsmaterial erreicht wird, so dass der im Endprodukt gewünschte Gehalt und die Eigenschaften bereitgestellt werden. Wie erwähnt, ist ein Aspekt der Erfindung die thermische Umwandlung der verschiedenen Bestandteile des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ohne signifikante Oxidation durch Außenluft. Der Bereich der Komponenten in den stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien wird zwar weit reichend variiert, der Fachmann auf dem Gebiet der herkömmlichen Verarbeitung eines bestimmten stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials versteht jedoch, wie man diese Erfindung effizient einsetzt, damit die Wirtschaftlichkeit der Herstellungsbetriebsverarbeitung dieses Ausgangsmaterials verbessert wird.
Die Trockenbehältertypen, die bei der Erfindung verwendet werden können, sind zum Beispiel die folgenden:

– eine Trockentrommel mit oder ohne innere Schaber, Rührplatten und/oder -paddel,
– stationäre "Igel"-Trommeltrockner mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten und/oder -paddel,
– abgestufte Triple-Pass-Trockenzylinder- oder Drehtrommeltrockner-Systeme mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten und/oder -paddel,
– Drehtrommeltrockner-Systeme mit oder ohne Dampfrohre und mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten und/oder -paddel,
– Turbotrockner oder Turbulizer-Systeme
– Fördertrocknersysteme mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten und/oder -paddel,
– Indirekte oder direkte Kontakttrocknersysteme mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten und/oder -paddel,
– Wannentrockner
– Fließbetttrockner
– Verdampfersysteme
– Backöfen.

Beispiele für kommerziell erhältliche Trockenbehälter, die für die Erfindung geeignet sind oder an die Verwendung bei der Erfindung angepasst werden können, sind u. a.:

– Scott AST Dryer^TM-Systeme,
– Simon Dryer Ltd.-Trommeltrockner,
– Wyssmont-Turbotrocknersysteme
– Duske Engineering Co., Inc.
– Energy Unlimited Trockensysteme
– Onix Corporation Dehydratisierungssysteme
– International Technology Systems, Inc, direkte oder indirekte Trocknersysteme
– Pulse Trockensysteme, Inc.
– MEC Company Trockensysteme

Weitere Beispiele für Trockenbehälter, die für die Erfindung geeignet sind oder an die Verwendung bei der Erfindung angepasst werden können, sind in den US-Patenten 5,746,006 von Duske et al. und 5,570,517 und 6,367,163 von Luker offenbart, deren Offenbarungen hier vollinhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Wie bereits erwähnt, wirkt der "Trockenbehälter" nicht notwendigerweise immer hauptsächlich als Trockner zur Entfernung von Feuchtigkeit aus stark wasserhaltigem Ausgangsmaterial in dem erfindungsgemäßen System. Der Trockenbehälter wirkt auch als Wärmebehandlungs-/Umwandlungs-/Veränderungsbehälter oder -ofen, in dem das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial auf genügend hohe Temperaturen für ausreichende Zeiten erwärmt wird, dass die gewünschten Endmaterialien und -produkte, wie hier offenbart, erzeugt werden. Außerdem muss der Trockenbehälter keinen direkten Kontakt zwischen den Turbinenabgasen oder einer anderen Wärmequelle und dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial bereitstellen. Er kann jedoch das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial indirekt erwärmen, wodurch das erfindungsgemäß gewünschte Trocknen und/oder die Wärmebehandlung/Umwandlung/Veränderung erreicht werden. Der Trockenbehälter kann mit einem geeigneten Material ausgekleidet sein, damit Korrosion, Erosion oder übermäßiger Verschleiß verhindert oder reduziert werden. Es lässt sich erkennen, dass die erfindungsgemäßen Systeme so angepasst werden können, dass sie verschiedene Funktionen in verschiedenen Konfigurationen in einer bestimmten Installation oder einem bestimmten Betrieb ausüben. Es können beispielsweise zwei Trockenbehälter in Reihe betrieben werden, wobei ein stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial im ersten Trockenbehälter getrocknet wird, dann der Ausgang aus dem ersten Trockenbehälter im zweiten Trockenbehälter wärmebehandelt wird, so dass die gewünschte chemische oder physikalische Umwandlung oder Veränderung erzielt wird. Bei einer solchen Anordnung können die Abgase aus einer einzelnen Gasturbinenauslass-Aufteilung zwischen den beiden Trockenbehältern zugeführt werden, oder sie können durch zwei gesonderte Gasturbinen zugeführt werden. Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, dass die Verfahren, Vorrichtungen und Systeme der Erfindung so angepasst werden, dass die verschiedenen Ausrüstungskomponenten in Reihe oder parallel betrieben werden können, so dass verschiedene gewünschte Verarbeitungsfunktionen nach den erfindungsgemäßen Lehren durchgeführt werden können, so dass ein effizienter und ökonomischer Betrieb erzielt wird.
Ein weiterer Aspekt des an die Verwendung bei der Erfindung angepassten Trockenbehälters ist, dass der Trockenbehälter vorzugsweise auch als Schalldämpfer oder Dämpfer für die Gasturbine oder einen anderen Motor dient, der die heißen Abgase erzeugt. Bekanntlich erzeugen Gasturbinen (im Wesentlichen Düsenflugzeugmotoren) eine große Lärmbelastung für die nahe Umgebung. Für stationäre Gasturbinen, die zur Stromerzeugung oder für andere Zwecke verwendet werden, wird gewöhnlich durch örtliche, staatliche oder Bundesgesetze ein Schalldämpfer gefordert, der zur Dämpfung des Lärms des Ausstoßes der Gasturbine auf annehmbare Pegel installiert werden muss. Diese Schalldämpfer sind hinsichtlich der Kosten ökonomisch von Nachteil und erzeugen einen Staudruck auf den Gasturbinenauslass, der die Effizienz des Gasturbinenbetriebs verringert. Aufgrund der Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter, die vorzugsweise gegenüber der Außenluft abgeschlossen ist, bietet die Erfindung den Vorteil, dass der Trockenbehälter wirksam als Schalldämpfer für die Gasturbine dient. Dies ist zumindest teilweise das Ergebnis der inneren Bauweise des Trockenbehälters, der in Kombination mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial arbeitet, wobei diese Kombination die Lautstärke des Gasturbinenausstoßes wirksam absorbiert und dämpft. Dies beruht auch darauf, dass das stromabwärts gelegene Ende des Trockners ebenfalls luftdicht abgeschlossen ist, weil Dampf und Abgase vom Trockenbehälter für die Kondensation, Reinigung, Rezyklierung und zur Wärmerückgewinnung bei der stromabwärts folgenden Verarbeitung in einem geschlossenen System gesammelt werden, bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Möglichkeit zum Ablassen an verschiedenen Punkten im Verfahren und im Ausrüstungssystem wünschenswert sein kann, damit Ein- und Ausschalten, Störung oder Ausgangsmaterial-Variabilität angepasst werden können, aber normalerweise wird es als geschlossenes System betrieben, aus dem nur das Endprodukt entnommen und Reingas abgelassen wird. Das Turbinenabgas kann gegebenenfalls teilweise oder vorübergehend komplett auf andere, stromabwärts gelegene Einheiten umgeleitet werden, wobei der Trockenbehälter umgangen wird, wenn es als ergänzende Wärme in anderen Verfahrenseinheiten benötigt wird oder zum Ein- und Ausschalten oder für eine Störung.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist, dass der Dampf und die Abgase am Auslassende des Trockenbehälters mit einem geeigneten Gebläse, Ventilationsgebläse usw. entzogen werden können. Dadurch werden der Druck am stromaufwärts gelegenen Einlass des Trockenbehälters sowie der Staudruck auf den Turbinenausstoß reduziert. Dies erhöht und ermöglicht die Effizienz des Gasturbinenbetriebs, weil die Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter nicht zur Außenluft offen ist. Selbstverständlich kann das kommerzielle Systemdesign eine Entlüftung oder sogar einen herkömmlichen Schalldämpfer beinhalten, die über ein T-Stück oder eine andere Bauweise in die Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter einmünden, und die während des Ein- und Ausschaltens oder beim Störungsbetrieb verwendet werden. Sie werden jedoch bei der normalen Betriebsbauweise für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Gerät, wie oben beschrieben, nicht eingesetzt. Damit die beste Effizienz des erfindungsgemäßen Betriebs erreicht wird, hat die Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter vorzugsweise keine Verengungen, damit die Abgase dem Trockenbehälter mit minimalem Wärme- und Energieverlust zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter zugeführt werden können. Aus der Offenbarung ist zudem ersichtlich, dass der Betrieb eines Gasturbinengenerators vorzugsweise geregelt wird, damit man optimale Effizienz oder Ökonomie beim Trocknen des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials, bei der thermischen Umwandlung, chemischen Veränderung und anderen Verfahrensanforderungen erhält, die vielleicht nicht die optimalen oder besten Gasturbinenbetriebsbedingungen zur Stromerzeugung sind. Stromerzeugung ist ein Kostenrückgewinnungsstrom für das System, aber die Gesamtökonomie des erfindungsgemäßen Betriebs kann unter Gasturbinenbetriebsbedingungen besser sein, die für einen effizienten Trockenbehälterbetrieb und die Produktion von Produkten mit gewünschten Eigenschaften stromabwärts einen optimalen Abgaswärmeausstoß begünstigen und die Stromerzeugung nicht begünstigen. Die Ermittlung dieser Betriebsbedingungen für eine bestimmte erfindungsgemäße Anlage ist für den Fachmann anhand der erfindungsgemäßen Lehren ersichtlich. Gasturbinenregelsysteme dieses Typs sind in der gemeinsam übertragenen anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 11/185,433, eingereicht am 19. Juli 2005, offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen ist.
Ein weiterer Vorteil, den die Erfindung bereitstellt, ergibt sich aus dem Kontakt des Gasturbinenabgases mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial in dem abgeschlossenen Raum des Trockenbehälters, ohne dass signifikante Außenluft zugegen ist. Die NO_x- und SO_x-Emissionen und in gewissem Ausmaß die CO- und CO₂-Emissionen im Gasturbinenabgas werden erheblich verringert und in einigen Fällen auf Null gesenkt, indem die NO_x- und SO_x-Bestandteile im stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial absorbiert oder komplexiert werden, in dem es in dem getrockneten oder behandelten Material, das aus dem Trockenbehälter kommt, und in dem Produkt nach der Verarbeitung in eine Granulat-, Pellet- oder Prillgranalien- oder andere Form absorbiert, komplexiert oder fixiert bleiben. Dies liefert den Vorteil, dass sowohl die Emissionen an NO_x und SO_x (und CO/CO₂) in die Atmosphäre gesenkt oder beseitigt werden als auch die Stickstoff-, Schwefel- und Kohlenstoffkomponenten zum Nährwert des Produkts beitragen, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellt wird.
Die Betriebsbedingungen und Verfahren für den Trockenbehälter sind für den Fachmann anhand der Lehren der erfindungsgemäßen Offenbarung ersichtlich. Die übliche Turbinenabgastemperatur beim Eintritt in den Trockenbehälter ist im Bereich von etwa 260°C (500°F) bis etwa 816°C (1500°F), je nach dem Feuchtigkeits- und anderem Gehalt des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials und dem gewünschten Zustand des Produktausgangs aus dem Trockenbehälter. Bei kleineren Systemen mit kleineren Motoren kann die Einlassabgastemperatur nur etwa 149°C (300°F) oder etwa 177°C (350°F) betragen. Ein bevorzugter Bereich ist von etwa 316°C (600°F) bis etwa 649°C (1200°F), und stärker bevorzugt beträgt die Einlasstemperatur zumindest etwa 343°C (650°F) und am stärksten bevorzugt zumindest etwa 371°C (700°F). Temperatur und Strömungsrate des Gases, das in den Trockenbehälter eintritt, hängen teilweise vom Feuchtigkeitsgehalt und anderen Eigenschaften des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ab. Ein höherer Feuchtigkeitsgehalt erfordert offensichtlich in der Regel höhere Einlassgastemperaturen, so dass der Feuchtigkeitsgehalt kleiner wird. Man nimmt an, dass eine zusätzliche Effizienz in den erfindungsgemäßen Systemen erzielt wird, in denen ein stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial mit heißen Gasen zusammengebracht wird. Dieser Kontakt verursacht die manchmal sofortige Bildung von überhitztem Dampf, wenn die Feuchtigkeit aus dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial austritt, dann erhitzt der überhitzte Dampf die Feuchtigkeit in dem benachbarten stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial und treibt sie aus. Man nimmt an, dass dieser Mechanismus für das schnelle Trocknen des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials auf einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt verantwortlich ist, so dass die restliche Verweilzeit des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials im Trockenbehälter zu seiner gewünschten erfindungsgemäßen thermischen Behandlung/Umwandlung/Veränderung oder zu seinem "Kochen" beiträgt. Manche stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien brauchen niedrigere Temperaturen, aber längere Verweilzeiten, damit die Umwandlung oder das "Kochen" erzielt wird, die zur Herstellung eines Produkts mit selbstbindenden oder anderen gewünschten Eigenschaften benötigt werden. Die Temperatur des aus dem Trockenbehälter kommenden Materials liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 66°C (150°F) bis etwa 232°C (450°F) und vorzugsweise zwischen etwa 93°C (200°F) und etwa 177°C (350°F). Bei bestimmten Betrieben sollte die Temperatur des Materials am Ausgang des Trockenbehälters mindestens etwa 79°C (175°F) und vorzugsweise mindestens etwa 93°C (200°F) betragen.
Wie hier verwendet betrifft und bedeutet der Begriff "umgewandeltes Material" das getrocknete stark wasserhaltige Ausgangsmaterial, das in dem Trockenbehälter produziert wird, indem der Feuchtigkeitsgehalt des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials von einem bestehenden Wert auf einen niedrigeren Wert erfindungsgemäß reduziert wird und/oder indem die hier aufgeführten chemischen Veränderungen und Umwandlungen erzielt werden. Das "umgewandelte Material" wird als Zwischenprodukt angesehen, das sich zur weiteren Verarbeitung zu einem fertigen Produkt eignet, das sich für den Verbraucher, kommerziellen oder industriellen Gebrauch eignet. Gewöhnlich wird das umgewandelte Material aus dem Trockenbehälter durch Mahlen verarbeitet, so dass man ein Pulver oder Mehl erhält, gefolgt von Granulieren, Pelletieren oder Prillen des Pulvers oder Mehls oder zur Bildung von Flocken oder anderen Formen des Endproduktes, das sich für eine herkömmliche Benutzung, Verpackung und/oder Transport eignet. Das umgewandelte Material kann ebenfalls gemahlen oder sonst wie pulverisiert und in einen Schlamm oder ein anderes flüssiges oder pumpbares Produkt umgewandelt werden, das bei Bedarf rezykliert oder verwendet werden kann. Örtliche Begebenheiten bestimmen den Endgebrauch des Materials, das aus dem Trockenbehälter produziert wird, oder des Endproduktes, das aus dem erfindungsgemäßen System produziert wird.
Wie hier verwendet, betreffen der Begriff "Granulat", "Granulieren" und dergleichen jede granuläre Form des von der Erfindung hergestellten Materials oder Produkts, einschließlich herkömmlicher Granulate, Pulver, Stäube, Krümel und dergleichen, die durch herkömmliche Granulierungsverfahren und -ausrüstung produziert werden, einschließlich Zerbrechen oder Zerkrümeln zuvor hergestellter Pellets oder Prillgranalien. Die Begriffe "Pellets", "Pelletieren" und dergleichen betreffen jede Pelletform der von der Erfindung hergestellten Materialien oder Produkte, einschließlich zylindrischer, Kugel-, sphärischer oder anderer Gestalt, die üblicherweise durch herkömmliche Pelletierverfahren und -ausrüstung hergestellt werden, beispielsweise durch Extrudieren eines Schlamms oder einer Paste und Schneiden, Hacken oder Brechen des Extrudats in die gewünschte Größe. Die Begriffe "Prillgranalie", "Prillen" und dergleichen betreffen jede Prillform der von der Erfindung hergestellten Materialien oder Produkte, die durch herkömmliche Pelletierverfahren und -ausrüstung hergestellt werden, einschließlich Sprühturmverfahren, Gefriertrocknungsverfahren usw. Die Begriffe "Flocken" und "Chips" und dergleichen betreffen jede Form von Produkten, wie Corn Flakes, Kartoffel-Chips, Mais-Chips und dergleichen. Andere Formen von Nahrungsprodukten (Mensch, Haustier oder Tier) umfassen herkömmliche Brocken, geformte Produkte wie Sternchen usw., und dergleichen.
Ein Extrusionspelletierer gehört zu den bevorzugten Verfahrenseinheiten für die Verwendung in Verbindung mit oder als Teil der Erfindung, weil er die Selbstbindungseigenschaften des im Trockenbehälter produzierten Materials nutzt und weil er unter Temperatur- und Druckbedingungen betrieben werden kann, die das "Kochen" des Materials bereitstellen oder weiter dazu beitragen können, so dass die grundlegenden und/oder verstärkten Selbstbindungseigenschaften des erfindungsgemäßen Produkts erzeugt werden. Bei einem typischen Betrieb wird das Material aus dem Trockenbehälter gemahlen und das Pulver oder Mehl aus der Mahleinheit kann mit genügend Dampf oder Wasser gemischt werden, zum Beispiel mit Dampf oder kondensiertem Wasserdampf aus dem Trockenbehälter, dass ein Material gebildet wird, das bei hohem Druck und hoher Temperatur unter Bildung von Pellets oder anderer Formen extrudiert werden kann. Die im Extrusionspelletierer erzielte Erwärmung und die Temperaturen können von Heizschnecken, -düsen oder -trommeln oder aus der Energie einer Hochdruckkompression stammen. In jedem Fall wird das extrudierfähige Material bei dem Verfahren auf eine hohe Temperatur erhitzt. Man nimmt an, dass bei bestimmten stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien die hohe Temperatur und der hohe Druck im Extruder-Pelletierer bestimmte Bestandteile in dem Material weiter "kochen" oder umwandeln und zusätzliche oder stärkere Selbstbindungseigenschaften des erhaltenen pelletierten, granulierten oder gegrillten Produkts liefern oder dazu beitragen können. Übliche Betriebsbedingungen für den Extrusionspelletierer sind ein extrudierfähiges Material mit einem Feuchtigkeitsgehalt von bis zu etwa 20 Gew.-% oder mehr, je nach der eingesetzten Extruderausrüstung. Die Extrudertemperaturen und der Extruderdruck sind wie normalerweise in herkömmlicher Extruderausrüstung verwendet. Je nach dem verarbeiteten stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial und den gewünschten Eigenschaften des hergestellten Produkts können offensichtlich andere Betriebsbedingungen eingesetzt werden. Die hergestellten Pellets können getrocknet werden, so dass der Feuchtigkeitsgehalt auf ein Niveau gesenkt wird, das zur stabilen Produktlagerung geeignet ist, z. B. auf etwa 10 Gewichtsprozent. Die an diesem Punkt des Verfahrens entfernte Feuchtigkeit kann rezykliert und in anderen Schritten und Verfahren der erfindungsgemäßen Systeme, wie hier offenbart, genutzt werden.
Das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial hat üblicherweise einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen etwa 50 und etwa 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen etwa 60 und etwa 80 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt zwischen etwa 65 und etwa 75 Gewichtsprozent. (Gewichtsprozent, wie hier verwendet, bezieht sich auf Prozent des fraglichen Bestandteils, bezogen auf das Gesamtgewicht des angesprochenen Gemischs). Es kann aber stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial mit kleinerem Feuchtigkeitsgehalt, zum Beispiel nur etwa 40 Gewichtsprozent oder sogar nur etwa 30 Gewichtsprozent, mit der Erfindung verarbeitet werden. Das bevorzugte stark wasserhaltige Ausgangsmaterial hat einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 50 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt mindestens etwa 60 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 70 Gewichtsprozent. Hat das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial einen hohen Feuchtigkeitsgehalt in diesem Bereich, erhält man Verarbeitungsvorteile durch die im Wesentlichen sofortige Produktion von Dampf und überhitztem Dampf am Einlass des Trockenbehälters, an dem die Abgase bei 538°C (1000°F) mit dem sehr feuchten stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial bei Atmosphären- oder Subatmosphärendruck zusammenkommen. Der so erzeugte Dampf oder überhitzte Dampf trägt zum Trocknen, Kochen und zur Umwandlung benachbarter oder naher und stromabwärts befindlicher Partikel des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials bei, wodurch die Effizienz des Verfahrens erhöht wird. Vorzugsweise wird beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäßen Geräts das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial unter Chargen oder verschiedenen Anteilen (oben, unten, innen, außen) der gleichen Chargen gemischt, so dass gleichmäßige Eigenschaften des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials erhalten werden. Diese bevorzugte Vorbereitung ermöglicht die Produktion eines gleichmäßigeren Materials aus dem Trockenbehälter und vereinfacht die Regelung der Verfahrensschritte. Die Temperatur des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials ist üblicherweise Umgebungstemperatur, d. h. im Bereich von etwa –1°C (30°F) bis etwa 38°C (100°F), kann aber kleiner als –1°C (30°F) sein, vorausgesetzt, dass gefrorene Agglomerate die Ausgangsmaterialvorbereitung oder den Betrieb des Trockenbehälters und der Ausgangsmaterialzuführausrüstung nicht behindern. Das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial kann bei einer beliebigen Temperatur direkt aus einer Produktionsanlage oder einer Verfahrenseinheit verwendet werden, die eine erhöhte Temperatur haben kann. Die Ökonomien der erfindungsgemäßen Systeme werden gewöhnlich verbessert, wenn das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial eine erhöhte Temperatur hat oder vor dem Einbringen in den Trockenbehälter vorgewärmt wird. Das Vorwärmen des Ausgangsmaterials kann auf jede gewünschte Weise erfolgen, wie mittels Wärmeaustauscher, Solarbeheizung, heizbaren Förderbändern oder Schnecken oder durch heizbare Betonplatten im Abtrennungs- und Ausgangsmaterialvorbereitungsbereich und kann mit Wärme erfolgen, die aus den erfindungsgemäßen Verfahrenssystemen gewonnen und rezykliert wird.
Die Kontaktzeit zwischen den Turbinenabgasen und dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial wird durch mehrere Variablen bestimmt, einschließlich des Feuchtigkeitsgehalts des Ausgangsmaterials, des im Trockenbehälterausgabematerial gewünschten Feuchtigkeitsgehalts, der gewünschten chemischen Veränderung/Umwandlung, des Volumens und der Temperatur der Abgase, die in den Trockenbehälter eintreten, und anderer Faktoren. Die Kontaktzeit wird so reguliert, dass nicht nur das gewünschte Trocknen erhalten wird, sondern auch die Partikel der stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialfeststoffe auf genügend hohe Temperaturen gebracht werden, dass die in dem Ausgangsmaterial vorhandenen Bestandteile genügend umgewandelt werden, ist diese Umwandlung erwünscht, und/oder ein selbstbindendes Produkt erzeugt wird, wenn gewünscht. Die tatsächlich von den Partikeln erreichte Temperatur muss nicht bestimmt werden, solange das gewünschte Ausmaß an Bestandteilzerstörung und -umwandlung, das gewünschte Ausmaß an Selbstbindungs- oder anderen gewünschten Eigenschaften erzielt werden. Die gewünschte Kontaktzeit kann durch Volumen und Größe des Trockenbehälters und durch die Durchsatzvolumina von Ausgangsmaterial und Abgasen variiert und geregelt werden. Die Wärmeübertragung von den Abgasen auf die Beschickung und folglich die Temperatur, auf die das Ausgangsmaterial gebracht wird, sind hauptsächlich eine Funktion des Massenverhältnisses von Abgas zu Ausgangsmaterial. Ein Beispiel für den Trockenbehälterbetrieb mit einem Gasturbinengenerator ist ein Rolls Royce Allison 501-KB5-Generator (mit nominell 3,9 MW) mit einem Abgasausstoß von etwa 48950 kg/Std. (122000 Pfd./Std.) bei 538°C (1000°F), verbunden mit einem Drehrohrtrockner Modell AST 8424 mit einem Innenvolumen von etwa 26 Kubikmetern (m³) von Scott Equipment Company, New Prague, Minnesota, USA. Das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial, ein Material mit kleiner Teilchengröße und einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 70 Gewichtsprozent und einer Temperatur von etwa 18°C (65°F), wird in den Trockenbehälter bei einer Rate von etwa 6500 kg/Std. eingespeist, was etwa 10 m³/Std. (etwa 16200 Pfd./Std.) entspricht, wodurch eine durchschnittliche oder nominelle Verweilzeit der Feststoffe im Trockenbehälter von etwa 10 bis etwa 18 Minuten und ein Gewichtsverhältnis von Abgasen zu stark wasserhaltigem Ausgangsmaterial von etwa 7,5 erhalten werden. Die Trockenbehälterausgabe hat etwa 93°C (200°F). Das Gewichtsverhältnis von Abgas zu Ausgangsmaterial beträgt gewöhnlich zwischen etwa 15:1 und etwa 1:1, vorzugsweise zwischen etwa 10:1 und etwa 3:1 und am stärksten bevorzugt zwischen etwa 8:1 und etwa 4:1. Der Wärmebedarf kann ein Verhältnis von mindestens etwa 20:1 oder mindestens etwa 25:1 oder mehr erfordern, wenn das Ausgangsmaterial kalt mit sehr hohem Feuchtigkeitsgehalt ist und das Abgas keine hohe oder maximale Temperatur hat. Der Abgasstrom und der stark wasserhaltige Ausgangsmaterialstrom durch den Trockenbehälter können je nach den gewünschten Ergebnissen und verschiedenen Systemgestaltungen und ökonomischen Überlegungen gleichsinnig, gegensinnig, einstufig, mehrstufig usw. sein.
Die Ausgabe des Trockenbehälters umfasst Dampf, Wasserdampf, Verbrennungsgase und Feststoffe, die getrocknet und/oder thermisch behandelt und in gewünschte Formen umgewandelt werden. Übliche Temperaturen der Gase und/oder Feststoffe am Ausgang des Trockenbehälters liegen in der Regel im Bereich von etwa 93°C (200°F) bis etwa 177°C (350°F), aber niedrigere oder höhere Temperaturen können aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, Produktqualität und/oder Verfahrensökonomie ausgewählt und/oder gewünscht werden. Die Auslasstemperaturen können von mindestens etwa 43°C (110°F) bis mindestens etwa 260°C (500°F), vorzugsweise mindestens etwa 82°C (180°F) und stärker bevorzugt mindestens etwa 93°C (200°F) reichen. In der Regel ist erwünscht, dass das Feststoffmaterial, das den Trockenbehälter verlässt, gewöhnlich einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen etwa 10 und etwa 15 Gewichtsprozent hat, der aber von etwa 5 bis etwa 25 Gewichtsprozent reichen kann. Wiederum kann aus ähnlichen Gründen ein niedrigerer oder höherer Feuchtigkeitsgehalt der Trockenbehälterausgabefeststoffe gewählt und/oder gewünscht werden. Dampf, Wasserdampf und Verbrennungsgase, die aus dem Trockenbehälter kommen, leitet man gewöhnlich durch Wärmeaustauscher (wodurch Verfahrenswärme rückgewonnen wird, die stromabwärts bei Granulier- oder Pelletierschritten oder stromaufwärts beim Vorwärmen des Ausgangsmaterials oder der Turbineneinlassluft verwendet wird), Kühler (zur Rückgewinnung von Verfahrenswasser für die Verwendung stromab- oder -aufwärts, zur landwirtschaftlichen Anwendung oder Entsorgung), Waschtürme, Filter oder Zyklone (zur Rückgewinnung von Feststoffen, die in Gasen oder Flüssigkeiten eingeschlossen sind, und damit die Gase und Flüssigkeiten umweltverträglich werden und abgelassen werden können) und andere herkömmliche Verfahrensausrüstung.
Die Feststoffausgabe aus dem Trockenbehälter, hier als umgewandeltes Material bezeichnet, wird üblicherweise durch Mahlen, Granulieren, Pelletieren, Prillen, Flockung oder eine andere Verarbeitung weiter verarbeitet, so dass ein endgültiges Nahrungsmittel, Kraftstoff, Reyzklierprodukt oder ein anderes Produkt in der für die Verpackung oder Massenverteilung, Transport und Verwendung gewünschten Form erzeugt wird. Diese für die Erfindung geeignete Mahl-, Granulier-, Pelletier- oder Prillausrüstung und die entsprechenden Arbeitsschritte sind herkömmlich und bekannt, weil die Ausgabe des Trockenbehälters Feststoff- und Dampfkomponenten enthält, die sich für diese Verarbeitung anbieten. Unabhängig von der Art und Form des erhaltenen Produkts liefern das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße System und die erfindungsgemäße Ausrüstung eine hinsichtlich der Umwelt und der Wirtschaftlichkeit wirksame Verarbeitung von stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien, wodurch sie als Umweltverpflichtungen beseitigt werden und Produkte bereitgestellt werden, die kommerziell nützlich sind, und die die Abfallentsorgung auf einer städtischen Müllkippe umgehen. Die Erfindung kann zur Herstellung von Produkten und Materialien aus stark wasserhaltigen Ausgangsmaterialien verwendet werden, aber die bevorzugten Materialien und Produkte weisen keine signifikanten restlichen unerwünschten Bestandteile auf, die nicht bei der Erwärmung, chemischen Veränderung und/oder Trocknungsbehandlung im Trockenbehälter oder anderen Arbeitsschritte umgewandelt oder zerstört wurden. Die durch die Erfindung hergestellten Produkte und Materialien sind vorzugsweise nützliche Nahrungsmittel, Kraftstoffe, rezyklierbare oder andere Produkte, aber die Erfindung eignet sich auch zur Herstellung von Feststoffen mit kleinerem Volumen, die auf einer Müllkippe entsorgt werden können, mit dem Vorteil, dass Feststoffe mit kleinen Mengen oder ohne schädliche Bestandteile, die aus der Müllkippe in Oberflächen- oder Grundwasser sickern könnten, bereitgestellt werden.
Die durch die Erfindung produzierten Produkte und Materialien eignen sich für und beinhalten Mischungen mit anderen Materialien, Produkten oder Chemikalien, wie es für bestimmte Endanwendungen gewünscht sein kann, die bestimmte Eigenschaften oder Merkmale erfordern. Diese anderen Materialien und Additive können an jedem geeigneten Punkt im Verfahren zugegeben oder eingemischt werden: mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial gemischt, zum Trockenbehälter gegeben, an einem beliebigen Punkt zum Verfahrenswasser gegeben, zu dem aus dem Trockenbehälter kommenden Material gegeben, als Teil einer Mahl-, Granulier-, Pelletier-, Flockulierungs- oder anderen Verarbeitung zugegeben oder einfach mit dem Endprodukt gemischt oder vor dem Einsacken oder Verpacken oder zum Zeitpunkt der Verwendung eingemischt werden. Zum Beispiel können die Endprodukte, die gewöhnlich vergleichsweise geruchsfrei sind, mit anderen Materialien gemischt werden, die entweder einen angenehmen Geruch oder einen angenehmen Geschmack verleihen können, wie es auf dem Gebiet der Nahrungsmittelverarbeitungsindustrie gängig ist.
Die erfindungsgemäßen Systeme enthalten Bauweisen, die dazu verwendet werden können, die Emission schädlicher Gerüche und von Treibhausgasen aus Produktionsanlagen, in die Atmosphäre zu verringern und bei einigen Betrieben im Wesentlichen zu beseitigen, die als "gefährliche Luftverschmutzungsmittel" (HAP)-Emissionen bezeichnet werden. Herstellungsbetriebe unterliegen aufgrund von zunehmendem Druck aus den in deren Nähe gelegenen Wohngebieten immer stärkerer Regulation durch Bundes- und Staatsbehörden. Die Regulation betrifft zwei Aspekte der Luftqualität. Der erste sind schädliche Gerüche aus HAP-Emissionsgasen, die Mercaptane und viele weitere organische Verbindungen enthalten, die unangenehme Gerüche haben, die von den die örtlichen Gemeinden beanstandet werden. Der zweite sind flüchtige organische Verbindungen (VOCs) sowie Treibhausgas-(GHG)-Emissionen, die für die Luftqualität schädlich sind und giftig sind oder nicht. Zu den Treibhausgasen gehören CO₂, CH₄, und N₂O und sie werden gewöhnlich in Form der CO₂-äquivalenten Wirkung auf die Atmosphäre dargestellt. Methan (das gewöhnlich in Produktionsanlagen erzeugt wird), hat einen CO₂-Äquivalenzfaktor von 23 (wie von der USDOE verwendet), was bedeutet, dass 1 kg in die Atmosphäre freigesetztes CH₄ 23 kg freigesetztem CO₂ entspricht. (Einige Quellen geben den Äquivalenzfaktor als etwa 21 an.). CH₄ ist zwar ein Treibhausgas, das bei vielen Bioumwandlungsvorgängen erzeugt wird, jedoch werden auch die Gase CO₂ und NO_x erzeugt. Besonders bevorzugt wird die NO_x-Freisetzung in die Atmosphäre verhindert, weil sie ein geschätztes CO₂-Äquivalent von etwa 310 aufweisen. Ethanol ist eine VOC, die in vielen Anlagen, wie u. a. Ethanol-Anlagen (Herstellung von Ethanol für einen Kraftstoffzusatz in Benzin), Weinkellereien, Destillerien, Bäckereien und anderen Biomaterial-Produktionsanlagen entstehen, die Gärungsprozesse nutzen. Die Erfindung kann, wie hier offenbart, dazu verwendet werden, im Wesentlichen die Freisetzung von HAP-Emissionen in die Atmosphäre zu beseitigen, indem die HAP-Emissionen eingedämmt und verarbeitet werden, und zwar allein oder vorzugsweise in Zusammenhang mit der Verarbeitung des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials, zur Herstellung von Produkten
Die erfindungsgemäßen Systeme eignen sich besonders dazu, die HAP-Emissionen aus Produktionsbetrieben im Wesentlichen zu beseitigen. Im grundlegenden erfindungsgemäßen System wird eine Gasturbine zur Bekämpfung der in einem Produktionsbetrieb erzeugten HAP-Emissionen eingesetzt, wobei der Gasturbinenverbrennungslufteinlass mit dem Produktionsanlagensystem verbunden ist, das die HAP-Emissionen produziert oder auslässt, so dass die HAP-Emissionen in den Gasturbinenverbrennungslufteinlass geleitet werden, in dem ein bzw. gegebenenfalls zwei Prozesse stattfinden. Erstens werden die Emissionsgase zusammen mit der regulären Gasturbinenkraftstoffzufuhr verbrannt, wodurch CH₄ in H₂O und CO₂ und die Mercaptane und anderen schädlichen oder ätzenden Verbindungen in H₂O, CO_x, NO_x und SO_x umgewandelt werden. Ist zweitens ein wahlfreier Trockenbehälter mit dem Gasturbinenauslass verbunden, werden die Abgase aus der Gasturbine mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht, wodurch die NO_x- und SO_x- und in gewissem Ausmaß die CO_x-Gase in das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial absorbiert oder damit komplexiert werden, wenn dieses getrocknet und/oder wärmebehandelt wird, so dass ein umgewandeltes Material oder ein Endprodukt erhalten wird. Dieser Aspekt der Erfindung verhindert, dass HAP-Emissionen in die Atmosphäre eindringen.
Bestehende Produktionsanlagen können die Erfindung sofort direkt und effizient zur Bekämpfung von HAP-Emissionen nutzen, indem eine Gasturbine, vorzugsweise ein Gasturbinengenerator, entweder eine tragbare oder feststehende Einheit installiert wird, und mindestens ein Teil der HAP-Emissionsquelle(n) und vorzugsweise alle davon in der Einheit an den Turbinenverbrennungslufteinlass angeschlossen werden. Anlagen, die eingeschlossen sind und über Frischlufteinlässe und Abluftauslässe belüftet werden, und insbesondere diejenigen, die durch Erwärmen und Klimaanlagen klimatisiert werden, können von dieser Erfindung zusätzlich profitieren, wobei sich in dieser Verntilationsluft HAP-Emissionen befinden, weil mindestens ein Teil und vorzugsweise die gesamte Ventilationsluft zum Gasturbinenverbrennungslufteinlass geleitet wird. Anlagen können zudem ökonomisch eingeschlossen werden (beispielsweise durch Leinenstoffwände) und durch Druckluft belüftet werden (mit oder ohne Klimaanlage), so dass im Wesentlichen alle HAP-Emissionen aus dem Produktionsbetrieb aufgefangen werden und die Belüftungsluft in den Gasturbinenverbrennungslufteinlass geleitet wird. Die Anlage genießt natürlich vorzugsweise auch den ganzen ökonomischen Vorteil und Nutzen der Erfindung, indem zusammen mit dem Gasturbinengenerator ein Trockenbehälter zum Dehydratisieren und zur Wasserentfernung in geeigneten Prozessströmen oder Herstellungsschritten in der Anlage, wie hier offenbart, aufgenommen wird.
Bei der Verwendung dieses Aspektes der Erfindung wird erkannt, dass diese vorzugsweise derart betrieben wird, dass sämtliche aus der Produktionsanlage ausgelassenen HAP-Emissionen und/oder die Ventilationsluft zum Gasturbinenlufteinlass geleitet wird, damit eine Freisetzung von HAP-Emissionen in die Atmosphäre umgangen wird. Jegliche verbleibende Verbrennungsluft, die für die Gasturbine benötigt wird, stammt von der Umgebungsluft, durch einen herkömmlichen Luftfilter, obschon die HAP-Emissionsquellen und die Ventilationsluft aus der Anlage vorzugsweise auch durch den Gasturbineneinlassluftfilter gelangen, damit eine Beschädigung oder eine Erosion der Turbinenkomponenten durch eingefangenen Staub oder andere Teilchen verhindert wird. Die in dem Luftfilter gesammelten Feststoffe können zu dem Trockenbehälter oder zu anderen Verfahrenseinheiten in dem System eingespeist werden, damit diese in das durch die erfindungsgemäßen Systeme erzeugte Endprodukt eingearbeitet werden. Das Methan oder andere oxidierbare Gase in den Emissionsgasen machen gewöhnlich keinen besonderen Teil der Kraftstoffanforderungen des erfindungsgemäßen Systems aus, jedoch wird es verbrannt, so dass Wärme entsteht und nicht in die Atmosphäre freigesetzt wird. Trotzdem reduziert jedes verbrannte kg Emissionsgas die äußere Gasturbinenkraftstoff-Anforderung um ein kg-Äquivalent. Man erkennt, dass einer der Hauptumweltvorteile, der von der Erfindung geschaffen wird, die Umwandlung der HAP-Emissions-Komponenten, einschließlich solcher VOCs, wie Methan, Ethanol, Methylethylketon und dergleichen, die sehr schädlich für die Atmosphäre sind, in CO₂, und in andere Verbindungen ist, die nur eine minimale Auswirkung auf die Atmosphäre haben. Bei Einsatz der bevorzugten Aspekte der Erfindung, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Wasserentfernungs- und Dehydratisierungsverfahren und Vorrichtungen absorbiert oder "wäscht" das Zusammenbringen der Gasturbinenabgase mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial zudem zumindest einen Teil von NO_x, SO_x und CO_x und anderen Verbindungen, die aus der Umwandlung der HAP-Emissionen in die Gasturbinenverbrennung aus den Abgasen hervorgehen, und halten diese Verbindungen aus dem Wasser oder dem resultierenden Strom, der die Feststoffe des Ausgangsmaterials enthält, fern, wodurch verhindert wird, dass diese resultierenden Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt werden. In jedem Fall können diese Aspekte der Erfindung so betrieben werden, dass im Wesentlichen sämtliche HAP-Emissionen zerstört werden, wie es sich dem Fachmann aus der vorliegenden Offenbarung ergibt.
Man geht davon aus, dass sich die vorstehende Beschreibung zwar auf die Verwendung einer Gasturbine bezieht, jedoch kann die gleiche Nutzung dieses Aspektes der Erfindung zur Eindämmung von HAP-Emissionen vorgenommen werden, unabhängig davon, welche Wärmequelle zur Verwendung in dem System ausgewählt wird. Unabhängig davon, ob die Wärmequelle eine Gasturbine, ein Gasturbinengenerator, ein Gas- oder Diesel-Kolbenmotor oder sogar ein herkömmlicher Öl- oder Gasbrenner (wie 107 in der 1) ist, kann die Ventilationsabluft aus der Produktionsanlage und/oder der HAP-Emissionsstrom oder -Abstrom zum Brennlufteinlass geleitet werden, so dass die HAP-Emissionen verbrannt werden, und vorzugsweise so die Verbrennungsgase mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial zusammengebracht werden.
Als weitere Offenbarung und Veranschaulichung der Verfahren, Systeme und Ausrüstung dieser Erfindung wird auf das schematische Ablaufschema von 1 Bezug genommen. In dem veranschaulichten beispielhaften Verfahren umfasst die Gasturbineneinheit 100 eine Gasturbine 101 und einen Stromgenerator 102. Die Gasturbine hat Lufteinlassfilter 104 und eine Kraftstoffzufuhr 103. Bei Bedarf kann ein wahlfreier Überbrückungs-Abgasschalldämpfer 106 für Einnschalt-, Ausschalt- und Störungsbedingungen bei solchen Zeiten aufgenommen werden, in denen die Gasturbine läuft, aber die Abgase nicht in den Trockenbehälter geleitet werden können. Der Trockenbehälter 200 wirkt jedoch als Schalldämpfer beim normalen Betrieb dieser Erfindung. Alternativ kann statt des Schalldämpfers 106 die Abgasbrücke (siehe 908 in der 5) um den Trockenbehälter zu einer geeigneten stromabwärts gelegenen Einheit geleitet werden, wie zum Separator 208 und/oder 600, der eine vorübergehende Schalldämpferfunktion verleihen kann. Diese Anordnung eliminiert die Kosten für einen gesonderten Schalldämpfer, was eine wichtige Überlegung für bewegliche, an LKWs befestigten Systemen ist. Der Auslass von Gasturbine 101 ist an den Trockenbehälter 200 über Verbindungsanschluss 105 angeschlossen. Ein wahlfreier Lufteinlass (nicht gezeigt) kann für den Trockenbehälter 200 in Anschluss 105 oder an anderer Stelle aufgenommen werden, zum Spülen des Trockenbehälters oder des Systems, zum Einschalten oder Ausschalten oder aus anderen Gründen, insbesondere, wenn weder die Abgase noch das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial in dem Trockenbehälter 200 zugegen sind. Sind beide zugegen, wird jedoch ein jeder Lufteinlass geschlossen und nicht verwendet, damit im Wesentlichen der Eintrag von Luft in den Trockenbehälter ausgeschlossen wird und damit eine signifikante Oxidation der Materialien verhindert wird, die sich in dem Trockenbehälter 200 befinden. Der wahlfreie Brenner 107 kann ebenfalls enthalten sein, damit eine ergänzende Wärmequelle und Brenngase für den Trockenbehälter bereitgestellt werden, die als Eintrag in den Anschluss 105 oder an anderer Stelle bereitgestellt werden können. Die wahlfreie ergänzende Wärmequelle kann sich während des Einschaltens, Ausschaltens, bei Verfahrensstörung, Turbinenausfall oder zur Aufrechterhaltung des gewünschten Durchsatzes eignen, wenn eine maximale Last oder ein Ausgangsmaterial mit ungewöhnlich hohem Wassergehalt auftritt.
Das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial wird gewöhnlich in das System durch mechanische Vorrichtungen eingebracht, wie eine Pumpe, Förderschnecke oder eine für ein bestimmtes Ausgangsmaterial geeignete Vorrichtung. In dieser Veranschaulichung und Beispiel überführt der Schaufelbagger 201 ein festes stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial in eine Steintrenner-, Mischer-, Schneideeinheit 202. Das Ausgangsmaterial kann weiter gemischt werden, und in Förderschnecken 203, 204 getrennte Fremdobjekte werden dann durch 215 in den Trockenbehälter 200 geleitet. Das Ausgangsmaterial kann ebenfalls vorgemischt oder auf die gewünschte Gleichförmigkeit konditioniert werden, bevor es in dieses System durch den Lader 201 geladen wird, beispielsweise in Speicherschwaden, die vereinigt und gemischt werden können. Bei anderen Vorgängen kann das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial, das entweder eine Flüssigkeit oder Schlamm ist oder keine Fremdobjekte enthält, die entfernt werden müssen, über Einlass 215 direkt in den Trockenbehälter 200 gespeist werden.
Der Ausgang von Trockenbehälter 200 wird durch die Leitungen 205, 206 zum Separator 208 überführt, wo die Feststoffe und Gase getrennt werden. Die Gase gelangen durch 209 und Gebläse 210 in die Atmosphäre über 211 oder zu anderer stromabwärts befindlicher Verarbeitung über 212. Der Betrieb von Gebläse 210 kann den Druck in Separator 208 und in Trockenbehälter 200 senken, so dass der Wassersiedepunkt in dem Trockenbehälter reduziert wird, der Wassersiedepunkt in dem Trockenbehälter reduziert wird, der Staudruck auf den Turbinenauslass reduziert wird und Turbinenausstoß und -effizienz erhöht werden. Alternativ kann das Gebläse 210 derart betrieben werden, dass ein erhöhter Druck in dem Trockenbehälter für eine Behandlung bei höherer Temperatur, eine Umwandlung oder ein "Kochen" des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials bei Bedarf erhalten bleibt. Der Ausstoß von Trockenbehälter 200 kann durch den wahlfreien Wärmetauscher 207 zur Gewinnung von Verfahrenswärme zur Verwendung stromabwärts oder bei der Vorwärmung des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials oder der Turbineneinlassluft gelangen. Der Feststoffausstoß aus Separator 208 gelangt über die Leitung, Förderband oder Schnecke 301 zur Kugel- oder Hammermühle 300, und wahlfreie Mischer und Verbesserer 302 und 303. Zudem können rezyklierte Feststoffe, wie Feinstoffe, aus der Rezyklierschleife 305 bei 303 über 304 eingemischt werden, wo sie zur Beschickung der Kugel- oder Hammermühle 300 vereinigt werden. Die Feinstoffe und nicht spezifikationsgerechtes Material, die an verschiedenen Stellen in dem System erzeugt werden, können gesammelt werden und über die Schleife 305 rezykliert und wieder in das Produktverarbeitungssystem an einer beliebigen Stelle eingebracht werden, wie die Mahleinheit 300 über 304, die Pelletiereinheit 400 über 404 oder sogar die Vorbereitung 202, 203, 204 für das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial oder an anderen Stellen. Eine wichtige Möglichkeit des erfindungsgemäßen Systems ist die vollständige Reyzklierung über die Rezyklierschleife 305 sämtlicher Feinstoffe oder nicht spezifikationsgerechter Feststoffe, so dass sie schließlich in die Endprodukte eingebaut werden. Somit stellt das erfindungsgemäße System eine 100%ige Umwandlung der Feststoffe des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials (außer Steinen und anderen Fremdobjekten, die sich nicht verarbeiten lassen) in die Endprodukte bereit, und erzeugt keinen festen Abfallstrom, der an anderer Stelle entsorgt werden muss, wie bei einer Mülldeponie.
Die Kugel- oder Hammermühle 300 wird zur Produktion eines kurzfaserigen Längenmaterials mit einer gleichförmigen kleinen Teilchengröße verwendet, das man als "Mehl" bezeichnet, das sich zur Verarbeitung in der Pelletiereinheit 400 eignet, so dass man ein Produkt bereitstellt, das eine hinreichende Härte und mechanische Festigkeit und Stabilität zur herkömmlichen Verarbeitung, Verpackung und Aufbewahrung hat, die gewöhnlich für trockene Produkte eingesetzt werden. Der Ausgang der Kugel- oder Hammermühle 300 verläuft durch den Separator 310, wo die Dämpfe entnommen werden und über 315 zu Separator 600 zur Reyzklierung der Feststoffe über die Rezyklierschleife 305 geleitet werden und die Dämpfe über das Gebläse 601 und den Auslass 602 in die Atmosphäre ausgelassen werden. Der Separator 310 entnimmt die Feinstoffe oder das Material, das sich zur Rezyklierung über Rezyklierschleife 305 eignet und leitet das Mehl zum Mischer 311. Das Mehl wird dann über 312 zum Separator 401 und entweder direkt zum Pelletierer 400 über 408 oder zum Halte- oder zum Stoßbehälter 402 über 409a und 409b zum Mischen mit anderen Materialien, Rezykliermaterialien von 404 oder Additiven oder zum Halten beim Anschalten, Ausschalten oder bei Störung des Verfahrens geleitet. Vom Stoßbehälter 402 wird das Mehl bei Bedarf durch den Mischer 403 gesendet und entweder direkt zur Pelletiereinheit 400 über 417 oder bei Bedarf zu Mischer 311 über 412 zum Mischen mit dem frischen Mehl geleitet.
Die Pellets von dem Pelletierer 400 werden durch den Wärmetauscher, die Dampfentfernungseinheit 405 und von dort über 406 und 414 entweder direkt zur Endproduktreinigung in den Einheiten 407 und 415 und zum Endproduktversand oder Aufbewahrungsbehälter 500 über 416a, 416b, 501 und 503 geleitet, oder über 413 und den Stoßbehälter 410 zu einer Zerkrümelungs- oder Granulator-Einheit 411, dann zu den Endproduktreinigungseinheiten 407 und 415 geleitet. Das Endprodukt wird über 501, 503, oder über den Aufbewahrungsbehälter 500 auf den Lastwagen 502 für den Transport zum Markt geladen. Die Feinstoffe und das nicht spezifikationsgerechte Produkt, die in einer abschließenden Reinigungseinheit 415 abgetrennt werden, können zum erneuten Verarbeiten über die Rezyklierschleife 305 rezykliert werden. Das Zerkrümelungs- oder Granulatorgerät 411 wandelt die Pellets in kleinere Teilchen oder Granula um, die im Wesentlichen die gleiche Härte und mechanische Festigkeit und Stabilität wie die Pellets aufweisen. Die Feststoffe können dann je nach dem Material und Überlegungen hinsichtlich der Umwelt zwischen den Verarbeitungseinheiten der Erfindung durch herkömmliche Schnecken, Aufzüge, Förderbänder, pneumatische Rohrförderer und dergleichen transportiert werden. Das System kann offensichtlich so angeordnet und konfiguriert werden, dass ein Material oder Produkt aus dem Trockenbehälter 200 (das zum direkten Gebrauch in Ballen überführt werden kann), Mehl aus der Mahleinheit 300 (das zum späteren oder zum direkten Gebrauch eingesackt werden kann) oder ein Granulatprodukt, ein Pelletprodukt oder ein Prillgranalienprodukt aus 415 erhalten werden kann.

Ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Betrieb des Systems geht aus folgender Tabelle hervor. Dieses Beispiel beruht auf der Verwendung eines Rolls Royce Allison 501-KB5 (nominelle Leistung bei 3,9 MW) Gasturbinengenerators und eines Scott Equipment Trocknermodells AST 8424, die ein stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial in der Form eines verarbeiteten Schlamms oder einer Paste zur Produktion eines Proteinquellen-Tiernahrungsprodukt produzieren. Beispiel für ein System, das für ein Endprodukt mit 2,5 metrischen Tonnen/Std. ausgelegt ist

Fig. 1 Strom Nr.	Bestandteil	Fließgeschw.	Bedingung
103	Erdgas	820 kg/Std.	Umgeb.-Temp.
104	Verbrennungsluft	48140 kg/Std.	Umgeb.-Temp.
105	Abgase	48960 kg/Std.	649°C (1200F°)
215	stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial	6500 kg/Std.	70% H₂O/Umgeb.-Temp.
200	Verweildauer	10–18 min
301	getrocknetes Material	2730 kg/Std.	12 Gew.% H₂O 93° (200°F)
312	Mehl	2500 kg/Std.	10 Gew.% H₂O 52°C (125°F)
503	pelletiertes Produkt	2500 kg/Std.	12 Gew.% H₂O 8,3°C (15°F) über Umgeb.-Temp.

Die 2 veranschaulicht eine Konfiguration des erfindungsgemäßen Systems in der Form von auf Gleitschienen montierten, auf LKWs montierten oder auf Eisenbahnwaggons montierten Einheiten, die zu den gewünschten Produktionsstätten transportiert werden können, und dort betrieben werden können wo das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial auf einer täglichen oder periodischen Basis verfügbar ist. Die erste Einheit 700 umfasst die Gasturbine 101 und den Generator 102. Die zweite Einheit 701 umfasst den Trockenbehälter 200 und den Separator 208. Der Trockenbehälter 200 hat einen Einlass 215 für das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial und ist an den Gasturbinenauslass über den Anschluss 105 angeschlossen, wenn dieser stationär und in Betrieb ist. Die dritte Einheit 702 umfasst die Verfahrens-Ausrüstung, die für einen bestimmten Betrieb gewünscht ist, wie die Kugelmühle und einen Pelletierer. Der Produktausgang wird durch 501 zu den Speichereinheiten 500 oder zu LKW 502 für den Transport zum Markt befördert. Eine wahlfreie Ausrüstung kann ebenfalls Einheiten zum Einsacken und andere Verpackung des Endproduktes für verschiedene Märkte enthalten.
3 veranschaulicht die gleichen Einheiten, wie 2, jedoch positioniert auf der Betriebsstelle in einer anderen Konfiguration. Die erfindungsgemäßen beweglichen LKW-montierten Einheiten sind offensichtlich an eine Reihe von Stellen angepasst, die Einschränkungen auf den verfügbaren Raum haben können.
4A ist eine Draufsicht, und 4B ist ein Aufriss einer anderen beweglichen Konfiguration des erfindungsgemäßen Systems, wobei alle Betriebseinheiten auf einem einzelnen Sattelschlepper 800a und 800b befestigt sind. Der Auslass von Gasturbineneinheit 100 ist über Anschluss 105 an den Trockenbehälter 200 angeschlossen. Der Trockenbehälter 200 hat einen Einlass 215 für stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial und ist an den Separator 208 über Leitung 206 angeschlossen. Der Separator 208 ist an den Dampf- bzw. Luftreiniger 600 über Leitung 209 angeschlossen, und der Separator 600 wird durch den Auslass 602 in die Atmosphäre entlüftet. Der untere Auslass des Separators 208 ist über Leitung 301 an die Kugelmühleneinheit 300 angeschlossen. Der Auslass von Kugelmühleneinheit 300 ist über Leitung 312 an die Pelletiereinheit 400 angeschlossen, die über Leitung 414 an die Produktreinigungseinheit 415 angeschlossen ist. Die Reinigungseinheit 415 hat einen Produktauslass 416. Nicht gezeigt in den 2, 3 und 4 ist ein wahlfreies Gehäuse für jede an einer Gleitschiene oder an einem LKW befestigte Einheit, so dass die gesamte Einheit für einen Witterungsschutz und zum Schallschutz eingeschlossen wird.
5 ist ein Ablaufschema einiger der wahlfreien Systeme dieser Erfindung. Die Produktionsanlage 900 umfasst einen Betrieb 901, der ein stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial beinhaltet und der einen Frischlufteinlass 902 für Verfahrens- und/oder Belüftungszwecke aufweist. Bei dem Strom 903 handelt es sich um die HAP-Emissionen und/oder Ventilationsluft, die zur Gasturbine 101 als Teil der Brennluftbeschickung 904 durch den Luftfilter 104 geleitet werden. Der stark wasserhaltige Abschnitt 901 kann in der gleichen Anlageneinschließung sein oder kann sich in gesonderten Haltetanks oder anderen Bereichen befinden, die umschlossen sind, so dass sämtliche vom Ausgangsmaterial abgesonderten HAP-Dämpfe aufgenommen und zusammen mit den Anlagen-HAP-Emissionen und/oder Ventilationslufteinlass 903 zur Verbrennung zusammen mit dem herkömmlichen Gasturbinen-Kraftstoff 103, wie dem örtlich verfügbaren Erdgas, zur Gasturbine 101 geleitet werden können. Diese erfindungsgemäße Konfiguration verhindert, dass HAP-Emissionen aus allen Produktionsbetrieben in einer Anlage in die Atmosphäre freigesetzt werden. Dies schafft nicht nur die Möglichkeit zur kommerziellen Verwendung dieser Erfindung zur Gewinnung von Gitschriften bei der Luftqualität für reduzierte Treibhausgasemissionen, den Produktionsbetrieben wird auch eine Möglichkeit verschafft, dass sie zu annehmbaren Nachbarn für nahe gelegene Wohngebiete werden, weil alle HAP-Emissionen in dem System festgehalten werden können und zu Komponenten umgewandelt werden können, die nicht schädlich oder ätzend sind, bevor sie in die Atmosphäre entlassen werden.
Der Gasturbinengenerator 101/102 erzeugt elektrischen Strom 905, der entweder an die örtliche Stromgesellschaft 906 verkauft werden kann oder durch 907 zur Verwendung bei dem Produktionsbetrieb oder den Verfahrenseinheiten in den erfindungsgemäßen Systemen verteilt werden kann. Einige Produktionsbetriebe finden, dass die Kosten der Einschließung eines offenen Produktionsbetriebs und die Installation und der Betrieb von Belüftung zur Eindämmung und Verarbeitung sämtlicher HAP-Emissionen über 903 im Wesentlichen teilweise, falls nicht sogar erheblich durch die Verwendung von Strom 905 für den Betrieb des Belüftungssystems ausgeglichen werden kann. Es kann beispielsweise in einigen Fällen aufgrund von Regierungsvorschriften möglich oder notwenig sein, dass ein gewöhnlich offener Produktionsbetrieb mit Traglufthallen abgedeckt wird, die denen ähneln, welche für Tennisplätze verwendet werden, so dass wirtschaftliche Systeme bereitgestellt werden, die sämtliche HAP-Emissionen aus einem solchen Betrieb eindämmen und sammeln, so dass diese Gase über 903 erfindungsgemäß verarbeitet werden können. Die wirtschaftlichen Gegebenheiten jedes kommerziellen Betriebs, die Kraftstoffkosten, Verkaufs- bzw. Einkaufspreis des Stroms und die Kapitalkosten der Ausrüstung bestimmen, ob der Strom intern in dem Produktionsbetrieb verwendet wird, an die Stromgesellschaft verkauft wird, in den erfindungsgemäßen Systemen verwendet wird, oder in anderen Betrieben in der Nähe verwendet wird, oder beliebige Kombinationen davon.
Die Abgase aus der Gasturbine 101 werden zu dem Trockenbehälter 200 durch einen Anschluss 105 geleitet, der verhindert, dass die Außenluft in den Trockenbehälter eintritt. Wie hier offenbart wird das System derart betrieben, dass die Oxidation des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials in dem Trockenbehälter 200 und an anderer Stelle in dem System minimiert wird und im Wesentlichen vermieden wird. Der Trockenbehälter 200 dient auch als Schalldämpfer für die Gasturbine. Eine wahlfreie Überbrückung 908 kann bereitgestellt werden, so dass die Abgase in die stromabwärts gelegene Ausrüstung geschickt werden können, wie Separatoren/Kühler 208, damit der Gasturbinenauslass gedämpft wird, wenn der Trockenbehälter abgeschaltet ist, und damit die Abgase vor der Freisetzung in die Atmosphäre während eines solchen vorübergehenden Betriebs gereinigt werden. Diese Überbrückung eliminiert die Kosten, die auftreten, wenn ein gesonderter Schalldämpfer zur Erfüllung der Lärmbeschränkungen an der Gasturbine verwendet, wenn der Trockenbehälter abgeschaltet ist, und sie stellt eine kompaktere Bauweise für bewegliche oder auf LKWs befestigte Einheiten bereit.
Das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial 215 wird zu dem Trockenbehälter 200 geleitet, und zwar zusammen mit den Abgasen aus dem Anschluss 105 und jeglicher ergänzender Wärme, die von einer alternativen oder ergänzenden Wärmequelle 107 bereitgestellt wird. Das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial stammt vorzugsweise direkt von dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial in 901, in Anlage 900, so dass es frisch ist und wenig oder keine Zeit zur biologischen Umwandlung hat. Andere Quellen für stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial 910 können in dem System verwendet oder darin enthalten sein, wie aufgehäuftes Ausgangsmaterial oder eingebrachtes Ausgangsmaterial aus anderen Betrieben, der mit dem Ausgangsmaterial aus einem nahen Betrieb vereinigt oder gemischt wird. Die Erfindung ist zwar hier mit einer Ausführungsform eines Trockenbehälters gezeigt, der Fachmann ist sich jedoch darüber bewusst, dass andere Konfigurationen und Betriebsbauweisen dieser Erfindung je nach den Bedürfnissen und Konfigurationen der Produktionsanlage, die die Erfindung einsetzt, eingesetzt werden können. Beispielsweise kann bei einer Papier-, Pappe-, oder Gipskarton-Anlage der Bedarf zur Entfernung von Wasser aus einem Schlamm, einem Vlies oder einem Laminat auf einem Förderband anstelle im Inneren eines Trockenbehälters an sich bestehen. In einem solchen Betrieb können die Abgase aus der Gasturbine durch geeignete Leitungen für einen direkten Kontakt mit dem Material (hier Ausgangsmaterial) auf dem Band geleitet werden, so dass die gewünschte Wasserentfernung, Dehydratisierung und/oder Umwandlung von Material wie hier offenbart bewerkstelligt wird. In einer solchen Konfiguration wird im Wesentlichen das gesamte Gehäuse um das Band und den Bereich, in dem die Turbinenabgase das Material auf dem Band kontaktieren zum "Trockenbehälter" zum Zwecke der Beschreibung dieser Erfindung.
Der Ausgang aus dem Trockenbehälter wird über 205 in die Separatoren bzw. Kühler geleitet, der so ausgelegt ist, dass er die Feststoffe 912 für ein weiteres stromabwärts erfolgendes Verarbeiten trennt, die Wasserdämpfe als wieder gewonnenes Wasser 913 kondensiert und die Gase 914, die in die Atmosphäre abgelassen werden, reinigt. Das wieder gewonnene Wasser kann stromabwärts als Verfahrenswasser verwendet werden, zur Verwendung bei der Produktionsanlage rezykliert werden, zur Herstellung oder Konditionierung des stark wasserhaltiges Ausgangsmaterials, für industrielles Verfahrenswasser oder andere Verwendungen verwendet werden. Der Feststoffausgang 912 aus den Separatoreinheiten 208 wird gewöhnlich durch Mahlen, Pelletieren, Granulieren, Einsacken usw. weiter verarbeitet. Die Feststoffe 912 können jedoch als Zwischenprodukt zur Bildung anderer Produktarten verwendet werden. Sie können beispielsweise zur Verwendung beispielsweise in Ballen verpackt werden, in Form gebracht, geschlämmt oder gepumpt oder können allein oder in Kombination mit anderen Materialien zum Verbrennen verwendet werden, so dass der Brennwert des Materials genutzt wird.
In jedem der stromabwärts befindlichen Betriebe kann der Wasserdampf gewonnen und zu den Separatoren bzw. Kühlern 208 zur Wiederverwendung rezykliert werden. Die erfindungsgemäßen Systeme lassen sich offensichtlich an verschiedene Konfigurationen und verschiedene Designs anpassen, die von den Verfahrensanforderungen und wirtschaftlichen Gegebenheiten bestimmter Produktionsbetriebe abhängen. Verschiedene herkömmliche Wärmegewinnungs- und Reyzklieraspekte, die in der 5 nicht gezeigt sind, können zu einer kommerziellen Installation der erfindungsgemäßen Systeme ausgelegt werden, indem man gewöhnliche Qualifikationen zur Ausgestaltung der Verfahrenstechnik verwendet, wie u. a. die in der 1 gezeigte Feinstoff-Rezyklierung 305, die Verwendung des Gas- bzw. Dampfstroms 914 für verschiedene Wärmegewinnungs- und Vorwärmanwendungen, das Einbringen von Bindemitteln, Additiven und Mischmaterialen an verschiedenen gewünschten Stellen im System, das Kühlen der Verbrennungsluft 904 und/oder der HAP-Emissionen 903 aus der Anlage, beispielsweise durch Wasserberieselung, zur Steigerung der Effizienz und des Energieausgangs der Gasturbinen, das mechanische Vorbehandeln des Ausgangsmaterials zum Entwässern des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials usw., wie der Fachmann durch die vorliegende Offenbarung erkennt.
Dem Fachmann ist es ersichtlich, dass mehrfache Gasturbinen, andere Motoren und/oder Brenner gleicher oder verschiedener Arten und Größen zusammengeschlossen werden können, damit mehrfache Trockenbehälter gleicher oder verschiedener Arten und Größen in einer einzelnen Installation beschickt werden können. Dies kann erfolgen, damit nicht nur eine erhöhte Ausgangsmaterial-Verarbeitungskapazität geschaffen wird, sondern auch eine Arbeitsflexibilität zum Verarbeiten verschiedener Ausgangsmaterialbeschickungen und zum Durchführen der Ausrüstungswartung bereitgestellt wird, ohne dass der Betrieb ausgesetzt werden muss.
Es wurden zwar verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulicht und beschrieben, diese dienen jedoch lediglich der Veranschaulichung, und es können bei der Erwägung dieser Erfindung und innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung offenbart Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Trocknen oder Dehydratisieren eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials zu trockenen oder feuchtigkeitsarmen Produkten. Die Ausrüstungssysteme umfassen eine Gasturbinengeneratoreinheit (bevorzugte Wärmequelle), einen Trockenbehälter und einer Verarbeitungseinheit, wobei die Verbindung zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter im Wesentlichen den gesamten Gasturbinenauslass in den Trockenbehälter leitet und im Wesentlichen das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter verhindert und wobei die Verfahrenseinheit das getrocknete Material aus dem Trockenbehälter zu Granulat, Pellets, Flocken oder eine andere für das Endprodukt gewünschte Form gestaltet. Die Systeme, Vorrichtung und Verfahren der Erfindung verhindern auch die Freisetzung von HAP-, einschließlich VOC-Emissionen, aus Produktionsanlagen zusammen mit oder unabhängig von der vorstehenden Behandlung des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5866752 [0005]
- US 6944967 [0005]
- US 6039774 [0037]
- US 5746006 [0042]
- US 5570517 [0042]
- US 6367163 [0042]

Claims

Verfahren zur Behandlung eines stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials in einer Produktionsanlage, umfassend: Betreiben einer Gasturbine, die Abgas erzeugt; Zusammenbringen der Abgase mit dem stark wasserhaltigen Ausgangsmaterial, für eine hinreichende Kontaktzeit, dass ein getrocknetes Material hergestellt wird, das einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt als das Ausgangsmaterial aufweist; und Leiten der in der Produktionsanlage erzeugten HAP-Emissionen in den Verbrennungslufteinlass der Gasturbine.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.
Verfahren zum Bekämpfen von HAP-Emissionen aus einer Produktionsanlage, umfassend: Betreiben einer Gasturbine; und Leiten der in der Produktionsanlage erzeugten HAP-Emissionen in den Verbrennungslufteinlass der Gasturbine.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.
Vorrichtung zur Behandlung eines stark wasserhaltiges Ausgangsmaterials in einer Produktionsanlage, umfassend: eine Gasturbine; und einen Trockenbehälter, der dazu ausgelegt ist, dass er die Abgase aus der Gasturbine durch eine Verbindung aufnimmt, und der dazu ausgelegt ist, dass er das stark wasserhaltige Ausgangsmaterial aufnimmt; wobei die Verbindung zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter derart ausgelegt ist, dass sie im Wesentlichen das Einbringen von Luft in den Trockenbehälter ausschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, umfassend eine Verbindung zum Leiten der in der Produktionsanlage entstandenen HAP-Emissionen in den Verbrennungslufteinlass der Gasturbine.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, die von einer Produktionsanlage zur anderen fahrbar ist.
Wärmebehandeltes stark wasserhaltiges Ausgangsmaterial, das NO_x-, SO_x- oder CO_x-Komponenten enthält, die darin absorbiert oder komplexiert werden, aus dem Kontakt des Abfallmaterial-Ausgangsmaterials mit Gasturbinenabgasen in einem begrenzten Raum ohne signifikante Oxidation des stark wasserhaltigen Ausgangsmaterials.
Wärmebehandeltes Material nach Anspruch 10 in der Form von Granulat, Pellets oder Prillgranalien, die sich für eine herkömmliche Handhabung, Transport oder Verwendung eignen.
Vorrichtung zur Verarbeitung von HAP-Emissionen aus einer Produktionsanlage, umfassend: eine Gasturbine mit einem Verbrennungslufteinlass; und eine Verbindung zwischen der HAP-emittierenden Ausrüstung und dem Gasturbinen-Verbrennungslufteinlass zur Aufnahme von mindestens einem Teil der HAP-Emissionen in den Gasturbinen-Lufteinlass.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, umfassend eine Verbindung zwischen dem Lüftungsauslass der Anlage und dem Gasturbinen-Verbrennungslufteinlass.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.