DE19936972C1 - Mehrstufiges Beschickungsverfahren für stückiges Einsatzgut und Stoffgemische in Druckräume - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrstufiges Verfahren zur Einbringung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen in einen Behandlungsraum, vorzugsweise einen Druckvergasungsreaktor nach dem Prinzip des Hochtemperatur-Winkler-Verfahrens. Hierbei wird das Einsatzgut in einer ersten Stufe zunächst unter Verwendung von Konusmischern förderbar gemacht und gleichzeitig mit Druck beaufschlagt. In einer zweiten Stufe wird das Einsatzgut unter Verwendung von Konusmischern homogenisiert und in geregelter Weise in den Behandlungsraum eingebracht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einbringung von kohlenstoffhaltigem Einsatzgut, das in ei­ nem Behandlungsraum, vorzugsweise einem Druckvergasungsre­ aktor nach dem Prinzip des Hochtemperatur-Winkler-Verfah­ rens zum Einsatz kommt.

Im Betrieb von Druckvergasungsreaktoren ist die Aufgabe fester Einsatzstoffe in den Vergasungsreaktor ein zentrales Problem: Zum einen herrschen am Reaktoreintritt in der Regel hoher Druck und hohe Temperatur, was hohe An­ forderungen an die Dichtungskonstruktion und die dabei zum Einsatz kommenden Materialien an der Aufgabestelle des Ein­ satzgutes stellt, zum anderen bedingt die Betriebsweise ei­ nes Vergasungsreaktors unter Sauerstoffabschluß, daß die Zugabe des Einsatzgutes gleichförmig bei gleichzeitig hohem Durchsatz erfolgen muß und Gasdichtheit erfordert. Bei in sich inhomogenem Einsatzgut mit wechselndem Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Feuchtegehalt kommt erschwerend hinzu, daß die Zugabe in geregelter Weise entsprechend der Messungen der Reaktorzustandsgrößen erfolgen muß. Ein solches, über­ wiegend kohlenstoffhaltiges Einsatzgut, welches mit Stück­ größen von bis zu 100 mm zweidimensional, eine Dimension kann größer sein, vorgelegt wird, einen Feuchtigkeitsgehalt von 0% bis höchstens 50% bezogen auf die Trockenmasse be­ sitzt und als Schüttgut einen gasförmigen Hohlraumanteil von mindestens 30% aufweist, ergibt sich zum Beispiel als Reststoff aus Shredder-Leichtgut der Altautoverwertung, aus Kunststoffabfällen, zerkleinerten Altreifen, entwässerten Klärschlämmen, Braun- und Steinkohle, zerkleinertem Haus­ haltsmüll, zerkleinerten Holzabfällen und Stroh.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden.

Die vorliegende Erfindung löst die beschriebenen Probleme durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, näm­ lich durch ein mehrstufiges Verfahren für die Beschickung eines gas- und/oder druckdichten Behandlungsraumes, insbe­ sondere für die Beschickung eines Reaktors für einen Druck­ vergasungsprozess nach dem Hochtemperatur-Winkler Verfahren (HTW-Verfahren) mit einem überwiegend stückigen, kohlen­ stoffhaltigen Einsatzgut oder Stoffgemisch, wobei:

• - in einer ersten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen gas- und/oder druckdichten Füllraum hineingegeben, mit Bespannungsgas unter Druck gesetzt, und dabei förderbar gehalten wird,
• - in einer zweiten Verfahrensstufe das unter Druck stehende Einsatzgut homogenisiert und portioniert in den Behand­ lungsraum, also beispielsweise in den Vergasungsreaktor des HTW-Verfahrens übergeleitet wird,

und in den beiden Verfahrensstufen konische Behälter mit je einer mechanischen Auflockerungsvorrichtung, die als rotie­ rende, im Behälter umlaufende Schnecke ausgeführt ist, ver­ wendet werden, im folgenden als Konusmischer bezeichnet.

Üblicherweise werden zum Eintrag von den oben be­ schriebenen Brennstoffen in unter Überdruck betriebene Be­ handlungsräume entweder Schrägrohre oder Eintragsschnecken oder pneumatisch betriebene Eintragsorgane verwendet, wie die DE 195 48 324 A1 lehrt. Dies begründet sich darin, daß hi­ storisch vorwiegend Kohle als Einsatzstoff für Druckverga­ sungen eingesetzt wurde, für die die in atmosphärisch be­ triebenen Feuerungsanlagen bewährten Eintragssysteme in leicht modifizierter Form übernommen wurden. Diese Kohle wurde entweder mit einem Maximalkorn von 2 bis 6 mm ge­ bracht, dann in einen Schleusenbehälter geschüttet, der Be­ hälter wurde druckdicht verschlossen, mit Inertgas unter Druck gesetzt, und die Schüttung wurde mit Eintragsschnec­ ken und/oder Zellenradschleusen in den druckaufgeladenen Behandlungsraum eingebracht. Aufgrund des Chargierbetriebs des einzelnen Systems bei der Druckbeaufschlagung sind für eine kontinuierliche Betriebsweise mehrere sich abwech­ selnde, schleusenartige Systeme erforderlich. Oder die Kohle wurde analog zur traditionellen Staubfeuerung feinge­ mahlen und pneumatisch unter Druck in den Reaktionsraum eingebracht.

Üblicherweise liegen die Kohlenstoffgehalte und Heizwerte von Reststoffen aus Shredder-Leichtgut der Altau­ toverwertung, aus Kunststoffabfällen, zerkleinerten Altrei­ fen, entwässerten Klärschlämmen, zerkleinertem Haushalts­ müll, zerkleinerten Holzabfällen und Stroh deutlich unter den Kohlenstoffgehalten und Heizwerten von Steinkohle. Des weiteren läßt sich ein Maximalkorn von 2 bis 6 mm aufgrund betrieblicher Probleme bei der Zerkleinerung nur schwer er­ reichen und erfordern einen größeren Aufwand an Energie und Investitionen, weswegen üblicherweise entweder eine Korn­ größe von 40 mm gewählt wird oder eine Pyrolysestufe der eigentlichen Druckvergasung vorangeschaltet werden muß, wie z. B. die DE 41 23 406 A1 lehrt. Letzteres gilt insbesondere für den Fall, daß eine Feinmahlung erfolgen soll. Schüttun­ gen mit größeren Korngrößen besitzen aber die unangenehme Eigenschaft, daß sie in der Regel ein größeres Lückenvolu­ men aufweisen. Wenn außerdem bei der Zerkleinerung Formen erzeugt werden, die von der Idealform der starren Kugel deutlich abweichen, also z. B. Splitter, Fadengewirre, Floc­ ken, Schnipsel, Schaumstoff und dergleichen, verschlechtern sich die Transport- und Fördereigenschaften der Schüttung erheblich.

Überraschenderweise zeigte sich aber in Versuchen, daß die unangenehmen Transport- und Fördereigenschaften des Einsatzgutes in ihr Gegenteil verkehrt werden können, wenn das Einsatzgut zunächst in geeigneter Weise vorgelegt und förderbar gemacht wird. Hierbei bewirkt die Art der Vorbe­ handlung, daß sich aus der lockeren Schüttung ein selbst­ tragendes und sich selbst zusammenhaltendes, förderbares Gefüge herausbildet. Hierbei kann sich schon bei der Vorbe­ handlung das Hohlraumvolumen deutlich verkleinern.

Die Vorbehandlung des Einsatzgutes erfolgt in min­ destens zwei wechselweise betriebenen Schleusenbehältern, die erfindungsgemäß als Konusmischer ausgeführt werden, wo­ bei die im Konus mitrotierende Schnecke wie ein Knethaken wirkt und auf diese Weise eine gute Vermengung, ein geeig­ netes Gefüge und dadurch eine Verringerung des Hohlrauman­ teils bewirkt. Hierbei zeigte es sich in Versuchen wider Erwarten als günstig, die mitrotierende Schnecke rückwärts laufen zu lassen, so daß sich eine Aufwärtsbewegung des Einsatzgutes in der Nähe der Schnecke einstellt, was die Vermengung und die Gefügebildung unterstützt. Die interne Förderschnecke des Konusmischers wird dabei mit einer Dreh- und Wirkrichtung betrieben, die das Einsatzgut unmittelbar an der Schnecke entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben fördert.

Sobald einer der als Schleusenbehälter betriebenen Konusmischer befüllt ist, wird er aufgabeseitig verschlos­ sen und mit Inertgas bespannt bis in etwa der gleiche Druck herrscht wie im Behandlungsraum. Während des Bespannungs­ vorgangs läuft die im Konus mitrotierende Schnecke weiter. Sobald der Enddruck erreicht ist, beginnt eine am Boden des Konusmischers befindliche Austragsschnecke mit dem Austrag zur Homogenisierung. Die als Schleusenbehälter genutzten Konusmischer arbeiten zweckmäßigerweise mit versetztem Takt. Dadurch ist es auch möglich, das beim Entspannungs­ vorgang anfallende, möglicherweise verunreinigte Inertgas wenigstens teilweise zum Bespannen während eines darauffol­ genden Bespannungsvorgangs in einem anderen Konusmischer zu nutzen.

Die wechselnden Eigenschaften des Einsatzgutes hinsichtlich der Vergasungseigenschaften sowie des erzeug­ ten Gases und der erzeugten Aschen verlangen Homogenisie­ rung und Dosierbarkeit. Hierzu wird ein weiterer Konusmi­ scher vorgesehen, der ausgangsseitig nach anderen Trans­ port- und Absperrvorrichtugen mit einer Eintragsschnecke herkömmlicher Bauart verbunden ist. Der weitere Konusmi­ scher dient als Zwischenlager und Homogenisator des Ein­ satzgutes und wird wie die Eintragsschnecke bei etwa dem Druck des Behandlungsraums betrieben, so daß keine Gasströ­ mung gegen die Förderrichtung auftritt. Er wird mit der re­ versierbaren Austragsschnecke des Schleusensystems einlaß­ seitig verbunden und vermischt das Einsatzgut. Daher sieht die Erfindung vor, daß das Einsatzgut aus den als Schleusen dienenden Konsumischern in einen, weiteren, druckdicht aus­ geführten Konusmischer gefördert wird, der die Pulsation des Schleusensystems vergleichmäßigt, einen Zwischenspei­ cher bildet und das Einsatzgut einer Eintragsschnecke zu­ führt, die es direkt in den Behandlungsraum fördert.

Die Erfindung wird am folgenden Ausführungsbei­ spiel in der Figur näher erläutert:

Das wechselnde Einsatzgut 1 wird mittels eines Trogketten­ förders 2 in eine Abwurfstation 3, die mit dem Einfüll­ trichter einer Reversierschnecke 4 verbunden ist, geför­ dert. Die Reversierschnecke 4 fördert das Einsatzgut im zeitlichen Wechsel in jeweils einen der beiden Konusmi­ scher 5a und 5b, die als Schleusenbehälter dienen. Sobald einer der Konusmischer 5a oder 5b gefüllt ist, wird seine Eintrittsöffnung verschlossen und er wird mit unter Druck befindlichem Inertgas aus dem Pufferbehälter 6 bespannt, bis im jeweiligen Konusmischer 5a oder 5b der gleiche Druck wie im Behandlungsraum 7 herrscht. Über die Austragsschnec­ ken 8a oder 8b wird das Einsatzgut aus den als Schleusenbe­ hältern betriebenen, weiteren Konusmischern 5a und 5b in die Reversierschnecke 9 gegeben, die den als Vorlagebehäl­ ter betriebenen, weiteren Konusmischer 10 befüllt, in dem eine Homogenisierung und Zwischenspeicherung stattfindet. Im Anschluß daran wird das Einsatzgut aus dem Konusmi­ scher 10 über die Austragsschnecke 11, die regelbare Zel­ lenradschleuse 12 und der mit Kühlwasser 14 gekühlten, Ein­ tragsschnecke 13 durch die Behälterwandung in den Behand­ lungsraum 7 in dosierter und geregelter Weise eingebracht.

Die beiden als Schleusenbehälter betriebenen Ko­ nusmischer 5a und 5b werden alternierend nach Art eines herkömmlichen Druckschleusensystems betrieben. Sobald der eine entleert ist, kann er entspannt und wieder befüllt werden. Zur Entspannung steht eine Druckausgleichleitung 17 und ein Abluftsystem mit einem Abluftfilter 15 zur Verfü­ gung, welches auch die Förderungseinrichtungen für das Ein­ satzgut bedient. Der Filterkuchen des Abluftfilters 15 wird über eine Zellenradschleuse 16 wieder dem Einsatzgut 1 zu­ gemischt. Alle Behälter können mit Inertgas 18 gespült und inertisiert werden.

Bezugszeichenlegende

1

Einsatzgut

2

Trogkettenförderer

3

Abwurfbehälter

4

Reversierschnecke
5a/b Konusmischer

6

Inertgasbehälter

7

Behandlungsraum (angedeutet)
8a/b Austragsschnecke

9

Reversierschnecke

10

Konusmischer

11

Reversierschnecke

12

Zellenradschleuse

13

Eintragsschnecke

14

Kühlwasser

15

Abluftfilter

16

Zellenradschleuse

17

Druckausgleichsleitung

18

Inertgas

Claims (4)

1. Mehrstufiges Verfahren für die Beschickung eines gas- und/oder druckdichten Behandlungsraumes, insbesondere für die Beschickung eines Reaktors für einen Druckverga­ sungsprozess nach dem Hochtemperatur-Winkler Verfahren (HTW Verfahren) mit einem nicht fließfähigen, überwie­ gend stückigen, kohlenstoffhaltigen Einsatzgut oder wahlweise einem Stoffgemisch, welches:

• a) mit Stückgrößen von bis zu 100 mm zweidimensional, eine Dimension kann größer sein, vorgelegt wird;
• b) einen Feuchtigkeitsgehalt von 0% bis höchstens 50% bezogen auf die Trockenmasse besitzt und
• c) als Schüttgut einen gasförmigen Hohlraumanteil von mindestens 30% aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - in einer ersten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen gas- und/oder druckdichten Füllraum hineingegeben, mit Bespannungsgas unter Druck gesetzt, und dabei förderbar gehalten wird,
• - in einer zweiten Verfahrensstufe das unter Druck ste­ hende Einsatzgut homogenisiert und portioniert in den Behandlungsraum, also beispielsweise in den Vergasungs­ reaktor des HTW-Verfahrens übergeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Verfahrensstufe die Förderbarkeit durch mindestens einen Konusmischer erreicht wird und das Ein­ satzgut durch die untere enge Konusmischer-Öffnung mit­ tels eines Austragsorgans dem Auslaß dieser ersten Ver­ fahrensstufe zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Förderschnecke des Konusmischers mit einer Dreh- und Wirkrichtung betrieben wird, die das Einsatz­ gut unmittelbar an der Schnecke entgegen der Schwer­ kraftrichtung nach oben fördert und daß sich in der un­ mittelbaren Umgebung der Förderschnecke eine Aufwärts­ strömung des zu fördernden Gutes einstellt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Verfahrens­ stufe das Einsatzgut in einen druckdicht ausgeführten, weiteren Konusmischer gefördert wird, der die Pulsation der Förderung vergleichmäßigt, einen Zwischenspeicher bil­ det, und das Einsatzgut einer Eintragsschnecke zuführt, die es direkt in den Behandlungsraum fördert.