DE2725650A1

DE2725650A1 - Vorrichtung und verfahren zum erhitzen von fluechtige stoffe enthaltenden festen materialien

Info

Publication number: DE2725650A1
Application number: DE19772725650
Authority: DE
Inventors: Kimio Inoue; Sigezo Kawakami; Kunihiko Tusji
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1976-06-08
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1977-12-22
Also published as: US4140478A; CH623918A5; FR2354523B1; FR2354523A1; DE2725650B2; DE2725650C3; GB1585584A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhitzen von flüchtige Stoffe enthaltenden festen Materialien, wobei insbesondere ein Förderer zum Transportieren der festen Materialien benutzt wird.

Zum Trocknen von Materialien wurde vielfach ein Drehofen vom Aussenerwärmungstyp benutzt. Wenn ein Entfernen der Feuchtigkeit erwünscht und der durch das Erhitzen erzeugte Dampf relativ gewichtsleicht sind, ist es allgemein üblich, ein gewichtsleichtes, verdrängendes Gas, wie Stickstoffgas, zum Ablassen des so erzeugten Dampfes zu benutzen. Dies schien bisher keine Probleme aufzuwerfen. Wenn jedoch Kohlenstoff durch eine thermische Zersetzung von Altreifen, Abfallgummis und dergleichen erzeugt wird, wobei Schweröle mit einem großen Molekulargewicht adsorbiert sind, werden der Dampf und ein substituierendes bzw. verdrängendes Gas, wie Stickstoffgas, in zwei Schichten getrennt, und zwar wegen eines großen Unterschiedes im spezifischen Gewicht des Gases und des Dampfes, mit dem Ergebnis, daß ein Verdrängungsgas nur über einer Öldampfschicht auftritt und die letztere nicht hierdurch ersetzt bzw. verdrängt werden kann. Eine Lösung dieses Problems kann darin bestehen, Mittel vorzusehen, bei denen ein Gasaustritt an der entgegengesetzten Seite eines Austritts für getrocknete feste Materialien, beispielsweise für Kohlenstoff, angeordnet ist, das heißt an der Eintrittsseite eines Ofens, so daß das Gas entgegen der Vorschubrichtung des Kohlenstoffs strömt. Jedoch kann auch hierdurch nicht ein Nachteil vermieden werden, der darin besteht, daß aufgrund der Eigenschaft eines Drehofens die Position eines Austritts für Kohlenstoff niedriger als ein Eintritt liegt, so daß ein Teil des Öldampfes zum Kohlenstoffaustritt bzw. -ausgang fließt, in einem Bereich niedriger Temperatur kondensiert und wiederum am Kohlenstoff ansetzt. Somit kann nicht der erwünschte Trocknungseffekt erreicht werden. Wenn die Injektionsrate bzw. -geschwindigkeit eines Verdrängungsgases im Vergleich zur Geschwindigkeit der Öldampferzeugung übermäßig vergrößert wird, wird eine Turbulenz in dem Drehofen hervorgerufen, wodurch

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der Gasverdrängungseffekt verstärkt wird. Die so erzeugten Turbulenzen führen jedoch zu einem Hochblasen des Kohlenstoffpulvers, wodurch dieses weggetragen wird. Aus diesem Grunde ist eine Steigerung der Gasinjektionsrate nicht bevorzugt.

Bei einem kontinuierlichen Betrieb eines Drehofens oder eines Wirbelbettofens werden aufgrund einer Zersetzung von Gummi Gas und Öldampf erzeugt. Ein Teil des öldampfes wird in einem Bereich niedriger Temperatur kondensiert, um an Kohlenstoff anzusetzen (stuck). Hierdurch wird die Menge an flüchtigen Stoffen und Geruchsstoffen vergrößert/ wodurch sich ein nachteiliger Einfluß auf die Qualität der Produkte ergibt. Grundsätzlich kann an Kohlenstoff gebundenes öl dadurch entfernt werden, daß der Kohlenstoff auf eine Temperatur über einem Siedepunkt von ölen zum Verdampfen derselben erhitzt und dann der Öldampf durch ein getrocknetes Gas substituiert bzw. verdrängt wird, wie ein inertes Gas. Jedoch ergeben sich aus den nachfolgenden Gründen Schwierigkeiten beim vollständigen Entfernen von Ölen.

An Kohle bzw. Kohlenstoff gebundene bzw. anhaftende öle haben ein mittleres Molekulargewicht von etwa 2oo bei einer thermischen Zersetzungstemperatur in der Größenordnung von 600 C, so daß auch bei einer Verdampfung von ölen der öldampf ein beträchtlich hohes spezifisches Gewicht hat. Im Gegensatz hierzu hat Stickstoffgas für eine Verwendung als ein substituierendes bzw. verdrängendes Gas ein kleines Gewicht, was zu einer unzureichenden Substitution führt, so daß der öldampf zu einem erneuten Kondensieren und hierdurch zu einem Ansetzen am Kohlenstoff neigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens der genannten Art, wobei flüchtige Stoffe enthaltende feste Materialien erhitzt werden, um den Gehalt an flüchtigen Stoffen abzusenken. Die flüchtigen Stoffe werden verdampft, und der so erzeugte Dampf wird abgezogen, ohne an den festen Materialien anzusetzen. Die thermischen Zersetzungs- und Trocknungsschritte für feste Materialien sollen zusammen ausgeführt werden.

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Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnen sich eine Vorrichtung und ein Verfahren der genannten Art erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen von Anspruch 1 und Anspruch 3 aufgeführten Merkmale aus. Dementsprechend sind ein zum Erwärmen der festen Materialien geeigneter Heizteil und ein Förderteil mit einer Förderereinheit zum Transportieren der festen Materialien vorgesehen. Die Förderereinheit ist so geneigt, daß ihre Eintrittsseite tiefer als ihre Austrittsseite liegt, wodurch feste Materialien während des Erhitzens transportiert werden können und dann von der Austrittsseite der Förderereinheit abgelassen werden, während flüchtige Stoffe, die entsprechend dem Erwärmungsvorgang verdampft wurden, durch die Eintrittsseite der Förderereinheit abgezogen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Gasversorgungsmechanismus an der Austrittsseite der Förderereinheit vorgesehen, um diese mit einem substituierenden bzw. verdrängenden Gas zu versorgen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 - in einem Längsschnitt eine Vorrichtung vom Drehförderertyp nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - in einem Längsschnitt eine andere Vorrichtung vom Schneckenförderertyp nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 3 - in einem Längsschnitt eine Vibrationsförderereinheit, die sich von den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen unterscheidet, und

Figur 4 - in einem Längsschnitt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein gemeinsames Durchführen der thermischen Zersetzungs- und Trocknungsschritte ermöglicht.

Figur 1 zeigt einen Drehförderer, der als ein Kohletransportmittel zum Trocknen von Kohle dient, die flüchtige Stoffe enthält. Ein Zylinder mit einem darin angeordneten spiralförmigen Beschickungsblatt bzw. einer entsprechenden Beschickungsschaufel 2 ist über Führungsräder an Stützrollen bzw. -walzen abgestützt und wird durch nicht dargestellte Antriebsmittel angetrieben. Dieser

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Aufbau hat keinen Unterschied zu demjenigen eines bekannten Drehförderers. Bei 3 ist ein Erwärmungsofen dargestellt, in dem Wärme durch den Umfang eines Zylinders 1 auf dessen Inhalt übertragen wird, um dessen Temperatur auf einen gegebenen Wert zu bringen. Eine Eingangshaube (entrance hood) 4 und eine Ausgangshaube (exit hood) 5 sorgen für eine luftdichte Abdichtung des Zylinders gegenüber der Atmosphäre bzw. Umgebung. Bei 7 ist eine Gasabzapföffnung dargestellt. Eine Kohleablaßöffnung 8 ist mittels eines Drehhahns bzw. -ventils gegenüber der Atmosphäre abgedichtet. Mit 6 ist ein Schneckenvorschubglied zum Zuführen von Material in den Zylinder dargestellt, und eine Beladungsöffnung für den Schnekkenförderer ist mittels eines Drehhahns bzw. -ventils gegenüber der Atmosphäre abgedichtet. Die gesamte Vorrichtung ist unter einem Winkel θ gegenüber der horizontalen Ebene geneigt, wobei die Ausgangsseite höher als die Eingangsseite liegt.

Wenn ungetrocknete oder nasse Kohle mittels des Schneckenvorschubgliedes 6 zu einer Beschickungsschaufel bzw. -schnecke geführt worden ist, wird die Kohle durch eine sich mit dem Zylinder drehende Beschickungsschnecke unter heftigem Bewegen gemäß Darstellung in Richtung zur Auslaßseite transportiert. Die Kohle gelangt dann in die Ausgangshaube 5, durch einen Drehhahn bzw. ein Drehventil und von einem Ausgang bzw. einer Kohleablaßöffnung 8 nach außen. Die obige Betriebsweise entspricht derjenigen eines bekannten Drehförderers. In diesem Fall wird Kohle während ihrer Bewegung zu dem Ausgang von einem Erwärmungsofen auf eine gegebene Temperatur erhitzt, so daß mit der Kohle verbundene öle verdampft und somit von der Kohle getrennt werden. Wenn ein inertes Gas, wie Stickstoff (N₂), durch eine in der Ausgangshaube 5 vorgesehene Gasinjektionsöffnung 11 zur Substitution eingeblasen wird, wird ein schwerer öldampf durch Schwerkraft nach unten gedrückt, in Richtung zum Eingang geleitet und durch die Gasabzapföffnung nach außen abgelassen.

Wenn die Injektionsrate eines substituierenden bzw. verdrängenden Gases so eingestellt wird, daß weder das Gas eine bestimmte Höhe übersteigt noch der öldampf infolge seiner Diffusionswirkung zum

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Kohleaustritt strömt, wobei ein Pegel entsprechend einer eine horizontale Ebene repräsentierenden Linie A-A von Bedeutung ist, dann strömt kein öldampf in Richtung zum Kohleaustritt, so daß der öldampf in wirksamer Weise von der Kohle getrennt werden kann Die Injektionsrate eines verdrängenden Gases sollte nur dergestalt sein, daß es einen Aufwärtsstrom des öldampfes über die horizontale Ebene 1o unterdrückt, so daß das Einspritzmaß des Gases reduziert werden kann. Im Ergebnis führt das verdrängende Gas nicht zu einer Erzeugung von Turbulenzen und damit nicht zu einem Hochblasen von Kohle sowie zu einem Einbringen von Kohle und Gas in eine Gasbehandlungsvorrichtung, wodurch eine erwünschte Kohleausbeute beibehalten wird. Außerdem kann das Erzeugen eines sekundären Produkts, wie von Kohleablagerung oder Schlamm, vermindert werden, und es läßt sich hierdurch ein erwünschter Betrieb einer Gasbehandlungsvorrichtung sicherstellen.

Eine bestimmte Menge des öldampfes wird unter der Wirkung eines Drehförderers zugeführt, und zwar entsprechend einem theoretischen Transportvolumen eines solchen Drehförderers. Jedoch liegt der öldampf in einer Gasform vor, so daß die öldampfmenge im Vergleich zu der transportierten Kohlenmasse vernachlässigbar ist. Wenn jedoch ein völliger Trocknungszustand erforderlich ist, ist es möglich, einen Transport des öldampfes zu verhindern, indem beispielsweise Gasabzapflöcher oder Ausschnittbereiche in der Beschickungsschnecke 2 eines Drehförderers ausgebildet werden.

Anstelle eines Transportmechanismus, wie eines bei der Ausführungsform aus Figur 1 benutzten Drehförderers, kann das folgende Transportmittel nach demselben Prinzip angewendet werden.

Figur 2 zeigt einen als ein Transportmittel dienenden Schneckenförderer. 21 ist ein Außenzylinder eines Schneckenförderers und 22 ist eine Transport- oder Beschickungsschnecke, die durch nicht dargestellte Mittel mit einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben wird. Mit 23 ist ein Erwärmungsmittel dargestellt, das den Schnekkenförderer von seinem Zylinder aus bis auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt bzw. erwärmt. In diesem Fall liegt ähnlich wie

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bei dem Drehförderersystem eine Ausgangs- bzw. Austrittsseite höher als eine Eingangs- bzw. Eintrittsseite. Kohle wird durch einen Eintritt mit einem Drehhahn bzw. -ventil eingeführt und dann von der Schnecke in Richtung zur Austrittsseite geleitet. Während dieser Zeit wird öl in einem Heizteil verdampft, und dann wird Kohle durch einen Ausgang bzw. Austritt 25 mit einem Drehhahn bzw. -ventil nach außen abgelassen. Der Öldampf wird dazu veranlaßt, unter seiner Schwerkraft und unter der Wirkung eines verdrängenden Gases, das durch eine Gasinjektionsöffnung 27 an der Austrittsseite eingeblasen wird, in Richtung zu einer Gasabzapföffnung 26 an der Eintrittsseite zu strömen, die niedriger als der Ausgang liegt.

Figur 3 zeigt einen als einen Transportmechanismus dienenden Vibrationsförderer. 31 ist eine vibrierende Förderrinne, deren Austrittsseite wie bei der vorhergehenden Ausführungsform pegelmäßig höher liegt als ihre Eintrittsseite. 32 ist ein Erwärmungsmittel, das den Vibrationsförderer über seinen Umfang auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt. 33 ist ein Kohleeintritt bzw. -eingang, und 34 ist ein Kohleaustritt bzw. -ausgang mit einem Drehhahn bzw -ventil, wie es auch für den Kohleeintritt 33 zutrifft. 35 ist eine Gasabzapföffnung, und 36 ist eine Gasinjektionsöffnung für ein Verdrängungsgas.

Während der Zeit, in der Kohle von dem Vibrationsförderer von dessen Eingang zu dessen Ausgang transportiert wird, wird Kohle erhitzt, so daß öle verdampft werden. Der öldampf strömt dann unter seiner Schwerkraft sowie unter der Wirkung eines verdrängenden Gases in Richtung zu einer auf einem niedrigeren Pegel liegenden Gasabzapföffnung 35, um von dieser abgelassen zu werden. Das Prinzip ist dasselbe wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.

Figur 4 zeigte eine Ausführungsform, bei der granuliertes Abfallgummi einer thermischen Zersetzung und einem Trocknungsvorgang unterworfen wird. Ein Drehofen 41 wird durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht. In dem Drehofen ist ein Schneckenförderer 42 angeordnet,

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der Materialien transportieren kann und der von einem Drehantriebsmittel 49 mit einer Drehzahl angetrieben wird, die sich von derjenigen des Drehofens 41 unterscheidet. Die anderen Teile sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen der Ausführungsform aus Figur 1.

Mittels eines Schneckenvorschubgliedes 46 in den Drehofen 41 eingeführtes Abfallgummi wird von dem Schneckenförderer 42 zu einem Ausgang des Drehofens 41 transportiert. Während dieses Vorgangs wird das Abfallgummi einer thermischen Zersetzung unter dem Einfluß der Wärme von einem Erwärmungsofen 43 unterworfen. Das Abfall- bzw. Altgummi wird in Schweröl, Schwergas und Kohlenstoff thermisch zersetzt. Der Drehofen 41 ist geneigt, wobei seine Eintrittsseite auf einem niedrigeren Pegel gehalten wird, so daß Schweröl und Schwergas in Richtung zum Eingang des Drehofens 41 und dann durch einen Schwerölaustritt 47 an einer Eingangshaube 44 aus dem Drehofen herausfließen.

Andererseits wird Kohlenstoff mittels des Schneckenförderers 42 zur Austrittsseite des Drehofens 41 transportiert, während mit dem Kohlenstoff verbundene Öle durch die Wärme des Erwärmungsofens 43 vollständig verdampft werden. Die verdampften Öle werden in Richtung zum Eingang des Drehofens 41 und dann durch eine Schweröl-Auslaßöffnung nach außen gedrückt, und zwar durch ein nicht kondensierbares Gas, das von einem Kühlturm 51 über eine Verdrängungscjas-Zufuhröffnung 5o zugeführt wird. Ausreichend getrockneter Kohlenstoff kann durch einen Kohlenstoffaustritt 48, der in einer Ausgangshaube 45 vorgesehen ist, nach außen abgelassen werden, und zwar ohne Berührung des Öldampfes in der Umgebung eines Ausgangs des Drehofens 41.

Der Schneckenförderer 42 dreht sich mit einer Drehzahl, die sich von derjenigen des Drehofens 41 unterscheidet, so daß während der thermischen Zersetzung erzeugter Kohlenstoff mit einer hohen Wirksamkeit getrockne twird, ohne an der Innenwandung des Drehofens 41 anzuhaften. Wie bei der vorherigen Ausführungsform ist der Drehofen geneigt, wobei sein Eingang oder Eintritt niedriger ge-

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halten ist, so daß Kohlenstoff in derselben Weise wie bei der vorherigen Ausführungsform abgelassen werden kann, ohne daß Schweröldampf erneut mit dem Kohlenstoff verbunden wird.

Die vorliegende Beschreibung befaßt sich nunmehr mit den Daten, die erzielt werden, wenn Kohlenstoff in einem herkömmlichen geneigten Drehofen getrocknet wird, dessen Eingangsende auf einem höheren Pegel liegt, im Vergleich zu den Versuchsdaten, die erhalten werden, wenn Kohlenstoff in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung getrocknet wird.

Zuerst wird granuliertes Altreifenmaterial mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 1oo kg/Stunde in einen herkömmlichen Drehofen eingeleitet und dann zum Erzielen von Kohlenstoff einer thermischen Zersetzung bei einer Temperatur von 65o C unterworfen. Die im Kohlenstoff enthaltenen flüchtigen Stoffe machen einen Gehalt von 8,4 % aus. Kohlenstoff wurde mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 1oo kg/Stunde in einen Drehofen eingeleitet, der so geneigt war, daß ein Eingangsende auf einem höheren Niveau als ein Ausgangsende lag; der Kohlenstoff wurde dann bei einer Temperatur von 55o C getrocknet. Andererseits wurde in derselben Weise erhaltener Kohlenstoff mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 1oo kg/ Stunde in den erfindungsgemäßen Drehofen eingeleitet, um bei einer Temperatur von 55o°C getrocknet zu werden. Dann wurden die Mengen an flüchtigen Stoffen analysiert, die in dem von entsprechenden Drehofen erzielten getrockneten Kohlenstoff enthalten waren. Die Ergebnisse zeigen gemäß Tabelle 1, daß der Gehalt an flüchtigen Stoffen im Fall eines herkömmlichen Förderers 2,25 % beträgt, während der Gehalt an flüchtigen Stoffen im Fall des erfindungsgemäßen Förderers 1,5 % ausmacht.

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Tabelle 1

	herkömmlicher Drehofen	erfindungsgemäßer Drehofen
Erwärmungstemperatur	55o°C	55o°C
Drehzahl des Drehofens	5 U/min	5 U/min
Zufuhrgeschwindigkeit von Karbiden	1oo kg/Stunde	1oo kg/Stunde
Gehalt an flüchtigen Stoffen in den getrock neten Karbiden	2,25 Gewichts prozent	1,5 Gewichts prozent
Benzolfarbveränderung	1,4-21,8 %	9o,4-98,5 %

Wie es aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, ergibt sich für die erfindungsgemäße Vorrichtung eine wesentliche Verbesserung des Trocknungswirkungsgrades im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren, und selbst eine Benzol-Farbveränderung von erfindungsgemäß erzieltem Kohlenstoff ist bedeutend verbessert. Dementsprechend ist nach der vorliegenden Erfindung erzielter Kohlenstoff für eine Verwendung als ein Gummiverstärkungsmaterial geeignet, welches eine hohe benzolgefärbte Transparenz vorschreibt, und somit sind Altreifen und Abfallgummi in wirksamer Weise für eine Wiedergewinnung bzw. Regenerierung geeignet.

Die vorliegende Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem Trocknungsvorgang von Kohle bzw. Kohlenstoff, an dem Öle festsitzen, und einer thermischen Zersetzung sowie Trocknungsschritten von Altreifen beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch bei irgendeiner Art von Materialien angewendet werden, soweit sich dieses Material durch den zuvor genannten Transportmechanismus transportieren läßt und soweit es erhitzt werden kann, um an dem Material festsitzende Flüssigkeit zu verdampfen, wenn zusätzlich ein geeignetes verdrängendes Gas ausgewählt werden kann, das leichter als der erzeugte Dampf ist. Auch wenn Kunststoffabfälle, Teersand, Ölschiefer zum Wiedergewinnen von ölen erhitzt werden, kann das Ankleben von Öldampf an Feststoffen, die nach der Erwär-

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mungsbehandlung übrigbleiben, oder ein Ankleben von Ölen an der ausgangsseitigen Wandung eines Drehofens vermieden werden, wodurch das Wiedergewinnungsmaß von Ölen in einem großen Ausmaß verbessert wird. Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine thermische Zersetzung von städtischem Müll oder eine Trockenentgasung von Kohle anwendbar.

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Claims

Patentansprüche

1.] Vorrichtung zum Erhitzen von flüchtige Stoffe enthaltenden fe- J sten Materialien zum Vermindern des Gehalts an flüchtigen Stoffen, gekennzeichnet durch einen Erwärmungsteil (3, 23, 32, 43) zum Erwärmen der festen Materialien und durch einen Förderer (2, 22, 31, 42) zum Transportieren derselben, wobei der Förderer (2, 22, 31, 42) geneigt ist und mit seiner Eintrittsoder Eingangsseite tiefer als mit seiner Austrittsseite liegt, wodurch die so erhitzten festen Materialien durch den Ausgang abgelassen werden, während die verdampften flüchtigen Stoffe durch den Eingang bzw. Eintritt entnommen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gasversorgungsmechanismus (11, 27, 36, 5o) zum Zuführen eines verdrängenden Gases in den Förderer (2, 22, 31, 42) an dessen Austrittsseite.

3. Verfahren zum Erhitzen von flüchtige Stoffe enthaltenden festen Materialien, die in einem Förderer erhitzt werden, dessen Eintritts- oder Eingangsseite tiefer als dessen Ausgang liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Materialien zu einem Ausgang des Förderers transportiert werden, während sie darin erhitzt werden, um hierdurch flüchtige Stoffe zu verdampfen, daß ein verdrängendes Gas durch eine an der Austrittsseite des Förderers befindliche Injektionsöffnung in die Förderereinheit injiziert wird, wobei das Gas gewichtsmäßig leichter als der erzeugte Dampf ist, und daß der Dampf, der schwerer als das Verdrängungsgas ist, unter Ausnutzung einer Schwerkraftdiffe-

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renz zwischen dem Dampf und dem Gas an der Eintrittsseite des Förderers abgelassen wird, wobei die Gasabzapföffnung tiefer als der Ausgang des Förderers liegt, um hierdurch eine Diffusion des so erzeugten Dampfes zu vermeiden und ein Ankleben bzw. Anhaften von Flüssigkeit, die durch Kondensation von Dampf infolge einer niedrigeren Temperatur an einem Ausgangsbereich des Förderers erzielt wird, an den Materialien zu verhindern.

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