DE19544200A1

DE19544200A1 - Verfahren zum Behandeln von Abgas aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material

Info

Publication number: DE19544200A1
Application number: DE19544200A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr Albrecht; Johannes Dr Loeffler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: MG Technologies AG
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1997-06-05
Also published as: EP0776961B1; DE59606497D1; EP0776961A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abgas aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, wobei die Vergasung unter Zugabe von freien Sauerstoff enthaltendem Gas bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C erfolgt und dabei ein feststoffhaltiges Abgas gebildet wird, das man durch mindestens einen Zyklon zum Abscheiden von Feststoffen leitet.

Verfahren dieser Art sind in DE-A-42 35 412 und DE-A-44 12 004 beschrieben. Hierbei werden insbesondere Abfallstoffe vergast und staubhaltiges Brenngas bei unterstöchiometrischer O₂-Zufuhr bei Temperaturen von 1200 bis 1600°C oder auch bei noch höheren Temperaturen durch einen Spaltreaktor geleitet. Das Ziel der bekannten Verfahren liegt darin, im Spaltreaktor die im Brenngas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und die kohlenstoffhaltigen Stäube möglichst vollständig in Kohlenoxide und Wasserstoff umzusetzen und gleichzeitig die mit dem Brenngas staubförmig mitgeführte Asche einzuschmelzen. Hierbei ist es aber erforderlich, das gesamte Brenngas auf hohe Temperaturen zu bringen. Gleichzeitig gelingt der Ausbrand des mitgeführten Staubes nur schlecht, weil der gasförmige Sauerstoff bevorzugt mit den Gaskomponenten des Brenngases reagiert. Um diesem Problem bei den bekannten Verfahren zu begegnen, muß man mit einem Spaltreaktor von relativ großem Volumen arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Behandlung des Abgases möglichst kostengünstig durchzuführen, dabei nicht das gesamte Abgas auf die höchsten Temperaturen bringen zu müssen und so den Prozeßwirkungsgrad zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man feststoffhaltiges Abgas mit Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C in einen Abscheidezyklon leitet, der im oberen Bereich eine Gasabzugsleitung und im unteren Bereich einen Feststoffe abführenden Kanal aufweist, daß man durch den Kanal zusammen mit den abgeführten Feststoffen einen Partialstrom von 5 bis 30% des dem Abscheidezyklon zugeführten Abgases in eine Oxidationskammer leitet und in der Oxidationskammer bei unterstöchiometrischer bis überstöchiometrischer O₂-Zufuhr und Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C ein Rauchgas oder Brenngas und Schlacke erzeugt, daß man das Rauchgas oder Brenngas zusammen mit dem aus der Gasabzugsleitung des Abscheidezyklons kommenden Teil des Abgases in eine Mischkammer leitet, durch welche das Gasgemisch mit Temperaturen von 900 bis 1200°C und mit einer Verweilzeit von mindestens 0,5 sec geführt wird, und daß man das aus der Mischkammer abgezogene Gasgemisch kühlt. Bei unterstöchiometrischem O₂-Angebot entsteht in der Oxidationskammer ein Brenngas und bei überstöchiometrischem O-Angebot ein Rauchgas.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren gibt man der Oxidationskammer abgeschiedene Feststoffe zusammen mit einem Partialstrom des Abgases auf. Dadurch erreicht man, daß die Oxidationskammer relativ klein ausgeführt werden kann. Ferner wird auf diese Weise gegenüber den bekannten Verfahren eine Energieersparnis erzielt, da man nur den Partialstrom des Abgases auf die höchsten Temperaturen bringt, die in der Oxidationskammer herrschen. In der Oxidationskammer sorgt der Partialstrom des Abgases durch Verwirbelung der Feststoffe für beschleunigt ablaufende Reaktionen und die Umwandlung der Feststoffe in flüssige Schlacke.

Bei dem der Vergasung unterworfenen kohlenstoffhaltigen Material kann es sich z. B. um Abfallstoffe, Biomassen, Schlämme, Kohle, Braunkohle oder andere Stoffe handeln, die üblicherweise vergast werden. Die Temperaturen der Vergasung liegen im Bereich von 700 bis 1100°C und zumeist bei mindestens 800°C. Feststoffhaltiges Abgas aus der Vergasung wird durch mindestens einen Zyklon, der hier als Abscheidezyklon bezeichnet ist, geleitet. An diesen Abscheidezyklon ist die Oxidationskammer angeschlossen. Es ist möglich aber nicht unbedingt erforderlich, daß zwischen der Vergasung und dem Abscheidezyklon ein oder mehrere weitere Zyklone zwischengeschaltet sind. Der Heizwert des dem Abscheidezyklon zugeführten Abgases liegt üblicherweise im Bereich von 3000 bis 10000 kJ/Nm³.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Beseitigung unerwünschter Inhaltsstoffe in zweifacher Weise, nämlich einmal in der Oxidationskammer bei Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C und üblicherweise 1500 bis 1600°C, sowie in der Mischkammer bei Temperaturen von 900 bis 1200°C und üblicherweise mindestens 1000°C. In der Mischkammer liegen die Verweilzeiten des Gasgemisches, das noch restlichen Staub enthält, bei mindestens 0,5 sec und zumeist 1 bis 5 sec. Bei den in der Mischkammer herrschenden Temperaturen und Verweilzeiten werden störende Bestandteile im Gasgemisch gespalten. Dadurch kann man aus der Mischkammer ein Gasgemisch abziehen, das weitestgehend frei von Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen ist.

Die Oxidationskammer kann man reduzierend oder oxidierend betreiben. Bei oxidierender Fahrweise wird üblicherweise der O₂-Gehalt im Gas, das man aus der Oxidationskammer abzieht und in die Mischkammer leitet, niedrig gehalten und liegt bei etwa 1 Vol.-%. In der Mischkammer wird dann der Sauerstoffgehalt des aus der Oxidationskammer kommenden Rauchgases beim Vermischen mit dem restlichen Abgas vollständig umgesetzt. Wenn man Oxidationsreaktionen in der Mischkammer verstärkten will, bietet es sich an, zusätzlichen freien Sauerstoff zuzuführen.

Es kann zweckmäßig sein, die vom Kanal des Abscheidezyklons kommenden Feststoffe zusammen mit dem Partialstrom des Abgases durch ein Treibgas in die Oxidationskammer zu drücken. Hierdurch wird eine gute Verwirbelung der Feststoffe in der Oxidationskammer erreicht. Bei dem Treibgas kann es sich z. B. um Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch um technisch reinen Sauerstoff handeln, wobei auch der Zusatz von Wasserdampf möglich ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Teilstrom des aus der Mischkammer abgezogenen Gasgemisches als Treibgas zu verwenden. Das Treibgas kann z. B. zusammen mit einem Ejektor angewandt werden, in welchen der vom Abscheidezyklon kommende Kanal mündet.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Fließschema des Verfahrens.

Einem Vergasungsreaktor (1) wird durch die Leitung (2) zu vergasendes, kohlenstoffhaltiges Material zugeführt. Sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft wird durch Leitung (3) herangeführt und dient gleichzeitig auch als Fluidisierungsgas. Im Reaktor (1) erfolgt die Vergasung in der zirkulierenden Wirbelschicht, wobei ein Gas-Feststoff-Gemisch durch den Kanal (4) ständig zu einem Rückführ-Zyklon (5) geführt wird. Abgeschiedene Feststoffe gelangen durch die Leitung (6) zurück in den unteren Bereich des Reaktors (1), ein Teil der Feststoffe wird durch die Leitung (7) abgezogen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist die spezielle Ausgestaltung der Vergasung nicht wesentlich. Die Vergasung kann z. B. in der zirkulierenden Wirbelschicht, in der stationären Wirbelschicht, unter Verwendung eines Drehrohrs oder eines Wanderrostes oder in anderer Weise erfolgen, bei der ein staubhaltiges Abgas entsteht.

Aus dem Rückführ-Zyklon (5) zieht man durch die Leitung (9) feststoffhaltiges Abgas mit einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1100°C ab. Dieses Abgas leitet man in den Abscheidezyklon (10), der speziell ausgestaltet ist. Der untere Bereich des Zyklons (10) geht in einen relativ weiten Kanal (11) über, der üblicherweise einen Innendurchmesser im Bereich von 100 bis 500 mm aufweist. Dadurch gelangen nicht nur die im Zyklon abgeschiedenen Feststoffe sondern auch ein Partialstrom des Abgases von 5 bis 30% des Abgases der Leitung (9) in den Kanal (11). Die Feststoffe und der Abgas-Partialstrom werden durch den Ejektor (12) angesaugt und mit Hilfe des Treibgases aus der Leitung (13) in die Oxidationskammer (15) gedrückt. Die überstöchiometrische, stöchiometrische oder unterstöchiometrische Oxidation in der Kammer (15) erfolgt unter Zufuhr von Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder auch technisch reinem Sauerstoff, die man als Treibgas verwendet oder durch die Leitung (16) zuführt. Das Treibgas der Leitung (13) wird durch das Gebläse (17) herangeführt. Für die Praxis ist die Verwendung eines Ejektors nicht unbedingt nötig und man kann z. B. durch Einstellen des Druckverlustes in der Leitung (22) darauf verzichten.

In der Oxidationskammer (15) herrschen Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C und vorzugsweise 1500 bis 1600°C. Flüssige Schlacke wird aus der Kammer (15) durch die Leitung (18) abgezogen und in ein nicht dargestelltes Wasserbad geleitet. Der Oxidationskammer (15) kann man zusätzlich durch die Leitung (19) im Verfahren anfallende Asche, Stäube und/oder die Schlackebildung unterstützende Additive zuführen. Bei den in der Kammer (15) herrschenden hohen Temperaturen wird der Kohlenstoff-Gehalt der zugeführten Feststoffe praktisch restlos umgesetzt, auch werden mit dem Abgas herangeführte Kohlenwasserstoffe gespalten.

Aus der Oxidationskammer (15) zieht man durch die Leitung (20) ein heißes Rauchgas oder Brenngas ab. Dieses Gas leitet man in eine Mischkammer (21) und führt der Mischkammer durch die Leitung (22) auch das aus dem oberen Bereich des Abscheidezyklons (10) abgezogene Abgas zu. Die Gase aus den Leitungen (20) und (22) werden in der Mischkammer (21) gemischt, wobei man für Temperaturen im Bereich von 900 bis 1200°C und vorzugsweise mindestens 1000°C sorgt. Gleichzeitig wird die Verweilzeit des Gasgemisches in der Mischkammer (21) auf mindestens 0,5 sec und üblicherweise 1 bis 4 sec eingestellt. Dadurch erreicht man, daß restliche Kohlenwasserstoffe sowie insbesondere auch Dioxine und Furane im Gasgemisch zerstört werden. Um die Oxidationsreaktionen in der Mischkammer (21) noch zu fördern, kann es zweckmäßig sein, Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reinen Sauerstoff zusätzlich durch die Leitung (23) heranzuführen, doch wird dies zumeist nicht erforderlich sein.

Das aus der Mischkammer (21) abgezogene Gasgemisch gelangt durch die Leitung (24) zu einem Abhitzekessel (25) und von da zu einer nur schematisch dargestellten Entstaubung (26). Abgeschiedenen Staub kann man durch die Leitung (27) der Oxidationskammer (15) aufgeben. Gekühltes und entstaubtes Gas zieht man in der Leitung (28) ab und kann es einer an sich bekannten, nicht dargestellten Gasreinigung zuführen. Eine Möglichkeit, wie man das Gasgemisch der Leitung (24) kühlen und entstauben kann, ist detailliert in DE-A-44 12 004 beschrieben.

Beispiel

Es wird in einer der Zeichnung entsprechenden Anlage ohne die Leitungen (19) und (23) gearbeitet, wobei man dem Vergasungsreaktor (1) pro Stunde 5880 kg kommunalen Müll zuführt, den man bei 900°C mit O₂ angereicherter Luft (O₂-Gehalt 30 Vol.%) zu einer Menge von 1906 Nm³/h Schwachgas vergast. Die nachfolgenden Daten sind teilweise berechnet:
Feststoff-Umlauf durch Leitung (6): 200 t/h;
Feststoff-Abzug durch Leitung (7): 4 t/h;
das Abgas in der Leitung (9) in einer Menge von 6160 Nm³/h
enthält pro Nm³ 100 g staubförmige Feststoffe; durch den Ejektor (12) gelangen pro Stunde 1200 Nm³ Abgas und 800 kg Feststoffe in die Oxidationskammer (15), welcher man 915 Nm³/h O₂ zuführt. Die Temperatur in der Kammer (15) liegt bei 1600°C, es werden 1980 Nm³/h Rauchgas und 2550 kg/h Schlacke abgezogen. Das Gasgemisch in der Mischkammer (21) in einer Menge von 6940 Nm³/h hat eine Mischtemperatur von 1.100°C und eine Verweilzeit von 2 sec. Das in der Leitung (24) abströmende Gas ist weitestgehend frei von Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Abgas aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, wobei die Vergasung unter Zugabe von freien Sauerstoff enthaltendem Gas bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C erfolgt und dabei ein feststoffhaltiges Abgas gebildet wird, das man durch mindestens einen Zyklon zum Abscheiden von Feststoffen leitet, dadurch gekennzeichnet, das man feststoffhaltiges Abgas mit Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C in einen Abscheidezyklon leitet, der im oberen Bereich eine Gasabzugsleitung und im unteren Bereich einen Feststoffe abführenden Kanal aufweist, daß man durch den Kanal zusammen mit den abgeführten Feststoffen einen Partialstrom von 5 bis 30% des dem Abscheidezyklon zugeführten Abgases in eine Oxidationskammer leitet und in der Oxidationskammer bei unterstöchiometrischer bis überstöchiometrischer O₂-Zufuhr und Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C ein Rauchgas oder Brenngas und Schlacke erzeugt, daß man das Rauchgas oder Brenngas zusammen mit dem aus der Gasabzugsleitung des Abscheidezyklons kommenden Teil des Abgases in eine Mischkammer leitet, durch welche das Gasgemisch mit Temperaturen von 900 bis 1200°C und mit einer Verweilzeit von mindestens 0,5 sec geführt wird, und daß man das aus der Mischkammer abgezogene Gasgemisch kühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die vom Kanal des Abscheidezyklons kommenden Feststoffe zusammen mit dem Partialstrom des Abgases durch ein Treibgas in die Oxidationskammer drückt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischkammer freien Sauerstoff enthaltendes Gas zu führt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man der Oxydationskammer Zuschlagstoffe zu führt.