DE19853717A1 - Vorrichtung zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien zu einem CO- und H¶2¶-reichen Brenngas, wobei die der Vergasungsvorrichtung zugeführten Materialien nach definierten Maßen balliert vorliegen, und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Die Erfindung hat den Vorteil, daß Möglichkeiten einer Vergasung ohne thermische Vorbehandlung und ohne Feinzerkleinerung von land- und forstwirtschaftlich nachwachsenden Produkten sowie fasrigen und stückigen brennbaren Stoffen, wie Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und Industrieabfällen, geschaffen wurden, wobei ein wasserstoff- und kohlenmonoxidreiches Brenngas erzeugt wird, das frei von Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen ist und daß ein ohne weitere Nachbehandlung verwertbarer oder einfach zu deponierender fester Rückstand entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien zu einem H₂- und CO-reichen Brenngas.

Die Vorrichtung ist überall dort einsetzbar, wo nachwachsende landwirtschaftliche sowie forstwirtschaftliche Produkte wie Stroh, Schilf, andere Halmprodukte, Reisigholz u. ä., Altpapier, Textilien, Wolle und fasrige und stückige brennbare Stoffe wie Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und Industrieabfällen zu einem Brenngas verarbeitet werden sollen. Die Hauptmerkmale der zu verarbeitenden Stoffe sind

• - ihr annähernd trockener Zustand
• - ihre mangelnde Fließfähigkeit und Förderbarkeit
• - ihre schwierige, teils nicht mögliche Zerkleinerbarkeit zu feinkörnigen Gütern.

Nach dem bekannten Stand der Technik müssen solche Materialien vor dem Vergasen grob vorzerkleinert, thermisch homogenisiert, thermisch versprödet und anschließend in einer Aufbereitungsstufe fein zerkleinert werden. Die thermische Behandlung erfolgt üblicherweise in einer Pyrolysestufe, zu der eine aufwendige, problematische Trennung der Pyrolyseprodukte in Pyrolysekoks, Pyrolysegas und Flüssigprodukte gehört. Solche kombinierte Verfahren sind als THERMOSELECT-Verfahren aus EP 0520 086, als NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN aus DE 41 39 512 und VTA-Flugstromvergasung aus EP 0600923 B1 und DE 41 23 406 bekannt. Wegen der der Flugstrom- und auch der Festbettvergasung vorgeschalteten Zerkleinerungs-, Trocknungs-, Pyrolyse- und ggf. Brikettierstufen fallen hohe Investitions- und Betriebskosten bei der Verwertung von Restabfall oder anderer organisch und organisch toxischer Stoffe an, so daß die annähernd schadstofffreie Produkte erzeugenden Vergasungsverfahren insbesondere gegenüber der Kompostierung, Deponie oder auch gegenüber der Verbrennung nicht konkurieren können. Einfache, einstufige Vergasungsverfahren im technischen Maßstab für nichtfließfähige, nichtförderbare Güter existieren nicht. Diese Stoffe sind allenfalls ohne vorherige aufwendige Aufbereitung einer Verwertung in Verbrennungsanlagen vorbehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten einer Vergasung ohne thermische Vorbehandlung und ohne Feinzerkleinerung von land- und forstwirtschaftlich nachwachsenden Produkten sowie fasrigen und stückigen brennbaren Stoffen, wie Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und Industrieabfällen, zu schaffen, wobei ein wasserstoff- und kohlenmonoxidreiches Brenngas erzeugt wird, das frei von Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen ist und das einen ohne weitere Nachbehandlung verwertbaren oder einfach zu deponierenden, festen Rückstand aus der mit dem Brennstoff eingetragenen Asche liefert.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des ersten und zweiten Patentanspruches und eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5 gelöst.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß in der Industrie und Landwirtschaft vorbereitete, maßlich definierte Ballen von Land- und forstwirtschaftlich nachwachsenden Produkten sowie fasrigen und stückigen brennbaren Stoffen wie Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und Industrieabfällen in einen bei annähernd Atmosphärendruck betriebenen, waagerecht liegenden Vergasungsraum gedrückt werden. Die Temperatur im Vergasungsraum wird oberhalb der Schmelztemperatur der mineralischen Bestandteile der zu vergasenden Stoffe gehalten, was beim Anfahren des Vergasers allein durch einen Zünd- und Stützbrenner und im kontinuierlichen Betrieb zusätzlich durch die partielle Oxydation der zu vergasenden Stoffe mit Sauerstoff erfolgt. Primärsauerstoff wird einmal direkt am Brennstoffkanalende, d. h. bei Eintritt in den Vergasungsraum in den zu vergasenden Brennstoff eingeblasen, und zum anderen wird Sekundärsauerstoff während des Zerfalls des Brennstoffstranges sowie bei seinem Fallen in die mit einem Kühlschirm umgebende Schlackewanne aufgeblasen. Im Vergasungsraum wird eine reduzierende Atmosphäre aufrechtgehalten. Wegen der Temperatur zwischen 1200°C und 1800°C werden Kohlen- und Chlorkohlenwasserstoffe (Dioxine, Furane) total gespalten und mineralische Bestandteile aufgeschmolzen. Die Schmelze sammelt sich in einer Schlackewanne des Vergasungsraumes und läuft am senkrecht stehenden, in den Vergasungsraum hineinragenden Schlackeablaufkörper über in den Quenchraum hinein. Die Schlackewanne im Vergasungsraum wird durch einen Kühlschirm so gebildet, daß sich über dem Kühlschirm durch Abkühlung der Schmelze der Schlacke eine dicke und dichte, feste Schlackeschicht bildet, die den metallischen Teil des Kühlschirms keramisch schützt. Auch das H₂-/CO-reiche Vergasungsgas tritt über den Schlackeablaufkörper in den Quenchraum ein, in dem das Vergasungs- bzw. Rohgas mit Quenchwasser unter 100°C abgekühlt und die Schlacke glasartig, eluationsfest granuliert wird. Das Rohgas tritt seitlich aus dem Quenchraum zur weiteren Rohgasreinigung und -entschwefelung aus, und das Granulat fällt in eine Wassertauchung, aus der es mechanisch ausgetragen wird.

Das Rohgas kann auch getrennt von der Schlacke über einen separaten Stutzen nach oben abgeführt und der direkten oder indirekten Kühlung unterzogen werden.

Erfindungsgemäß werden die Umsetzung der Brennstoffe zu CO und H₂, die reduzierende Atmosphäre im Vergasungsraum und das Aufschmelzen der mineralischen Bestandteile der Brennstoffe mittels einer verzögerungsfreien Temperaturmessung des Rohgases vor Austritt aus dem Vergasungsraum überwacht und gesteuert. In Abhängigkeit von dieser Temperatur werden der Brennstoffvorschub die Primär-/Sekundärsauerstoffzugabe geregelt und die Wasserdampfzugabe über den Stützbrenner gesteuert. Für die Betriebsführung und -überwachung wird eine Messung des Sauerstoffgehaltes des Rohgases nach der Quenchung genutzt, die als Plausibilitätsnachweis für die Temperaturmessung und -regelung dient.

Das Rohgas wird einer Reinigung und Entschwefelung unterzogen und als Reingas einem Gasmotor zur Elektroenergieerzeugung und das Granulat als Baurohrstoff der Baustoffindustrie zur Verwertung zugeführt. Das eigenerzeugte Reingas kann auch als Brenngas für den Pilot- und Stützbrenner verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung an zwei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit senkrechter Ballenzuführung und gemeinsamer Rohgas- und Schlackeabführung aus dem Quenchraum,

Fig. 2 erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung mit senkrechter Ballenzuführung und getrennter Rohgas- und Schlackeabführung.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vergasungseinrichtung, die geeignet ist, Brennstoffballen zu vergasen. Diese werden über das Brennstoffaufgabegehäuse 1 in den Brennstoffeinlaufkanal 2 aufgegeben, der durch Feststoffschieber 3 eine Einschleusung der Brennstoffballen ermöglicht. Durch das Eigengewicht gleiten die Brennstoffballen in den Vergasungsraum 4, in dem zentrisch Sauerstofflanzen 5 zur Zuführung des Primärsauerstoffs angeordnet sind. Weiterhin münden in den Vergasungsraum 4 eine Sekundärsauerstoffzuführung 6 sowie der Zünd- und Pilotbrenner 7. Der Vergasungsraum 4 ist im Unterteil von einem Kühlschirm 8 umgeben, der eine Schlackewanne 9 bildet, in der sich die flüssige Schlacke sammelt, die über einen gekühlten Schlackeablaufkörper 10 den Vergasungsraum 4 verlassen kann. Unter dem Vergasungsraum 4 ist ein Quenchraum 11 angeordnet, in dem eine direkte Abkühlung des Vergasungsgases sowie der schmelzflüssigen Schlacke durch Einspritzen von Wasser vorgenommen wird. Das gekühlte Rohgas und die granulierte Schlacke verlassen über den Rohgasaustritt 12 und die Schlackeabführvorrichtung 13 den Quenchraum 11.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung, bei der sich die flüssige Schlacke in der Schlackewanne 9 sammelt und über den gekühlten Schlackeablaufkörper 10 den Vergasungsraum 4 verläßt. Die flüssige Schlacke wird im Quenchraum 11 durch Einspritzen von Wasser gekühlt und granuliert und über die Schlackeabführvorrichtung 13 ausgetragen. Das Rohgas verläßt den Vergasungsraum 4 getrennt von der flüssigen Schlacke über den Rohgasaustritt 14 nach oben und kann direkt durch Einspritzen von Wasser oder indirekt in einem Abhitzekessel unter Erzeugung von Dampf gekühlt werden.

Bezugszeichen

1

Brennstoffaufgabegehäuse

2

Brennstoffeinlaufkanal

3

Feststoffschieber

4

Vergasungsraum

5

Primärsauerstofflanzen

6

Sekundärsauerstoffzuführung

7

Zünd- und Pilotbrenner

8

Kühlschirm

9

Schlackewanne

10

Schlackeablaufkörper

11

Quenchraum

12

Rohgasaustritt aus dem Quenchraum

13

Schlackeabführungsvorrichtung

14

Rohgasaustritt aus dem Vergasungsraum

Claims (5)

1. Verfahren zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien zu einem CO- und H₂-reichen Brenngas, wobei die der Vergasungsvorrichtung zugeführten Materialien nach definierten Maßen balliert vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zu vergasende Brennstoffballen über ein Brennstoffaufgabegehäuse (1) senkrecht einem Brennstoffeinlaufkanal (2) zugeführt werden, der durch die Abtrennung mit Feststoffschiebern (3) eine Einschleusung der Brennstoffballen in den Vergasungsraum (4) erlaubt;
• - die zu vergasenden Brennstoffballen in der Schlackewanne (9) aufsitzen und durch Zuführung von Sauerstoff über die Sauerstofflanzen (5), die konzentrisch um den Brennstoffballen angeordnet sind, der Hauptteil des für die Vergasung notwendigen Sauerstoffs zugeführt wird;
• - über eine Sekundärzuführung (6) Sauerstoff zur Regelung der Temperatur zugeführt wird;
• - zum Aufheizen und zur Inbetriebnahme der Vergasungsvorrichtung ein Zünd- und Pilotbrenner (7) angeordnet ist;
• - sich die verflüssigte Schlacke in einer mit einem Kühlschirm (8) ausgekleideten Schlackewanne (9) sammelt;
• - durch Einspritzen von Wasser Rohgas und Schlacke im Quenchraum (11) gekühlt und das gekühlte Rohgas über die Austrittsöffnung (12) und die gekühlte und granulierte Schlacke über die Schlackeabführungsvorrichtung (13) aus dem Quenchraum (11) abgeführt werden.

2. Verfahren zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien zu einem CO- und H₂-reichen Brenngas, wobei die der Vergasungsvorrichtung zugeführten Materialien nach definierten Maßen balliert vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zu vergasende Brennstoffballen über ein Brennstoffaufgabegehäuse (1) senkrecht einem Brennstoffeinlaufkanal (2) zugeführt werden, der durch die Abtrennung mit Feststoffschiebern (3) eine Einschleusung der Brennstoffballen in den Vergasungsraum (4) erlaubt;
• - zu vergasende Brennstoffballen in der Schlackewanne (9) aufsitzen und durch Zuführung von Sauerstoff über die Sauerstofflanzen (5), die konzentrisch um den Brennstoffballen angeordnet sind, der Hauptteil des für die Vergasung notwendigen Sauerstoffs zugeführt wird;
• - über eine Sekundärzuführung (6) Sauerstoff zur Regelung der Temperatur zugeführt wird;
• - zum Aufheizen und zur Inbetriebnahme der Vergasungsvorrichtung ein Zünd- und Pilotbrenner (7) angeordnet ist;
• - sich die verflüssigte Schlacke in einer mit einem Kühlschirm (8) ausgekleideten Schlackewanne (9) sammelt und über den Schlackeablaufkörper (10) in den Quenchraum (11) gelangt;
• - durch Einspritzen von Wasser die Schlacke im Quenchraum (11) gekühlt und dabei granuliert und über die Schlackeabführungsvorrichtung (13) ausgetragen wird;
• - das Rohgas den Vergasungsraum (4) nach oben über den Rohgasaustritt (14) verläßt und durch Einspritzen von Wasser direkt oder durch Anordnung eines Wärmetauschers indirekt gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abkühlung der Schlackeschmelze in der Schlackewanne (9) eine dicke, dichte und feste Schlackeschicht gebildet wird, die den Kühlschirm vor thermischer Belastung und Korrosion schützt.

4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Ballengehäuse (1) senkrecht über einem Brennstoffeinlaufkanal (2) angeordnet ist, welcher Feststoffschieber (3) zur Einschleusung von Brennstoffballen in einen Vergasungsraum (4) aufweist;
• - ein quer zum Brennstoffeinlaufkanal (2) liegender Vergasungsraum (3), eine mit Kühlschirm (8) ausgekühlte Schlackewanne (9) über der Sekundärzuführung für Sauerstoff zur Temperaturregelung aufweist, wobei im Vergasungsraum (4) konzentrisch über den Brennstoffballen Sauerstofflanzen (5) zur Zuführung von Sauerstoff und Zünd- und Pilotbrenner angeordnet sind;
• - sich an den querliegenden Vergasungsraum (4) nach unten ein Quenchraum (11) anschließt, der einen Rohgasaustritt (12) und eine Schlackeabführvorrichtung (13) aufweist.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnete daß

• - ein Ballengehäuse (1) senkrecht über einem Brennstoffeinlaufkanal (2) angeordnet ist, welcher Feststoffschieber (3) zur Einschleusung von Brennstoffballen in den Vergasungsraum aufweist;
• - ein quer zum Brennstoffeinlaufkanal (2) liegender Vergasungsraum (4) eine mit Kühlschirm (8) ausgekleidete Schlackewanne (9) über der Sekundärzuführung für Sauerstoff zur Temperaturregelung aufweist, wobei im Vergasungsraum (4) konzentrisch um den Brennstoffballen Sauerstofflanzen (5) zur Zuführung von Sauerstoff, Zünd- und Pilotbrenner sowie ein Rohgasaustritt (14) oberhalb dem Quenchraum angeordnet sind;
• - sich an den querliegenden Vergasungsraum (4) nach unten ein Quenchraum (4) anschließt der eine Schlackeabführvorrichtung (13) aufweist.