WO2001010977A1 - Method of evaluating gas from a sedimentation basin - Google Patents
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Definitions
- waste incineration One of the disposal and recovery methods for waste goods is waste incineration.
- the disposal goods go through a wide temperature field up to approx. 1000 ° C. At these temperatures, mineral and metallic residues should not be melted in order not to disturb subsequent gas generation stages as far as possible. The energy inherent in the remaining solids is not used or is used only to a limited extent.
- Emation tank such as a lamella clarifier
- the cooling water can be conducted in the circuit for cooling the raw synthesis gas stream and for cleaning this synthesis gas stream from liquid or solid particles.
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Abstract
Description
Verfahren zur Verwertung von Gasen aus dem Process for the recovery of gases from the
Absetzbeckensettling tank
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entsorgung und Nutzbarmachung von Abfallgütern aller Art, bei dem unsortierter, unbehandelter, beliebige Schadstoffe in fester und/oder flüssiger Form enthaltender Industrie-, Haus-, und Sondermüll sowie Industriegüterwracks einer Temperaturbeaufschlagung unterzogen werden. Insbesondere bezieht sich die . Erfindung auf die Beseitigung und Verwertung von Gasen," die bei der Schnellabkühlung von entstehendem Rohsynthesegas von dem Kühl- wasser aufgenommen werden und anschließend in einem Beruhigungsbereich des Kühlwassers aus diesem wieder ausgasen. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung für das obige Verfahren und auf Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahren.The present invention relates to a method and a device for the disposal and utilization of waste goods of all kinds, in which unsorted, untreated, any pollutants in solid and / or liquid form containing industrial, domestic and special waste and industrial goods wrecks are subjected to a temperature , In particular, the. Invention for the elimination and recycling of gases "which are taken up by the cooling water during the rapid cooling of the raw synthesis gas that is formed and then outgassed from the cooling water in a calming region of the cooling water. Furthermore, the present invention relates to a device for the above method and to uses of the device and method according to the invention.
Die bekannten Verfahren der Abfallentsorgung bilden keine befriedigende Lösung der wachsenden Müllprobleme, die ein wesentlicher Faktor der Umweltzerstörung sind. Industriegüterwracks aus Verbundwerkstoffen, wie Kraftfahrzeuge und Haushaltsgeräte aber auch Öle, Batterien, Lacke, Farben, toxische Schlämme, Medika- mente und Krankenhausabfälle, unterliegen gesonderten, gesetzlich streng vorgeschriebenen Entsorgungsmaßnahmen .The known methods of waste disposal are not a satisfactory solution to the growing garbage problems, which are an essential factor in environmental destruction. Industrial wrecks made of composite materials, such as motor vehicles and household appliances, but also oils, batteries, paints, paints, toxic sludges, medicines and hospital waste, are subject to separate, legally prescribed disposal measures.
Hausmüll hingegen ist ein unkontrolliertes heteroge- nes Gemisch, das nahezu alle Arten von Sondermüllfraktionen und organischen Bestandteilen enthalten kann und ist bezüglich der Entsorgung noch in keinem Verhältnis zu seiner Umweltbelastung eingestuft.Household waste, on the other hand, is an uncontrolled, heterogeneous mixture that can contain almost all types of hazardous waste fractions and organic constituents and has not yet been classified in terms of disposal in relation to its environmental impact.
Eines der Entsorgungs- und Verwertungsverfahren für Abfallgüter ist die Müllverbrennung. Bei den bekannten Müllverbrennungsanlagen durchlaufen die Entsorgungsgüter ein breites Temperaturfeld bis zu ca. 1000 °C. Bei diesen Temperaturen sollen mineralische und metallische Reststoffe nicht aufgeschmolzen werden, um nachfolgende Gaserzeugungsstufen möglichst nicht zu stören. Die den verbleibenden Feststoffen innewohnende Energie wird nicht oder nur mangelhaft genutzt.One of the disposal and recovery methods for waste goods is waste incineration. In the known waste incineration plants, the disposal goods go through a wide temperature field up to approx. 1000 ° C. At these temperatures, mineral and metallic residues should not be melted in order not to disturb subsequent gas generation stages as far as possible. The energy inherent in the remaining solids is not used or is used only to a limited extent.
Eine kurze Verweilzeit des Mülls bei höheren Temperaturen und die hohe Staubentwicklung durch die Vorgabe großer Mengen stickstoffreicher Verbrennungsluft in die unverdichteten Abfallverbrennungsgüter begünstigen die gefährliche Bildung von chlorierten Kohlenwasserstoffen. Man ist deshalb dazu übergegangen, die Abgase von Müllverbrennungsanlagen einer Nachverbren- nung bei höheren Temperaturen zu unterziehen. Um die hohen Investitionen solcher Anlagen zu rechtfertigen, werden die abrasiven und korrosiven heißen Abgase mit ihrem hohen Staubanteil durch Wärmetauscher geleitet. Bei der relativ langen Verweilzeit im Wärmetauscher bilden sich erneut chlorierte Kohlenwasserstoffe, die sich mit den mitgeführten Stäuben verbinden und letztlich zu Verstopfungen und Funktionsstörungen führen und als hochgiftige Schadstoffe entsorgt werden müssen. Folgeschäden und die Kosten ihre Beseiti- gung sind nicht abschätzbar.A short dwell time of the waste at higher temperatures and the high dust generation due to the specification of large amounts of nitrogen-rich combustion air in the uncompressed waste combustion goods favor the dangerous formation of chlorinated hydrocarbons. It has therefore started to subject the waste gases from waste incineration plants to post-combustion at higher temperatures. In order to justify the high investments of such systems, the abrasive and corrosive hot exhaust gases with their high dust content are passed through heat exchangers. With the relatively long dwell time in the heat exchanger, chlorinated hydrocarbons form again, which combine with the dusts that are carried along and ultimately lead to blockages and malfunctions and must be disposed of as highly toxic pollutants. Consequential damages and the costs of their elimination cannot be estimated.
Bisherige Pyrolyseverfahren in konventionellen Reaktoren haben ein der Müllverbrennung ähnlich breites Temperaturspektrum. In der Vergasungszone herrschen hohe Temperaturen. Die sich bildenden heißen Gase werden zur Vorwärmung des noch nicht pyrolysierten Entsorgungsgutes genutzt, kühlen hierbei ab und durchlaufen ebenfalls den für die Neubildung chlorierter Kohlenwasserstoffe relevanten und damit ge- fährlichen Temperaturbereich. Um ein ökologisch bedenkenlos nutzbares Reingas herzustellen, durchlaufen Pyrolysegase im Regelfall vor der Reinigung einen Cracker.Previous pyrolysis processes in conventional reactors have a temperature range that is similar to that of waste incineration. There are high temperatures in the gasification zone. The hot gases that form are used to preheat the as yet non-pyrolyzed material to be disposed of, cool down in the process and likewise pass through the temperature range relevant and thus dangerous for the formation of chlorinated hydrocarbons. In order to produce an ecologically safe clean gas, pyrolysis gases usually go through a cracker before cleaning.
Gemeinsam weisen die vorbeschriebenen Verbrennungsund Pyrolyseverfahren den Nachteil auf, daß sich die bei der Verbrennung oder pyrolytischen Zersetzung verdampften Flüssigkeiten oder Feststoffe mit den Verbrennungs- oder Pyrolysegasen vermischen und abgeleitet werden, bevor Sie die zur Zerstörung aller Schadstoffe notwendige Temperatur und Verweilzeit im Reaktor erreicht haben. Das verdampfte Wasser ist nicht zur Wassergasbildung nutzbar gemacht. Deshalb werden im Regelfall bei Müllverbrennungsanlagen Nachverbrennungskammern und bei Pyrolyseanlagen Cräcker- stufen nachgeschaltet.Together, the above-described combustion and pyrolysis processes have the disadvantage that they occur during combustion or pyrolytic decomposition Mix evaporated liquids or solids with the combustion or pyrolysis gases and discharge them before you have reached the temperature and residence time in the reactor necessary to destroy all pollutants. The evaporated water cannot be used for water gas formation. For this reason, post-combustion chambers are usually installed in waste incineration plants and cracker stages in pyrolysis plants.
Aus der EP 91 11 8158.4 ist ein Verfahren zur Entsorgung und Nutzbarmachung von Abfallgütern bekannt, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet. Dabei werden die Abfallgüter einer stufenweisen Temperatur- beaufschlagung und thermischen Trennung bzw. StoffUmwandlung unterzogen und die anfallenden festen Rückstände in eine Hochtemperaturschmelze überführt. Hierzu wird das zu entsorgende Gut chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert und durchläuft die Tempe- raturbehandlungsstufen in Richtung steigender Temperatur von einer Niedertemperaturstufe, in der unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung ein form- und kraftschlüssiger Kontakt mit den Wänden des Reaktionsgefäßes sichergestellt ist und organische Be- standteile entgast werden, zu einer Hochtemperaturzone, in der das entgaste Entsorgungsgut eine gasdurchlässige Schüttung ausbildet und durch kontrollierte Zugabe von Sauerstoff Synthesegas erzeugt wird. Dieses Synthesegas wird dann aus der Hochtemperaturzone abgeleitet und kann weiter verwertet werden. Diese Ableitung des Rohsynthesegases des Hochtemperaturreaktors ist ihrerseits fest mit einer Gaskammer zur Gasschnellkühlung verbunden, die eine Wasserinjektionseinrichtung für Kaltwasser in den heißen Roh- synthesegasstrom besitzt. Diese GasschnellkühlungFrom EP 91 11 8158.4 a method for the disposal and utilization of waste goods is known which avoids the disadvantages described above. The waste goods are subjected to a gradual temperature application and thermal separation or material conversion and the solid residues are converted into a high-temperature melt. For this purpose, the material to be disposed of is compressed in batches into compact packages and passes through the temperature treatment stages in the direction of increasing temperature from a low temperature stage in which, while the pressurization is maintained, positive and non-positive contact with the walls of the reaction vessel is ensured and organic components are degassed , to a high-temperature zone, in which the degassed material forms a gas-permeable bed and synthesis gas is generated by the controlled addition of oxygen. This synthesis gas is then derived from the high temperature zone and can be used further. This discharge of the raw synthesis gas from the high-temperature reactor is in turn firmly connected to a gas chamber for rapid gas cooling, which has a water injection device for cold water into the hot raw synthesis gas stream. This rapid gas cooling
(Schockkühlung) verhindert eine erneute Synthese von Schadstoffen, da das Rohsynthesegas durch die Schockkühlung den kritischen Temperaturbereich sehr rasch durchläuft und auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Neusynthese der Schadstoffe nicht mehr stattfindet. Diese Kaltwasserinjektion in den Rohsynthesegasstrom beseitigt zusätzlich im Gasstrom mitgeführte Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel, so daß nach der Schnellkühlung ein gut vorgereinigtes Roh- synthesegas erhalten wird.(Shock cooling) prevents a renewed synthesis of pollutants, since the raw synthesis gas passes through the critical temperature range very quickly due to the shock cooling and is cooled to a temperature at which the pollutants are no longer re-synthesized. This cold water injection into the raw synthesis gas stream also removes liquid or solid particles carried in the gas stream, so that a well-cleaned raw synthesis gas is obtained after the rapid cooling.
Bei der Injektion von Kühlwasser in den Rohsynthesegasstrom werden im wesentlichen Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel aus dem Rohsynthesegasstrom aufge- nommen, die anschließend in einer BeruhigungszoneWhen cooling water is injected into the raw synthesis gas stream, essentially liquid or solid particles are taken up from the raw synthesis gas stream, which are then in a calming zone
(Absetzbecken) , wie beispielsweise einem Lamellenklä- rer, wieder aus dem Kühlwasser entfernt werden, so daß das Kühlwasser im Kreislauf zur Abkühlung des Rohsynthesegasstromes und zur Reinigung dieses Syn- thesegasstromes von Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel geführt werden kann.(Sedimentation tank), such as a lamella clarifier, can be removed from the cooling water again, so that the cooling water can be conducted in the circuit for cooling the raw synthesis gas stream and for cleaning this synthesis gas stream from liquid or solid particles.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß das in den Rohsynthesegasstrom eingesprühte Kaltwasser nicht nur die Flüssigkeitsbestandteile und Feststoffpartikel in dem Rohsynthesegasstrom aufnimmt, sondern auch gasförmige Bestandteile des Synthesegases, wie bei- spielsweise H2S, CO, H2 und C02 , löst bzw. in Form kleiner Gasbläschen dispergiert. Das Kühlwasser wird anschließend in das Absetzbecken geleitet, um die Feinstpartikel von dem Kühlwasser zu trennen. Dabei jedoch gasen die genannten gasförmig aufgenommenenA disadvantage of this method is that the cold water sprayed into the raw synthesis gas stream not only absorbs the liquid components and solid particles in the raw synthesis gas stream, but also gaseous components of the synthesis gas, such as for example, H 2 S, CO, H 2 and C0 2 , dissolves or disperses in the form of small gas bubbles. The cooling water is then fed into the settling tank to separate the fine particles from the cooling water. However, the gaseous intakes mentioned are gases
Bestandteile aus dem Kühlwasser wiederum aus, so daß letztlich gasförmige Anteile des Synthesegases in das Absetzbecken verschleppt werden.Components from the cooling water in turn, so that ultimately gaseous portions of the synthesis gas are carried into the settling tank.
Aus Umweltschutzgründen ist es nicht möglich, diese ausgasenden Bestandteile unmittelbar in die Umwelt abzuleiten.For environmental reasons, it is not possible to discharge these outgassing components directly into the environment.
Die US 4 141 695 offenbart ein Verfahren zur Gasrei- nigung, wobei das Quenchwasser mit einer wäßrigen Emulsion sowie einem organischen Extraktionsmittel gemischt und anschließend wieder abgetrennt wird, um Verunreinigungen aus dem Quenchwasser zu entfernen. Das so aufbereitete Quenchwasser kann dann erneut verwendet werden.US Pat. No. 4,141,695 discloses a process for gas purification, in which the quench water is mixed with an aqueous emulsion and an organic extractant and then separated off again in order to remove impurities from the quench water. The quench water prepared in this way can then be used again.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Vorrichtung und Verwendungen dieser zur Verfügung zu stellen, mit denen die im Absetzbecken aus dem Kühlwasser ausgasenden Bestandteile umweltfreundlich und kostengünstig beseitigt bzw. verwertet werden können.It is an object of the present invention to provide a method, a device and uses thereof with which the constituent elements that outgas from the cooling water in the settling tank can be removed or recycled in an environmentally friendly and cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, die Vorrichtung nach Anspruch 16 sowie die Verwendung nach Anspruch 27 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der er- findungsgemäßen Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.This object is achieved by the method according to claim 1, the device according to claim 16 and the use according to claim 27. Advantageous further developments of the method according to the invention and of the Device according to the invention are given in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt sich an das in der EP 91 11 8158.4 offenbarte Verfahren an, wobei bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung die Offenbarung dieser Druckschrift hiermit vollständig in The method according to the invention follows on from the method disclosed in EP 91 11 8158.4, the disclosure of this document being hereby completely incorporated into the method and the device
den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung eingeschlossen wird. Das dort beschriebene Verfahren und die dort beschriebene Vorrichtung werden erfindungsgemäß nunmehr dadurch weitergebildet, daß die aus dem Kühl- wasser in einem Beruhigungsbereich ausgasenden Bestandteile aus diesem Beruhigungsbereich (Absetzbek- ken, Lamellenklärer) abgesaugt werden. Dadurch ist es nunmehr möglich, dieses dort entstehende Gas, das in seiner Zusammensetzung dem gereinigten Rohsynthesegas entspricht, anschließend auf verschiedene Art undthe disclosure content of this application is included. The method described there and the device described there are now further developed according to the invention in that the constituent elements which outgass the cooling water in a calming area are sucked out of this calming area (sedimentation basin, lamella clarifier). As a result, it is now possible to subsequently produce this gas, which corresponds in its composition to the purified crude synthesis gas, in various ways and
Weise weiterzuverwerten. Insbesondere wird damit der Verwertungsgrad der gesamten Anlage und des gesamten Verfahrens verbessert und die Umwelt von den aus dem Kühlwasser ausgasenden Bestandteilen verschont.Way to recycle. In particular, the degree of utilization of the entire system and the entire process is improved and the environment is spared from the constituents that outgas from the cooling water.
Erfindungsgemäß kann das Gas aus dem Absetzbecken wieder zurück in den Rohsynthesegasstrom geleitet werden, wobei dies zum einen vor der Schnellabkühlung erfolgen kann oder auch in den Rohsynthesegasstrom, der die Schnellabkühlung verläßt. Denn das aus demAccording to the invention, the gas from the sedimentation basin can be fed back into the raw synthesis gas stream, this being possible either on the one hand before the rapid cooling or on the raw synthesis gas stream leaving the rapid cooling. Because that from
Kühlwasser ausgasende Gas hat bereits die Schnellabkühlung durchlaufen und ist ausreichend abgekühlt und gereinigt, um mit dem aus der Schnellabkühlung austretenden Rohsynthesegasstrom vermischt zu werden.Gas that outgasses cooling water has already passed the rapid cooling and has been cooled and cleaned sufficiently to be mixed with the raw synthesis gas stream emerging from the rapid cooling.
Alternativ kann das aus dem Kühlwasser austretende Gas auch unter Sauerstoffabschluß mit Brenngas gemischt werden und anschließend in einer Brennkammer thermisch verwertet werden.Alternatively, the gas emerging from the cooling water can also be mixed with fuel gas with the exclusion of oxygen and then thermally utilized in a combustion chamber.
Dabei muß jedoch die Absaugung explosionssicher erfolgen. Dies gilt auch für eine sich an die Absaugung anschließende optionale Verdichtung des aus dem Kühlwasser austretenden Gases.However, the extraction must be explosion-proof. This also applies to an extraction system Subsequent optional compression of the gas emerging from the cooling water.
Besonders vorteilhaft wird das aus dem Kühlwasser ausgetretene Gas anschließend wiederum in denThe gas escaping from the cooling water is then again particularly advantageously in the
Hochtemperaturbereich des Reaktors zurückgespeist. Hierzu muß jedoch der Druckunterschied zwischen dem ausgetretenen entspannten Gas und dem Hochtemperaturreaktor überwunden werden. Daher ist in diesem Falle eine Verdichtung des Gases unbedingt erforderlich.High temperature area of the reactor fed back. To do this, however, the pressure difference between the released expanded gas and the high-temperature reactor must be overcome. Compression of the gas is therefore absolutely necessary in this case.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn dem Gas aus dem Absetzbecken vor der Einspeisung in den Hochtemperaturbereich noch unter Sauerstoffabschluß Brenngase, beispielsweise Erdgas oder Synthesegas, zuge- mischt werden und diese Gasmischung anschließend über Lanzen in den Hochtemperaturreaktor eingeleitet werden.It is particularly advantageous if fuel gases, for example natural gas or synthesis gas, are mixed with the gas from the sedimentation tank before being fed into the high-temperature range, and then this gas mixture is introduced into the high-temperature reactor via lances.
Diese letzte Möglichkeit besitzt den entscheidenden Vorteil, daß die ausgetretenen Gase vollständig energetisch und stofflich verwertet werden und die Reaktionsgase den vollständigen Zyklus des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen. Damit werden, da die Abgase dieses Verbrennungsprozesses sowohl in der Hochtemperaturzone behandelt werden als auch anschließend die Schnellabkühlung und die weiteren Reinigungsstufen des Verfahrens durchlaufen, jegliche schadstoffhaltigen Emissionen in die Umwelt vermieden.This last possibility has the decisive advantage that the gases which have escaped are completely used energetically and materially and the reaction gases go through the complete cycle of the process according to the invention. This means that since the exhaust gases from this combustion process are treated both in the high-temperature zone and then go through the rapid cooling and the further purification stages of the process, any emissions containing pollutants into the environment are avoided.
Im folgenden werden einige Beispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden.The following are some examples of a method and an inventive method Device will be described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;1 shows a device according to the invention;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.2 shows a device according to the invention; 3 shows a further device according to the invention.
In Fig. 1 sind die Verfahrensschritte 1) bis 5) sym- bolisiert. Der Abfall wird ohne Vorbehandlung, d.h. ohne Sortierung und ohne Zerkleinerung, der Stufe 1) zugeführt, in der er kompaktiert wird. Hierbei wird das Kompaktierungsergebnis erheblich verbessert, wenn in vertikaler und in horizontaler Richtung Preßflä- chen wirken. Eine hohe Verdichtung ist notwendig, da die Beschickungsöffnung des Schubkanals, in dem die Verfahrensstufe 2) abläuft, durch den hochverdichteten Abfallpfropfen gasdicht verschlossen wird.Process steps 1) to 5) are symbolized in FIG. 1. The waste is processed without pretreatment, i.e. without sorting and without comminution, fed to stage 1), in which it is compacted. The compaction result is considerably improved if pressing surfaces act in the vertical and horizontal directions. A high level of compaction is necessary because the feed opening of the pusher channel, in which process stage 2) takes place, is sealed gas-tight by the highly compressed waste plug.
Der hochverdichtete Abfall durchläuft in der Stufe 2) einen Schubkanal 6 unter Sauerstoffabschluß bei Temperaturen bis zu 600 °C. Organische Bestandteile des Abfalles werden entgast. Die Gase durchströmen die im Schubofen 6 befindlichen Abfälle in Richtung der Ver- fahrensstufe 3) . Sie tragen bei diesem Durchströmen ebenso zu einem guten Wärmeübergang bei wie der intensive Druckkontakt des Abfalles mit den Schubofenwänden. Infolge des stetigen Nac schiebens des hochverdichteten Abfalles bleibt dieser Druckkontakt über die ganze Ofenlänge und die Gesamtheit der Kanalflächen erhalten, so daß am Ende des Abfalldurchlaufes durch den Schubkanal die Entgasung der organischen Substanzen weitgehend abgeschlossen ist.In stage 2), the highly compressed waste passes through a thrust channel 6 with the exclusion of oxygen at temperatures up to 600 ° C. Organic components of the waste are degassed. The gases flow through the waste in the pusher furnace 6 in the direction of process stage 3). With this flow, they contribute to good heat transfer as well as the intensive pressure contact of the waste with the push oven walls. As a result of the constant pushing of the highly compressed waste, this pressure contact is maintained over the entire length of the furnace and the entirety of the channel surfaces, so that at the end of the waste passage through the push channel the degassing of the organic Substances have largely been completed.
Schwelgase und Wasserdampf, wie er aus der natürlichen Abfallfeuchte herrührt, Metalle, Mineralien und der Kohlenstoff der entgasten Organika werden gemeinsam der Verfahrensstufe 3) zugeführt, in der zunächst der Kohlenstoff mit Sauerstoff verbrannt wird. Die hier-bei auftretenden Temperaturen von bis zu 2000 °C und mehr schmelzen die metallischen und mineralischen Bestandteile auf, so daß sie in dem Verfahrensschritt 5) schmelzflüssig ausgetragen werden können.Smoldering gases and water vapor, as it comes from the natural waste moisture, metals, minerals and the carbon of the degassed organics are jointly fed to process stage 3), in which the carbon is first burned with oxygen. The temperatures of up to 2000 ° C. and more that occur here melt the metallic and mineral constituents, so that they can be discharged in a molten state in process step 5).
Parallel dazu werden über dem Hochtemperaturbereich des glühenden Kohlenstoffbettes bei Temperaturen von mehr als 1000 °C die organischen Verbindungen derAt the same time, the organic compounds of the are heated over the high temperature range of the glowing carbon bed at temperatures of more than 1000 ° C
Schwelgase zerstört. Infolge der Reaktionsgleichgewichte von C, C02, CO und H20 bei diesen Temperaturen bildet sich Synthesegas, im wesentlichen aus CO, H2 und C02 bestehend, das im Verfahrensschritt 4) schockartig auf Temperaturen unter 100 °C abgekühlt wird. Die Ξchnellabkühlung verhindert die Neubildung von organischen Schadstoffen und erleichtert die anschließend vorgesehene Gaswäsche. Danach steht hochreines Synthesegas zu beliebiger Verwendung zur Verfügung.Smoldering gases destroyed. As a result of the reaction equilibria of C, C0 2 , CO and H 2 0 at these temperatures, synthesis gas is formed, consisting essentially of CO, H 2 and C0 2 , which is suddenly cooled to below 100 ° C. in process step 4). The rapid cooling prevents the formation of new organic pollutants and facilitates the subsequent gas scrubbing. After that, high-purity synthesis gas is available for any use.
Das hochreine Synthesegas kann bei dem insoweit bekannten Verfahren einen von der Abfallzusammensetzung und Menge abhängigen Volumenstrom und auch eine vari- ierende Konzentration an Wasserstoff aufweisen. Daher wird nach der Gaswäsche der Volumenstrom und der Was- serstoffgehalt des aufgereinigten Synthesegases be- stimmt und diese Werte einer Regelung zugeführt. Diese Regelung steuert nunmehr, wie oben beschrieben, die Zufuhr an Sauerstoff und die Zufuhr an Brennstoff, beispielsweise von Erdgas oder Synthesegas in die Verfahrensstufe 3) , bei der der vorher entgaste Abfall bei Temperaturen von bis zu 2000 °C durch Zugabe von 02 vergast wird. Durch die Änderung des Brennstoffeintrags bzw. der Sauerstoffzufuhr kann sowohl der Volumenstrom als auch der Wasserstoffgehalt des entstehenden Synthesegases beeinflußt werden.In the process known to this extent, the high-purity synthesis gas can have a volume flow dependent on the waste composition and amount and also a varying concentration of hydrogen. After the gas scrubbing, the volume flow and the hydrogen content of the purified synthesis gas are therefore true and these values fed to a control. This control now controls, as described above, the supply of oxygen and the supply of fuel, for example natural gas or synthesis gas in process stage 3), in which the previously degassed waste gasifies at temperatures of up to 2000 ° C. by adding 0 2 becomes. By changing the fuel input or the oxygen supply, both the volume flow and the hydrogen content of the synthesis gas produced can be influenced.
Durch diese Regelung steht daher der Gasverwertung im Anschluß an die Gaswäsche ein Synthesegasstrom mit geregeltem konstantem Volumenstrom und auch geregeltem konstantem Wasserstoffgehalt zur Verfügung.This regulation therefore provides gas utilization following the gas scrubbing a synthesis gas stream with a controlled constant volume flow and also a controlled constant hydrogen content.
Die im Verfahrensschritt 5) schmelzflüssig ausgetragenen Metalle und Mineralstoffe werden zweckmäßigerweise einer Nachbehandlung unter Sauerstoffzufuhr bei mehr als 1400 °C unterzogen. Hierbei werden mitge- schleppte Kohlenstoffreste beseitigt und die Mineralisierung abgeschlossen. Der Austrag der Feststoffe, beispielsweise in ein Wasserbad, schließt das Entsorgungsverfahren ab. In dem nach dem Austrag der Feststoffe in ein Wasserbad erhaltenem Granulat befinden sich Metalle und Legierungselemente und vollständig mineralisierte Nichtmetalle nebeneinander. Eisenlegierungen können magnetisch abgeschieden werden. Die auslaugungsfest mineralisierten Nichtmetalle können vielseitig wiederverwendet werden, beispielsweise in geblähter Granulatform oder - zu Steinwolle verarbeitet - als Isolierstoff oder direkt als Granulat für Füllstoffe im Straßenbau und bei der Betonherstellung.The metals and minerals discharged in molten form in process step 5) are expediently subjected to an aftertreatment with the addition of oxygen at more than 1400 ° C. Carried carbon residues are removed and mineralization is completed. The removal of the solids, for example in a water bath, completes the disposal process. In the granulate obtained after the solids have been discharged into a water bath, metals and alloying elements and completely mineralized non-metals are located side by side. Iron alloys can be deposited magnetically. The leach-proof mineralized non-metals can be reused in a variety of ways, for example in expanded pellet form or - processed into rock wool - as insulating material or directly as pellet for Fillers in road construction and in the production of concrete.
Fig. 1 zeigt weiterhin in den einzelnen Bereichen ty- pische Prozeßdaten einer beispielhaften vorteilhaften Verfahrensdurchführung. Die Entgasung ist eine Funktion der Temperatur T, der Zeit, des Druckes und der AbfallZusammensetzung.1 further shows typical process data of an exemplary advantageous method implementation in the individual areas. Degassing is a function of temperature T, time, pressure and waste composition.
Die Zusammensetzung und der Volumenstrom hängt nunmehr vom vorhandenen Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserdampf ab. Indem über die Regelung die Menge an zur Verfügung stehendem Kohlenstoff (Brennstoffzufuhr zur Gasphase) und Sauerstoff (Sauerstoffzufuhr über Sau- erstofflanzen in die Gasphase) gesteuert wird, wird die Zusammensetzung des Synthesegases, die bereits bei dem bekannten Verfahren eine relativ hohe Qualität besitzt, weiter optimiert und eignet sich daher ideal zur Verwendung z.B. in Gasmotoren zur Verstrom- ung oder für chemische Prozesse.The composition and the volume flow now depend on the available carbon, oxygen and water vapor. By controlling the amount of available carbon (fuel supply to the gas phase) and oxygen (oxygen supply via oxygen plants in the gas phase) via the regulation, the composition of the synthesis gas, which already has a relatively high quality in the known method, is further increased optimized and is therefore ideal for use eg in gas engines for power generation or for chemical processes.
In Fig. 1 erfolgt die Verdichtung durch eine Verdichtungspresse 1, die in Ihrem Aufbau einer an sich bekannten Schrottpresse entspricht, wie sie z.B. für die Verschrottung von Fahrzeugen eingesetzt wird. Eine schwenkbare Preßplatte 2 ermöglicht das Beschicken der Presse 1 mit Mischabfall. Eine Preßfläche 3 befindet sich in linker Position, so daß der Beschik- kungsrau der Presse voll geöffnet ist. Durch das Einschwenken der Preßplatte 2 in die dargestellte horizontale Position wird der Abfall zunächst in vertikaler Richtung verdichtet. Danach bewegt sich die Preßfläche 3 horizontal in die in ausgezogener Linienführung dargestellte Lage und verdichtet das Abfallpaket in horizontaler Richtung. Die hierzu benötigten Gegenkräfte werden durch eine nicht darge- stellte aus- und einfahrbare Gegenplatte aufgenommen. Nachdem der Verdichtungsvorgang abgeschlossen ist, wird die Gegenplatte ausgefahren und der verdichtete Abfallpfropfen mit Hilfe der sich nach rechts weiterbewegenden Preßfläche 3 in einen unbeheizten Bereich 5 des Schubofens 6 eingeschoben und so dessen Gesamtinhalt entsprechend weitertransportiert, nachverdichtet und mit der Kanal- bzw. Ofenwand in Druckkontakt gehalten. Anschließend wird die Preßfläche 3 in die linke Endposition zurückgefahren, die Gegenplatte eingefahren und die Preßplatte 2 in die gestrichelt dargestellte Vertikalposition zurückgeschwenkt. Die Verdichtungspresse 1 ist für eine Neubeschickung bereit. Die Abfallverdichtung ist so groß, daß der in den unbeheizten Bereich 5 des Schubofens 6 eingescho- bene Abfallpfropfen gasdicht ist. Die Beheizung des Schubofens erfolgt durch Flamm- und/oder Abgase, die einen Heizmantel 8 in Pfeilrichtung durchströmen.In Fig. 1, the compression is carried out by a compression press 1, the structure of which corresponds to a scrap press known per se, as is used, for example, for the scrapping of vehicles. A swiveling press plate 2 enables the press 1 to be mixed with waste. A pressing surface 3 is in the left position, so that the loading area of the press is fully open. By swiveling the press plate 2 into the horizontal position shown, the waste is first compacted in the vertical direction. Then the moves Press surface 3 horizontally in the position shown in solid lines and compresses the waste package in the horizontal direction. The counterforces required for this are absorbed by a counter plate, not shown, which can be extended and retracted. After the compression process is completed, the counterplate is extended and the compacted waste plug is pushed into an unheated area 5 of the pushing furnace 6 with the help of the pressing surface 3 moving to the right and the entire contents thereof are accordingly transported on, recompacted and in pressure contact with the duct or furnace wall held. Then the pressing surface 3 is moved back into the left end position, the counter plate is retracted and the pressing plate 2 is pivoted back into the vertical position shown in dashed lines. The compression press 1 is ready for a new loading. The waste compaction is so great that the waste plug pushed into the unheated area 5 of the sliding oven 6 is gas-tight. The pusher furnace is heated by flame and / or exhaust gases that flow through a heating jacket 8 in the direction of the arrow.
Beim Durchschub des verdichteten Abfalles durch den Ofenkanal 6 breitet sich eine entgaste Zone zur Mittelebene des Schubofens 6 hin aus, begünstigt durch die mit dem Seiten/Höhen-Verhältnis >2 seines Rechteckquerschnittes verbundene große Oberfläche. Beim Eintritt in einen Hochtemperaturreaktor 10 liegt ein durch ständige Druckbeaufschlagung beim Durchschub kompaktiertes Gemisch von Kohlenstoff, Mineralien, Metallen und teilzersetzten vergasungsfähigen Kompo- nenten vor. Dieses Gemisch wird im Bereich der Eintrittsöffnung in den Hochtemperaturreaktor extrem großer Strahlungshitze ausgesetzt. Die hiermit verbundene plötzliche Expansion von Restgasen im Schwel- gut führt zu dessen stückiger Zerteilung. Das so erhaltene Feststoff-Stückgut bildet im Hochtemperaturreaktor ein gasdurchlässiges Bett 20, in dem der Kohlenstoff des Schwelgutes mit Hilfe von Sauerstofflanzen 12 zunächst zu C02 bzw. CO verbrannt wird. Die oberhalb des Bettes 20 den Reaktor 10 verwirbelt durchströmenden Schwelgase werden durch Cracken vollständig entgiftet. Zwischen C, C02, CO und dem aus dem Abfall ausgetriebenen Wasserdampf stellt sich ein temperaturbedingtes Reaktionsgleichgewicht bei der Synthesegasbildung ein. Dieses Rohsynthesegas wird über eine Rohsynthesegasleitung 100 zu einem Behälter bzw. Kammer 14 geleitet, in dem das Synthesegas durch Wassereindüsung auf weniger als 100 °C schockartig gekühlt wird. Im Gas mitgeschleppte Bestandteile (Mi- neralien und/oder Metall in geschmolzenem Zustand) werden im Kühlwasser abgeschieden, Wasserdampf kondensiert, so daß sich das Gasvolumen verringert und so die Gasreinigung erleichtert wird, die sich an die Schockkühlung in an sich bekannten Anordnungen an- schließen kann. Das zur schockartigen Kühlung desWhen the compressed waste is pushed through the furnace channel 6, a degassed zone spreads out towards the center plane of the pusher furnace 6, favored by the large surface area associated with the side / height ratio> 2 of its rectangular cross section. When entering a high-temperature reactor 10, there is a mixture of carbon, minerals, metals and partially decomposed gasifiable composites which is compacted by the constant pressurization during the passage. before. This mixture is exposed to extremely high radiation heat in the area of the inlet opening into the high-temperature reactor. The associated sudden expansion of residual gases in the smoldering material leads to its fragmentation. The solid piece goods obtained in this way form a gas-permeable bed 20 in the high-temperature reactor, in which the carbon of the carbonized material is first burned to CO 2 or CO using oxygen lances 12. The carbonization gases flowing through the reactor 10 swirling above the bed 20 are completely detoxified by cracking. Between C, C0 2 , CO and the water vapor expelled from the waste there is a temperature-related reaction equilibrium in the synthesis gas formation. This raw synthesis gas is passed via a raw synthesis gas line 100 to a container or chamber 14, in which the synthesis gas is shock-cooled to less than 100 ° C. by water injection. Components entrained in the gas (minerals and / or metal in the molten state) are separated in the cooling water, water vapor is condensed so that the gas volume is reduced and gas cleaning is simplified, which follows the shock cooling in known arrangements can. The shock-like cooling of the
Synthesegasstromes verwendete Wasser kann gegebenenfalls nach Aufreinigung wiederum zur Kühlung verwendet und folglich im Kreislauf geführt werden. Bei der Schnellabkühlung des Rohsynthesegases durch Einsprü- hen von Kühlwasser in den Rohsynthesegasstrom werden nicht nur Flüssigbestandteile und Feststoffbestand- teile (Stäube etc.) aus dem Rohsynthesegas entfernt, sondern das Kühlwasser nimmt zusätzlich auch Gasbestandteile aus dem Rohsynthesegas auf. Dies erfolgt beispielsweise durch Emulgieren von feinsten Gasbläschen in dem Kühlwasser bzw. durch Lösung von Gasen aus dem Rohsynthesegas. In dem mehr als 2000 °C heißen Kernbereich des Bettes 20 werden die mineralischen und metallischen Bestand-teile des Schwelgutes aufgeschmolzen. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte überschichten sie sich dabei und entmischen sich. Ty- pische Legierungselemente des Eisens, wie beispielsweise Chrom, Nickel und Kupfer, bilden mit dem Eisen des Abfalles eine verhüttbare Legierung, andere Metallverbindungen, beispielsweise Aluminium oxidieren, und stabilisieren als Oxide die Mineralschmelze.Water used in the synthesis gas stream can, if appropriate, be used again for cooling after purification and consequently be circulated. In the rapid cooling of the raw synthesis gas by spraying cooling water into the raw synthesis gas stream, not only liquid components and solid components (dusts, etc.) are removed from the raw synthesis gas, the cooling water also absorbs gas components from the raw synthesis gas. This is done, for example, by emulsifying the finest gas bubbles in the cooling water or by dissolving gases from the raw synthesis gas. The mineral and metallic constituents of the carbonized material are melted in the core region of the bed 20, which is hotter than 2000 ° C. Due to the different density, they overlap and separate. Typical alloying elements of iron, such as chromium, nickel and copper, form a smeltable alloy with the iron of waste, other metal compounds, such as aluminum, oxidize and stabilize the mineral melt as oxides.
Die Schmelzen treten direkt in einen Nachbehandlungsreaktor 16 ein, in dem sie in einer mit Hilfe einer 02-Lanze 13 eingebrachten Sauerstoffatmosphäre, gegebenenfalls unterstützt durch nicht dargestellte Gas- brenner, Temperaturen von mehr als 1400 °C ausgesetzt werden. Mitgeschleppte Kohlenstoffpartikel werden oxidiert, die Schmelze wird homogenisiert und in ihrer Viskosität erniedrigt.The melts enter directly into an aftertreatment reactor 16, in which they are exposed to temperatures of more than 1400 ° C. in an oxygen atmosphere introduced with the aid of a 0 2 lance 13, optionally supported by gas burners (not shown). Carried along carbon particles are oxidized, the melt is homogenized and its viscosity is reduced.
Bei ihrem gemeinsamen Austrag in ein Wasserbad 17 granulieren Mineralstoff und Eisenschmelze getrennt und können danach magnetisch sortiert werden.When they are discharged together into a water bath 17, the mineral material and the iron melt granulate separately and can then be sorted magnetically.
Das Kühlwasser wird aus dem Behälter 14 über einen Auslaß 102 in einen Beruhigungsbereich, hier einenThe cooling water is from the container 14 via an outlet 102 in a calming area, here one
Lamellenklärer 103 geleitet, wo die in ihm enthaltenen Feststoffe, z.B. Schwebebestandteile, sich abset- zen und durch einen Schlammauslaß 104 entfernt werden. Das so aufgereinigte Kühlwasser wird über einen Wasserauslaß 105 und einen Wassereinlaß 107 in den Behälter 14 wieder zur Kühlung des Rohsynthesegases eingesetzt und folglich in einem Kreislauf geführt.Lamellar clarifier 103, where the solids contained in it, eg suspended components, settle. zen and removed through a sludge outlet 104. The cooling water purified in this way is re-used for cooling the raw synthesis gas via a water outlet 105 and a water inlet 107 in the container 14 and is consequently circulated.
Das gereinigte Rohsynthesegas verläßt den Behälter 14 über eine Ableitung 101, um anschließend einer Feinwäsche bzw. Feinreinigung unterzogen zu werden.The cleaned raw synthesis gas leaves the container 14 via a discharge line 101 in order to then be subjected to a fine washing or fine cleaning.
In dem Lamellenklärer 103 bildet sich über dem stehenden Klärwasser ein Gasraum 106, in den die gelösten und emulgierten Gasbestandteile des Kühlwassers ausgasen. Dieser Gasraum ist über einen Gasauslaß 110 mit einer Absaugungs- und Verdichtungsvorrichtung 111 verbunden. Diese Absaugung und Verdichtung 111 saugt die aus dem Kühlwasser ausgetretenen Gasbestandteile aus dem Luftraum 106 ab und verdichtet diese, um sie auf einen Druck zu bringen, der über dem Druck in dem Hochtemperaturreaktor 10 liegt. Im Anschluß an die Verdichtung wird das Gas mit einem Brennstoff, beispielsweise Erdgas oder Synthesegas über eine BrennstoffZuleitung 112 versetzt und anschließend über eine Gasdüse 113 in den Hochtemperaturreaktor eingeleitet, wo es vollständig verbrannt und den in dem Hochtemperaturreaktor ablaufenden Prozessen unterworfen wird.A gas chamber 106 forms in the lamella clarifier 103 above the standing sewage water, into which the dissolved and emulsified gas components of the cooling water outgas. This gas space is connected to a suction and compression device 111 via a gas outlet 110. This suction and compression 111 sucks the gas components which have emerged from the cooling water out of the air space 106 and compresses them in order to bring them to a pressure which is above the pressure in the high-temperature reactor 10. Following the compression, the gas is mixed with a fuel, for example natural gas or synthesis gas, via a fuel feed line 112 and then introduced into the high-temperature reactor via a gas nozzle 113, where it is completely combusted and subjected to the processes taking place in the high-temperature reactor.
Vorteilhaft an dieser Rückleitung des Gases ist, daß dessen Verbrennungsgase nunmehr auch den Crackstufen in dem Hochtemperaturreaktor und der anschließendenThe advantage of this return line of the gas is that its combustion gases now also include the cracking stages in the high-temperature reactor and the subsequent ones
Rohsynthesegaswäsche in dem Behälter 14 wieder unterworfen werden. Insgesamt wird so eine vollständig emissionsfreie Beseitigung und thermische Verwertung des aus dem Kühlwasser ausgasenden Gases bewirkt.Raw synthesis gas scrubbing in the container 14 are subjected again. Overall, it becomes one emission-free disposal and thermal utilization of the gas outgassing from the cooling water.
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrich- tung, bei der mit denselben Bezugszeichen dieselben Bauelemente und Bestandteile bezeichnet sind. Im Unterschied zu der Vorrichtung in Fig. 1 wird nunmehr das aus dem Kühlwasser austretende Gas in dem Gasraum 106 gesammelt und über einen Gasauslaß 120 einer Ab- saugungs- und Verdichtungsvorrichtung 121 zugeführt. Die aus dem Kühlwasser ausgasenden Bestandteile entsprechen dem Syntheserohgas, so daß sie wie in Fig. 2 gezeigt, vor der Schnellabkühlung in dem Behälter 14 in den Rohrsynthesegasstrom 100 über eine Gaszufuhr 122 eingeleitet werden. Auch in diesem Falle wird eine vollständig emissionsfreie Beseitigung oder Weiterverwertung dieser ausgasenden Bestandteile bewirkt.2 shows a further device according to the invention, in which the same components and components are identified by the same reference numerals. In contrast to the device in FIG. 1, the gas emerging from the cooling water is now collected in the gas space 106 and supplied to a suction and compression device 121 via a gas outlet 120. The constituents which outgas from the cooling water correspond to the synthesis raw gas, so that, as shown in FIG. 2, they are introduced into the pipe synthesis gas stream 100 via a gas supply 122 before the rapid cooling in the container 14. In this case, too, a completely emission-free disposal or recycling of these outgassing components is effected.
Da die ausgasenden Bestandteile bereits dieSince the outgassing components already
Schnellabkühlung durchlaufen haben, kann die Einspei- sung dieser ausgasenden Bestandteile in den Rohsynthesegasstrom auch nach der Schnellabkühlung in dem Behälter 14 in die Ableitung 101 des gereinigten Roh- synthesegases zur Feinwäsche erfolgen.Have passed through rapid cooling, these outgassing constituents can also be fed into the raw synthesis gas stream after the rapid cooling in the container 14 into the discharge line 101 of the cleaned raw synthesis gas for fine washing.
Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ebenfalls dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 für dieselben Bestandteile und Elemente verwendet werden. Im Unterschied zu Fig. 1 werden in diesem Falle die in den Gasraum 106 ausgasenden Bestandteile über Leitungen 130 und 134 einer Brennkammer 131 zugeführt, wo sie unter Sauerstoffzufuhr 133 emissionsarm verbrannt werden und die Verbrennungsgase über einen Kamin 132 in die Umwelt entlassen werden. FIG. 3 shows a further device according to the invention, in which the same reference numerals as in FIG. 1 are also used for the same components and elements. In this case, in contrast to FIG. 1, the constituents that gas out into the gas space 106 are fed via lines 130 and 134 to a combustion chamber 131, where they are burned with low emissions under the supply of oxygen 133 and the combustion gases are released into the environment via a chimney 132.
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