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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von minderwertigen Brennstoffen mit sauerstoffhaltigen Gasen und gegebenenfalls Wasserdampf in einem schachtförmigen, zur Aufnahme eines festen Chargiergutes, z. B. Koks, dienenden Behälter, an dessen unterem Ende eine Vergasungskammer vorgesehen ist, in der vom Chargiergut ein Festbett gebildet wird, dessen Schüttungsfläche durch ein weiteres Festbett aus dem von heissen Gasen zu vergasenden Brennstoff überdeckt wird, wobei das entstehende Gas durch das dahinterliegende Festbett des Chargiergutes hindurchströmt und aus dem Behälter als Produktgas abgezogen wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der EP-A-0 194 252 bekannt. Es dient dazu, minderwertigen Brennstoff, wie beispielsweise nasse Braunkohle oder Steinkohle mit hohem Teergehalt, Altreifen usw., zu vergasen und hiebei das Produktgas frei von die Umwelt belastenden Verunreinigungen zu halten. Die Vergasung des minderwertigen Brennstoffes wird dadurch bewerkstelligt, dass ein in der Vergasungskammer vorgesehener Brenner gezündet wird, dessen Flamme bzw. heisse Abgase gegen den zu vergasenden Brennstoff geleitet werden. Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere dann mit grossem Vorteil durchführbar, wenn die dem Brenner zugeführten Energieträger kostengünstig zu Verfügung stehen, etwa als Altöl oder Deponiegas.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, dieses Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, dass es auch dann mit Vorteil durchgeführt werden kann, wenn solche Energieträger nicht kostengünstig zur Verfügung stehen. Insbesondere sollen ein Verfahren sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, bei denen ausser den zu vergasenden Brennstoffen bzw.
Abfallstoffen keine zusätzlichen Energieträger notwendig sind, wobei jedoch eine Schadstofffreiheit des Produktgases, die zumindest der des bekannten Verfahrens entspricht, sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Teilstrom des abgezogenen Produktgases verbrannt wird, das dabei entstehende Heissgas über Wärmeaustauscher zur Erhitzung der sauerstoffhaltigen Gase herangezogen wird und die erhitzten sauerstoffhaltigen Gase in die Vergasungskammer gegen die Schüttungsfläche des weiteren Festbettes gerichtet eingeleitet werden, wobei zweckmässig die sauerstoffhaltigen Gase mittels des Heissgases auf eine Temperatur von mindestens 1000 C erhitzt werden.
Hiedurch ist es möglich, Abfallstoffe, wie Hausmüll, festen Industriemüll, Kunststoffabfälle od. dgl., ohne zusätzliche Energieträger bei Wahrung der Umweltfreundlichkeit, d. h. unter Vermeidung einer Umweltbelastung durch Teere, Polyaromate, Dibenzodioxin und Dibenzofurane zu vergasen.
Vorzugsweise wird ein Teilstrom in der Grösse von 15 bis 30 Vol.-% des abgezogenen Produktgases verbrannt.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem schachtförmigen Behälter zur Aufnahme eines festen Chargiergutes, einer Gasabzugsleitung am oberen Ende des Behälters und einer mit dem schachtförmigen Behälter an dessen unterem Ende über einen Durchtritt in Verbindung stehenden Vergasungskammer, mit einer Wanne zur Aufnahme von Schlacke und mit einem zwischen der Wanne und dem schachtförmigen Behälter vorgesehenen, in die Vergasungskammer hineinragenden Stützboden zur Ausbildung eines mit einer Schüttungsfläche der Vergasungskammer zugewendeten Schüttgutbettes des festen Chargiergutes, wobei die Vergasungskammer neben dem Durchtritt eine Chargieröffnung für einen von oben einzubringenden zu vergasenden Brennstoff aufweist und der Stützboden brennerseitig so weit verlängert ist,
dass sich ein vor der ersten Schüttungsfläche liegendes zweites Schüttgut-Festbett des zu vergasenden Brennstoffes mit einer freien Schüttungsfläche ausbildet, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Gasabzugsleitung ausgehende Zweigleitung in eine Brennkammer mündet, von der eine Heissgas-Abzugsleitung zu einem Wärmetauscher führt, in den eine sauerstoffhaltige Gase einleitende Speiseleitung mündet, und dass eine die im Wärmetauscher erhitzten sauerstoffhaltigen Gase aufnehmende Gaszuführungsleitung vom Wärmetauscher zur Vergasungskammer des schachtförmigen Behälters führt.
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei die Zeichnung eine Schemadarstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt.
Ein Schachtvergaser --1-- weist einen vertikalen oberen, vorzugsweise einen Kreisquerschnitt aufweisenden Abschnitt --2-- und einen seitlich abgewinkelten unteren Abschnitt --3--, der
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die Vergasungskammer --4-- bildet, auf. Da der Schachtvergaser --1-- drucklos oder unter Druck einsetzbar ist, ist sein Aussenmantel --5-- dementsprechend, also als Druckbehälter oder als gewöhnlicher gasdichter Behälter ausgebildet.
Innerhalb des Aussenmantels --5-- ist ein gekühlte Wände --6-- aufweisender, insbesondere aus kühlmitteldurchflossenen Rohren --7-- zusammengesetzte Wände --6-- aufweisender und als Korb ausgebildeter Behälter --8-- vorgeshen. Der innerhalb des vertikalen Abschnittes--2-des Schachtvergasers --1-- befindliche Teil des Korbes --8-- weist zur Bildung zweier Abteilungen --9, 10-- eine sich von der brennerseitigen Wand --11-- des Korbes --8-- schräg, vorzugsweise unter einem Winkel von 30 bis 450 schräg nach unten zu erstreckende gekühlte Trennwand --12-- auf, deren untere freie Kante --13-- etwa knapp oberhalb der Höhe des Anschlusses --14-- des abgewinkelten unteren Abschnitts --3-- des Schachtvergasers an dessen vertikalem Teil --2-- liegt.
In dieser Höhe weist der Korb weiters einen nach innen ragenden Vorsprung --15-- auf, welcher die obere Begrenzung der darunterliegenden Vergasungskammer --4-bildet.
Das untere Ende --16-- des Korbes --8-- wird von einem etwa horizontal gerichteten Stützboden --17--, der ebenfalls eine Innenkühlung aufweist und dessen freies, in die Vergasungskammer --4-- ragendes Ende als Schlackenüberlaufwehr --18-- ausgebildet ist, gebildet. Unterhalb des Stützbodens --17-- ist eine Wanne --19-- vorgesehen, die mit Kühlmittel --20-- zur Granulierung der über das Überlaufwehr übertretenden und durch eine Durchtrittsöffnung --21-aus der Vergasungskammer --4-- austretenden Schlacke --22-- gefüllt ist.
Oberhalb des Schlackenüberlaufwehrs --18-- mündet in die Vergasungskammer --4-- ein Brenner --23--, in den Zuführungen --24, 25, 26-- für Brennstoffe, Sauerstoff (oder Luft) und gegebenenfalls Wasserdampf münden. Weiters mündet in die Vergasungskammer --4-- eine Gaszuführungsleitung --27-- zur Zuführung heisser sauerstoffhaltiger Gase.
Der Korb --8-- ist bis in die Höhe des ersten Drittels seines vertikalen Teiles innenseitig - seine Trennwand --12-- beidseitig - mit feuerfestem Material --28-- beschichtet. Die beiden Abteilungen 10-- des Korbes --8-- weisen an ihrem oberen Ende jeweils mittels einer Schleuse --29-- verschliessbare Zufuhröffnungen --30, 31-- für zu chargierendes Gut --32, 33-- auf. Die vom Brenner --23-- entfernter liegende Abteilung --9-- ist nahe beim oberen Ende mit einer Gasabzugsleitung --34-- für das entstehende Produktgas versehen und mündet in die Vergasungskammer --4-- mittels eines Durchtrittes --35--. Die näher zum Brenner --23-liegende Abteilung --10-- mündet in die Vergasungskammer --4-- mit einer dem Durchtritt --35-benachbarten Chargieröffnung --36--.
In den vertikalen Teil --2-- des Schachtvergasers --1-- mündet eine Zuleitung --37-für zu vergasenden Brennstoff --33--, welcher mittels einer Fördereinrichtung, wie einer Förderschnecke --38-- zur Ausbildung eines Schüttgut-Festbettes --39-- in die Vergasungskammer --4-gefördert wird. Der Brennstoff --33-- gleitet durch die Zuleitung --37-- bis zur in die Verga- sungskammer --4-- mündenden Chargieröffnung --36--.
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--34-- mündetGasreinigungsanlage --41-- zugeführt und von dort über einen Verdichter --42-- einem nicht dargestellten Heizgasverbraucher zugeleitet.
An einer Stelle nach dem Verdichter --42-- geht von der Gasabzugsleitung --34-- eine Zweigleitung --43-- aus, die zur Zuführung eines Teiles des Produktgases in einen Brenner --44-- einer Brennkammer --45-- dient. Mittels des Brenners --44-- wird der durch die Zweigleitung --43-- abgezweigte Teil des Produktgases zusammen mit über eine Zuleitung --46-- zugeführter Verbrennungsluft verbrannt und das dabei entstehende Heissgas mittels einer Abzugsleitung --47-- Wärmetauschern --48, 49-- zugeführt und nach deren Durchströmen über einen Kamin --50-- abgezogen.
In die Wärmetauscher --48, 49-- mündet eine ein mittels eines Kompressors --51-- verdichtetes sauerstoffhaltiges Gas, wie Luft, zuführende Speiseleitung --52--. Das sauerstoffhaltige Gas wird nach Erhitzen in den Wärmetauschern --48, 49-- mittels der Gaszuführungsleitung --27-der Vergasungskammer --4-- des Schachtvergasers --1-- zugeleitet. Gemäss dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Wärmetauscher --48, 49-- zur Erhitzung des über
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die Speiseleitung --52-- zugeführten sauerstoffhaltigen Gases vorgesehen, die alternativ entweder an die Heissgas-Abzugsleitung --47-- und den Kamin --50-- oder an die Gaszuführungsleitung --27-- und die Speiseleitung --52-- schaltbar sind.
Nachfolgend ist an Hand eines Beispieles die Vergasung von Brennstoff aus Müll (sogenanntem BRAM) näher erläutert :
Dem Brenner --23-- wurde als Brennstoff Heizöl in einer nur geringen Menge von etwa 5 kg/h zugeführt. Die chemische Analyse des Heizöls ist in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Analyse des Heizöls (Gew.-%)
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<tb>
<tb> C <SEP> H <SEP> O <SEP> N <SEP> S <SEP> H2O <SEP> Asche
<tb> 86,51 <SEP> 10,86 <SEP> 0,15 <SEP> 0,33 <SEP> 1,95 <SEP> 0,17 <SEP> 0,03
<tb>
Sein Heizwert Hubetrug 40835 kJ/kg.
Über die Gaszuführungsleitung --27-- wurde Heissluft mit einer Temperatur von 12000C und einem Druck von 1, 05 bar in einer Menge von 504 Nm3/h in die Vergasungskammer --4-eingeleitet. Zur Aufheizung der Heissluft wurde eine Teilmenge von etwa 18 Vol.-% des im Schachtvergaser-l-gebildeten Produktgases verwendet. Dieses Produktgas wurde durch Vergasung von in den Schachtvergaser --1-- in einer Menge von 400 kg/h eingebrachten Brennstoffes --33-aus Müll erzeugt. Die chemische Analyse des Brennstoffes aus Müll, dessen Heizwert Hu 21385 kJ/kg betrug, ist in nachstehender Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Analyse von BRAM (Gew.-%)
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<tb>
<tb> C <SEP> H <SEP> 0 <SEP> N <SEP> S <SEP> H2O <SEP> Asche
<tb> 34,79 <SEP> 4,99 <SEP> 24,95 <SEP> 0,62 <SEP> 0,24 <SEP> 20,0 <SEP> 14,14
<tb>
Zunächst wurde in die vom Brenner --23-- entfernter liegende Abteilung --9-- Chargier- gut --32--, insbesondere Koks, eingefüllt, wodurch sich entsprechend dem Schüttwinkel --53-- des Kokses ein Schüttgutbett mit einer der Gaszuführungsleitung --27-- zugewendeten ersten
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--54-- bildete.Trennwand --12-- aus.
Anschliessend wurde der zu vergasende Brennstoff --33-- (BRAM) in die näher zum Bren- ner-23-- liegende Abteilung-10-- des Korbes-8-- eingebracht, welcher Brennstoff --33-ein weiteres Schüttgut-Festbett --39-- bildete, das das erste Schüttgutbett überdeckte und eine
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der durch die Gaszuführungsleitung --27-- eingeleitete Heissluftstrahl gerichtet war.
Der Brennstoff --33-- wurde nach Zünden des Brenners --23-- und Einleiten von Heissluft durch die Gaszuführungsleitung --27-- vergast, wobei der im Brennstoff --33-- enthaltene Wasserdampf an den Vergasungsreaktionen teilnahm und höhere Kohlenwasserstoffe aus der Pyrolyse gecrackt wurden und das entstehende Gas infolge der Anordnung der Gasabzugsleitung --34-in der von der Gaszuführungsleitung --27-- entfernter liegenden Abteilung --9-- gezwungen wurde, durch das dahinterliegende Schüttgutbett aus beispielsweise Koks --32-- hindurchzutreten. Beim Durchtritt durch den Koks wurde das Gas gefiltert, so dass das die Abteilung --9-- verlassende Produktgas eine grosse Reinheit aufwies ; es war vor allem frei von höheren Kohlenwasserstoffen.
Der in der Vergasungskammer --4-- vorgesehene Brenner --23-- dient in erster Linie dazu, die Schlacke am Überlaufwehr --18-- in flüssigem Zustand zu halten ; unter Umständen kann der Brenner --23--, wenn nach dem Anfahren der Anlage in der Vergasungskammer eine
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genügend hohe Temperatur herrscht, abgeschaltet werden.
Von der Dicke --56-- des Schüttgut-Festbettes--39-- des zu vergasenden Brennstoffes --33-und von der Einstellung der Primärvergasung hängt es ab, ob das hinter dem zweiten Schüttgut- - Festbett-39-liegende Chargiergut, z. B. der Koks, ebenfalls vergast oder lediglich bzw. in erster Linie als Filter für das hindurchtretende Gas dient. Je nach Lage der unteren Kante --13-- der Trennwand --12-- wird die Dicke des zweiten Schüttgut-Festbettes --39-- des Brennstoffes --33-- und damit eine Vergasung des dahinterliegenden Chargiergutes --32-- beeinflusst.
Das bei der Vergasung gebildete Produktgas fiel in einer Menge von 1006 Nm3/h an. Die Temperatur des Produktgases betrug 960 C, sein Heizwert Hu 5346 kJ/Nm3. Die chemische Analyse des Produktgases ist in Tabelle 3 wiedergegeben.
Tabelle 3
Analyse des Produktgases (Vol.-%)
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<tb>
<tb> CO <SEP> CO2 <SEP> CH4 <SEP> H2 <SEP> H2O <SEP> N2 <SEP> H2S <SEP> COS
<tb> 22,13 <SEP> 6,23 <SEP> 0,95 <SEP> 20,34 <SEP> 10,46 <SEP> 39,82 <SEP> 0,08 <SEP> 0,01
<tb>
Nach Durchtritt des Produktgases durch den Wärmetauscher wies es eine Temperatur von 250 C und nach Durchtritt durch die Gasreinigungsanlage eine Temperatur von 50 C auf. Sein Druck betrug 1, 05 bar.
Von dem anfallenden Produktgas wurde eine Teilmenge von 181 Nm3 dem Brenner --44-der Brennkammer --45-- zugeführt. In die Brennkammer --45-- wurde weiters Verbrennungsluft in einer Menge von 220 Nm3/h mit Umgebungstemperatur eingeleitet.
Die in den beiden Wärmetauschern vorzuwärmende Luft wurde in einer Menge von 504 Nm3/h mit Umgebungstemperatur und mit einem Druck von 1, 1 bar den Wärmetauschern zugeleitet.
Zum Anfahren der kalten Anlage wird der Brenner --44-- der Brennkammer --45-- mit festen, flüssigen oder gasförmigen Energieträgern versorgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Vergasen von minderwertigen Brennstoffen, z. B. aus Müll, mit sauerstoffhaltigen Gasen und gegebenenfalls Wasserdampf in einem schachtförmigen, zur Aufnahme eines festen Chargiergutes, z. B. Koks, dienenden Behälter, an dessen unterem Ende eine Vergasungskammer vorgesehen ist, in der vom Chargiergut ein Festbett gebildet wird, dessen Schüttungsfläche durch ein weiteres Festbett aus dem von heissen Gasen zu vergasenden Brennstoff überdeckt wird, wobei das entstehende Gas durch das dahinterliegende Festbett des Chargiergutes hindurchströmt und aus dem Behälter als Produktgas abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des abgezogenen Produktgases verbrannt wird, das dabei entstehende Heissgas über Wärmeaustauscher (48,49)
zur Erhitzung der sauerstoffhaltigen Gase herangezogen wird und die erhitzten sauerstoffhaltigen Gase in die Vergasungskammer (4) gegen die Schüttungsfläche (55) des weiteren Festbettes (39) gerichtet eingeleitet werden.
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