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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Pyrolysegas.
Unter Pyrolyse versteht man allgemein die vollständige thermische Zerstörung von organischen Substanzen unter Luftabschluss ohne Einwirkung eines Vergasungsmittels. Dieser Prozess erfordert die Zufuhr von Wärmeenergie, wobei die physikalischen und chemischen Prozesse der Verbrennung zeitlich und räumlich getrennt voneinander ablaufen. Bei der industriellen Pyrolyse wird ein speicherbarer Energieträger in Form eines Pyrolysegases erzeugt. Generell kann man bei der Pyrolyse zwischen Schwelverfahren (Prozesstemperatur unter 500 C), Mitteltemperaturpyrolyse (Temperatur von 500 bis 800 C) und Schmelzpyrolyse (bei Temperaturen von 800 bis 1500 C) unterscheiden. Die Verbrennungszeit in Pyrolyseanlagen ist um einiges länger als wie in herkömmlichen Abfallverbrennungsanlagen (etwa 10 mal so lange; rund 10 Stunden).
In Abhängigkeit von den gewählten Prozessbedingungen entstehen Pyrolysegas, Pyrolysekoks, Pyrolyseöl bzw. Pyrolyseteer als Produkte. Diese Pyrolyseprodukte treten überall dort auf, wo Schwelprozesse in Zusammenhang mit der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Materialien stehen. Das Pyrolysegas enthält als wesentliche Komponenten CO und H2 sowie (niedrige) Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan und Ethylen. Dieses Pyrolysegas kann in nachgeschalteten Prozessstufen zur Erzeugung von Wärmeenergie, z. B. über einen Gasmotor, genutzt werden.
Die Pyrolyse wird in der Regel in einer Drehrohrtrommel, in einem Schachtreaktor oder als Flugstromvergasung realisiert, wobei die zu pyrolysierenden Substanzen (z. B. zerkleinerter Müll) der beheizten Schweltrommel zugeführt wird. Das Schwelgas gelangt dann zu einem Gaswandler (Cracker, Reaktor), wo höher organische Bestandteile zerschlagen und Staubinhaltsstoffe zurückgehalten werden. Es erfolgt eine Teilverbrennung des Schwelgases zu CO, CO2, H20 und Wärme, eine thermische Crackung zu CH4, C2H4, H2, H20 und C und der Ablauf der Wassergasreaktion.
Das im Gaswandler erzeugte Spaltgas wird nach Abkühlung in einer Gaswäsche (zweistufig, wobei eine saure Stufe mit H2S04 und eine alkalische Stufe mit NaOH durchgeführt wird) gereinigt und dem nachfolgenden Gasmotor zur Stromerzeugung angeboten. Das hierbei eingesetzte Waschwasser muss nachbehandelt und in eine Kläranlage eingeleitet werden. Die Pyrolysereststoffe aus der Schweltrommel werden zur Hausmülldeponie abgefahren. Die Reinigung von Pyrolysegas wird im Wesentlichen zunächst durch Leitung durch einen Filter erreicht, der das gegebenenfalls gequenchte Pyrolysegas von hochsiedenden Substanzen oder teerhaltigen Verbindungen reinigt.
Im Stand der Technik werden hierfür E-Filter (darunter sind nass und trocken arbeitende Abscheider für Staub und Aerosole, die eine Teilchenwanderung beim Durchströmen durch ein elektrisches Feld als Abscheidungsprinzip aufweisen, zu verstehen) und filternde Abscheider vorgesehen, die mit anorganischem Material wie Kalk dotiert werden, um einerseits Säure abzuscheiden und andererseits das Filtermedium (Filtertuch) vor dem Verkleben zu schützen. Es sind auch Dotationen von Steinmehl bekannt. In all diesen Verfahren ist der abgereinigte Filterkuchen als Sondermüll zu entsorgen, da er hohe Anteile an anorganischem Material enthält.
Die Filter werden bislang entweder mechanisch oder mit teuren Inertgasen abgereinigt. Weiters entsteht aus der nassen Abreinigung ein gravierendes Abwasserproblem durch den massiven Eintrag von Teer in die Waschflüssigkeit.
In der DE 2701800 A1 wird ein Verfahren zur Reinigung von Pyrolysegas beschrieben, bei welchem das Pyrolysegas mittels Mineral- bzw. Teeröl als Waschöl gereinigt wird. Verbrauchte Gasreinigungsmittel werden dann in einer eigenen Brennkammer verbrannt. Derartige Waschöle sind aber weder bei den Betriebstemperaturen fest noch werden sie dort unter Energieeintrag in die Pyrolysegaserzeugung eingebracht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr eine Verbesserung der Gasreinigung im Zuge der Pyrolysegasherstellung bereitzustellen, mit welcher eine umweltfreundliche und energieeffiziente Reinigung von Pyrolysegas vorgenommen werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäss ein Verfahren zur Reinigung von Pyrolysegas, bei welchem ein Verfahrensschritt vorgesehen wird, bei welchem erzeugtes Pyrolysegas bei einer Temperatur zwischen dem Säure-Tau-Punkt und etwa 250 bis 300 C mit einem energiereichen organischen Sorptionsmittel kontaktiert wird, welches nach Verbrauch als Sorptionsmittel in eine der Reinigung vorgeschaltene Pyrolysegas-Erzeugung unter Energieeintrag eingebracht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren erreicht dabei, dass die teerreichen Verbindungen nicht mehr wie gemäss dem Stand der Technik nach einer Gaswäsche zu einem Abwasserproblem führen oder, wenn die teerhaltigen Verbindungen in sonstigen inerten organischen Substanzen
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abgebunden werden, als Sondermüll teuer entsorgt werden müssen. Dagegen werden die organischen Sorptionsmittel, wie sie gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sobald sie verbraucht sind, also ihre Funktion als Sorptionsmittel nicht mehr befriedigend erfüllen können, in den Pyrolysegas-Erzeugungsprozess eingetragen, wodurch gleichzeitig auch weitere Energie in den Pyrolysegas-Erzeugungsprozess eingeführt wird.
Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die organischen Sorptionsmittel gemäss der vorliegenden Erfindung unter Energieeintrag pyrolysierbar sind, eben "energiereich" sind.
Da das Pyrolysegas oft mit einer Temperatur die höher als 300 bis 400 C ist aus dem Pyrolyseofen austritt und weitergeleitet wird, kann ein Quencher vor der Filtration bzw. Sorption vorgesehen werden, mit welchem die Temperatur des Pyrolysegases auf unter 250 bis 300 C, jedoch noch über dem Säure-Tau-Punkt gebracht wird (mit Säure-Tau-Punkt wird jener Punkt bezeichnet, an den das Säuregemisch (enthaltend u. a. HCI, H2O, S02, ... ) kondensiert ; dieser Punkt liegt bei der Pyrolysegas-Erzeugung in der Regel zwischen etwa 90 und 160 C).
Wie erwähnt, wird in einer Pyrolysegas-Erzeugungsanlage nach der Pyrolyse und gegebenenfalls einem Quencher in der Regel ein Filter, z. B. ein filternder Abscheider (wie z.B. Jet-Impulsfilter, Schlauchfilter, Taschenfilter) vorgesehen. Die erfindungsgemässe Kontaktierung des Pyrolysegases mit dem organischen Sorptionsmittel erfolgt vorzugsweise vor der Leitung des Pyrolysegases durch die an sich bekannte Filtervorrichtung, welche insbesondere als Stützkorb-Filtervorrichtung vorgesehen wird. Dies hat den Vorteil, dass an sich bekannte Verfahren zur Ablösung von Materialien, die sich auf dem Filter festgesetzt haben, zur Abtragung des verbrauchten Sorptionsmittels herangezogen werden können. Durch diese Verfahrensvariante wird vermieden, dass das eigentliche Filter verklebt oder verkrustet wird.
Mit dem erfindungsgemässen Sorptionsmittel werden dabei Staub, aber vor allem auch flüchtige Substanzen, z.B. hochmolekulare Substanzen, die mit dem Pyrolysegas ausgetragen werden (z.B. teerhaltige bzw. teererzeugende Verbindungen), abgefangen. Durch das Abfangen dieser Substanzen können diese die nachträgliche Weiterleitung und weitere Reinigungsschritte nicht mehr belasten, so dass beispielsweise Abwasserentsorgungsprobleme vermieden bzw. zumindest zu einem grossen Teil verringert werees erfindungsgemä# verwendbare Sorptionsmittel kommen alle Sorptionsmittel in Betracht, die selber vergasbar sind und keinen Schmelzpunkt bei den vorgesehenen Sorptionstemperaturen aufweisen. Diese Substanzen sollten daher bei (etwa) 200 bis 250 C fest und stabil sein und daher keinen Schmelzpunkt unter (etwa) 200 bis 250 C aufweisen.
Die erfindungsgemäss einzusetzenden organischen Sorptionsmittel sollten also zumindest einen Anteil an höher-molekularen Kohlenstoffverbindungen haben. Geeignet sind dabei bevorzugterweise Abfallstoffe aus der Aufarbeitung organischer Rohstoffe, wie z.B. Holzschnitzel, Textilfasern wie Polyamide, Zellstoffrecyclate (z. B.
Abfallprodukte aus der Zellstoffaufbereitung), Baumwollfasern, Braunkohle oder Braunkohlestaub, Sägemehl oder Mischungen derartiger Verbindungen. Nicht in Frage kommen beispielsweise Russ, Aktivkohle, Steinkohle, Koks usw., da sie eben in der Pyrolyse nicht vergasbar wären.
Im Gegensatz zu den gegenwärtig gebräuchlichen Ausschwemmfiltern oder Kalkfiltern, welche die hochsiedenden Substanzen, die beim Pyrolyseprozess frei werden, binden, können die erfindungsgemäss vorgesehenen Sorptionsmittel, nachdem sie verbraucht sind, in den Pyrolyseprozess wieder eingetragen werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass - wenn die Sorptionsmaterialien vor einem etwaigen Filter vorgesehen werden und sich im Rahmen der Sorption auf dem Filter abgelagert haben - die Sorptionsmittel durch einfaches Rückblasen vom Filter abgelöst werden und das aufgelöste Material gesammelt wird. Dieses gesammelte Material kann dann zurück in den Pyrolyseofen transportiert werden. Dies kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Inertgases erfolgen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann für sämtliche Pyrolysegasprozesse verwendet werden, wobei unter Pyrolysegas erfindungsgemäss sämtliche sauerstofffreien (unter 1 %) bzw. sauerstoffarmen (unter 4 %) verstanden werden, die einen Anteil an CO und H2 und gegebenenfalls CnHm, insbesondere CH4 aufweisen. Diese Gase enthalten weiters in der Regel auch H20, CO2 sowie gegebenenfalls C2H56, Ethylen, gecrackte Polymere, H2S, HCI, etc.. Typische Pyrolysegase enthalten in der Regel 10 bis 35 % CO, 5 bis 35 % H2, 0 bis 60 % H23O, 0 bis 20 % CnHm, 0 bis 45 % CO2, 0 bis ppm H2S, 0 bis 2000 ppm HCI und 0 bis 50 g Staub/m .
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einem Verfahren zur Erzeugung und Bereitstellung von Pyrolysegasen.
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Gemäss einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von Pyrolysegasen, umfassend eine Pyrolysegas-Zuleitung, ein Pyrolysegas-Filter und eine Pyrolysegas-Ableitung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sich vor dem Pyrolysegas-Filter energiereiche organische Sorptionsmittel gemäss der vorliegenden Erfindung befinden und dass die Vorrichtung eine Sammel- und/oder Austragvorrichtung für verbrauchtes organisches Sorptionsmittel aufweist.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Erzeugung und Reinigung von Pyrolysegas, umfassend einen Pyrolysereaktor, in welchem das Pyrolysegas entsteht, eine Pyrolysegas-Zuleitung, mit welcher das im Pyrolysereaktor entstandene Pyrolysegas zu einem Filter geleitet wird, ein Pyrolysegas-Filter und eine Pyrolysegas-Ableitung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sich vor dem Pyrolysegas-Filter energiereiche organische Sorptionsmittel befinden und dass die Vorrichtung eine Sammel- und/oder Austragvorrichtung für verbrauchtes organisches Sorptionsmittel aufweist, wobei die Sammel- und/oder Austragvorrichtung mit dem Pyrolysereaktor zur Austragung von verbrauchtem Sorptionsmittel in den Pyrolysereaktor verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel und die Zeichnungsfiguren näher erläutert, ohne dass sie jedoch darauf eingeschränkt ist.
Es zeigen: Fig. 1 : erfindungsgemässe Pyrolyseanlage und Fig. 2 : erfindungsgemässe Filteranlage.
Beispiel: Erfindungsgemässe Pyrolysegas-Erzeugungsvorrichtung
Ausgehend von einem Pyrolyseofen in dem die Pyrolyse stattfindet und Pyrolysegas erzeugt wird (1), wird das entstehende Pyrolysegas über einen Quencher (2) zu einer Filtervorrichtung (3) geleitet, die, wie in Fig. 2 dargestellt, als Filterkorbvorrichtung ausgestaltet ist. Das erfindungsgemässe energiereiche organische Sorptionsmittel wird gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform vor dem in (3) vorgesehenen Filter vorgesehen. Das Pyrolysegas wird daher vor der eigentlichen Filtrierung mit dem erfindungsgemässen organischen Sorptionsmittel kontaktiert und z. B. von Staub und flüchtigen hochmolekularen Substanzen befreit. Weiters wird dadurch ein Verkleben und Verkrusten des eigentlichen Filters in der Filteranlage vermieden.
Das Pyrolysegas wird dann in an sich bekannter Weise über einen Wärmetauscher (4) in einen Wäscher (5) geleitet.
Durch das Vorsehen des erfindungsgemässen Sorptionsschrittes kommen aber z. B. Teerverunreinigungen nicht mehr in diesen Wäscher, so dass ein gravierendes Abwasserproblem (11) vermieden wird. Über das Gebläse (6), das insbesondere als Roots-Gebläse ausgeführt ist, wird das gewaschene Pyrolysegas einem Gasmotor (7) zugeführt und das Abgas über eine Denox-Anlage (8) ausgeführt (10). Gegebenenfalls können auch Wärmetauscher, wie z. B. (9) und Kühlwasser, wie z. B. (12), an verschiedenen Positionen der Anlage vorgesehen werden. Nach Verbrauch der erfindungsgemässen Sorptionsmaterialien können diese beispielsweise vom Filter in (3) abgelöst werden, wobei verbrauchte Sorptionsmittel am Boden gesammelt und (über eine Leitung A) in den Pyrolyseofen (1) rückgeführt werden können.
Die noch nicht verbrauchten Sorptionsmaterialien können (über eine Leitung B) dann wieder in den Prozess rückgeführt werden.
Somit können nicht nur die verbrauchten Sorptionsmittel auf raffinierte Art entsorgt werden, sondern darüberhinaus auch ein weiterer Energieeintrag in das Pyrolyseverfahren erzielt werden, wodurch das Verfahren nicht nur eine erhöhte Umweltfreundlichkeit, sondern auch eine verbesserte Energiebilanz aufweist.
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