AT502146B1 - Verfahren zum katalytischen konvertieren von hausmüll - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum katalytischen Konvertieren von Hausmüll, der nach einer Zerkleinerung in einem Fördergasstrom unter Luftabschluß stufenweise erwärmt und nach jeder stufenweisen Wärmebehandlung aus dem im Kreislauf geführten Fördergasstrom abgeschieden wird, wird der Hausmüll zunächst in einer Trocknungsstufe unter Abscheiden des anfallenden Wasserdampfes getrocknet und dann unter einem Abzug der anfallenden Konvertierungsgase in einer Schwelstufe einer trockenen Destillation unterworfen. Um mit den anfallenden Produktgasen eine Gasturbine zu betreiben, wird vorgeschlagen, daß die aus der Schwelstufe anfallende Schwelkohle in einer Vergaserstufe unter Zufuhr von Wasserdampf aus der Trocknungsstufe zu Wassergas vergast wird, daß das Wassergas aus der Vergaserstufe mit dem Konvertierungsgas in Abhängigkeit von den Heizwerten dieser Gase gemischt und mit diesem Gasgemisch eine Gasturbine betrieben wird, mit deren Abgasen die Fördergasströme der einzelnen Wärmebehandlungsstufen erwärmt werden, und daß die jeweils voneinander getrennten Fördergasströme der einzelnen nacheinander durchlaufenen Behandlungsstufen aus den in den einzelnen Wärmebehandlungsstufen anfallenden Produktgasen gespeist werden.

Description

österreichisches Patentamt AT502146B1 2010-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum katalytischen Konvertieren von Haus-müll, der nach einer Zerkleinerung in einem Fördergasstrom unter Luftabschluß stufenweise erwärmt und nach jeder stufenweisen Wärmebehandlung aus dem im Kreislauf geführten Fördergasstrom abgeschieden wird, wobei der Flausmüll zunächst in einer Trocknungsstufe unter Abscheiden des anfallenden Wasserdampfes getrocknet und dann unter einem Abzug der anfallenden Konvertierungsgase in einer Schwelstufe einer trockenen Destillation unterworfen wird.

[0002] Um bei einem katalytischen Konvertieren von organischen Abfällen im Niedertemperaturbereich eine vollständige Konvertierung zu erreichen, ist es bekannt (AT 403 018 B), die zu konvertierenden Abfälle unter Luftabschluß mit Hilfe eines Fördergasstromes aus Stickstoff in einem Kreislauf über eine Konvertierungsstrecke zu führen, wobei die entlang der Konvertierungsstrecke geförderten Abfälle nach der Konvertierungsstrecke aus dem im Kreislauf geführten Fördergasstrom ausgeschieden und vor der Konvertierungsstrecke wieder dem Fördergasstrom aufgegeben werden, von dem zumindest ein Teilstrom zur Kondensierung der Konvertierungsgase gekühlt wird. Da die Abfälle bei einer bestimmten Temperaturstufe solange im Kreislauf geführt werden können, bis die Konvertierung bei dieser Temperaturstufe weitgehend beendet ist, kann eine Unabhängigkeit der Konvertierung von der Abfallszusammensetzung sichergestellt werden. Mit dem Einsatz von Stickstoff als Fördergas kann darüber hinaus der Vorteil einer einfachen Steuerung erzielt werden, weil in einer Stickstoffatmosphäre die wesentlichen Bestandteile der Konvertierungsgase ohne weiteres bestimmt werden können. Obwohl dieses bekannte Verfahren eine vorteilhafte katalytische Konvertierung von organischen Abfällen im Niedertemperaturbereich ermöglicht, eignet es sich jedoch nicht dazu, kontinuierlich Brenngase für den Betrieb einer Gasturbine zur Verfügung zu stellen.

[0003] Zur Gewinnung von Wasserstoff aus organischen Abfallstoffen ist es darüber hinaus bekannt (JP 2005112927 A1), die organischen Abfallstoffe einer trockenen Destillation zu unterwerfen, um die anfallende Schwelkohle unter Zufuhr von Wasserdampf zu Wassergas zu vergasen, aus dem dann der Wasserstoff abgeschieden wird. Das bei der trockenen Destillation anfallende Destillationsgas wird zur Bereitstellung der für die Wassergasreaktion benötigten Wärme vollständig verbrannt, wobei die Restwärme zum Trocknen der organischen Abfälle eingesetzt werden kann. Ein solches Verfahren zur Wasserstoffgewinnung kann aber keine Lehre dafür geben, wie vorgegangen werden muß, um bei einem katalytischen Konvertieren von Hausmüll kontinuierlich Brenngase für den Betrieb einer Gasturbine zur Verfügung stellen zu können.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum katalytischen Konvertieren von Klärschlamm der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß mit den anfallenden Konvertierungsgasen eine Gasturbine vorteilhaft betrieben werden kann.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die aus der Schwelstufe anfallende Schwelkohle in einer Vergaserstufe unter Zufuhr von Wasserdampf aus der Trocknungsstufe zu Wassergas vergast wird, daß das Wassergas aus der Vergaserstufe mit dem Konvertierungsgas in Abhängigkeit von den Heizwerten dieser Gase gemischt und mit diesem Gasgemisch eine Gasturbine betrieben wird, mit deren Abgasen die Fördergasströme der einzelnen Wärmebehandlungsstufen erwärmt werden, und daß die jeweils voneinander getrennten Fördergasströme der einzelnen nacheinander durchlaufenen Behandlungsstufen aus den in den einzelnen Wärmebehandlungsstufen anfallenden Produktgasen gespeist werden.

[0006] Da zufolge dieser Maßnahmen der zerkleinerte Hausmüll die einzelnen Behandlungsstufen nacheinander durchläuft, können in den einzelnen Behandlungsstufen die jeweils vorteilhaften Temperaturbereiche für die Trocknung und die anschließende Konvertierung eingehalten werden. Durch die zusätzliche Vergasung der bei der trockenen Destillation anfallenden Schwelkohle zu Wassergas mit Hilfe des bei der Trocknung des zerkleinerten Hausmülls gewonnenen Wasserdampfes wird neben dem Konvertierungsgas ein zusätzliches energiereiches 1/5 österreichisches Patentamt AT502146B1 2010-11-15

Brenngas mit einem gegenüber dem Konvertierungsgas unterschiedlichen Heizwert zur Verfügung gestellt, und zwar mit dem Vorteil, daß durch eine Mischung des Konvertierungsgases mit dem Wassergas in Abhängigkeit von den Heizwerten dieser Gase ein Gasgemisch für die Gasturbine bereitgestellt werden kann, das einen für den Turbinenbetrieb ausreichend konstanten Heizwert aufweist. Der Umstand, daß die jeweils voneinander getrennten Fördergasströme der Behandlungsstufen aus den in den einzelnen Behandlungsstufen anfallenden Produktgasen gespeist werden, stellt den Anfall weitgehend reiner Produktgase ohne die sonst übliche, den Heizwert vermindernde Stickstoffbelastung sicher.

[0007] Die fühlbare Wärme der heißen Abgase der Gasturbine kann vorteilhaft für die Erwärmung der Fördergasströme in den einzelnen Behandlungsstufen genützt werden. Da sowohl das Konvertierungsgas als auch das Wassergas ohne Zwischenkühlung aus der Schwelstufe bzw. aus der Vergaserstufe abgezogen und mit einander im Verhältnis ihrer Heizwerte gemischt werden, weist das der Gasturbine zugeförderte Gasgemisch eine entsprechend hohe Vorwärmung auf, die für einen vorteilhaften Wärmehaushalt sorgt, der während des kontinuierlichen Betriebes der Gasturbine im wesentlichen ohne Fremdenergie auskommt.

[0008] Um die katalytische Konvertierung von Hausmüll im Niedertemperaturbereich anfahren zu können, sind zunächst in den einzelnen Behandlungsstufen entsprechende Fördergasströme vorzusehen. Außerdem ist die Gasturbine mit Brenngas zu versorgen, so daß mit Hilfe der heißen Abgase der Gasturbine die im Kreislauf geführten Fördergasströme der einzelnen Behandlungsstufen auf den jeweiligen Temperaturbereich erwärmt werden können, bevor zerkleinerter Müll zur Trocknung und Konvertierung zugeführt wird. Damit diesen Anfahrbedingungen entsprochen werden kann, kann ein Teil des Konvertierungsgases und ein Teil des Wassergases je für sich gespeichert werden, wobei zum Anfahren gespeichertes Konvertierungsgas als Fördergas in der Trocknungsstufe und in der Schwelstufe eingesetzt wird, während der Vergaserstufe abgespeichertes Wassergas als Fördergas zugeführt wird. Die Gasturbine selbst kann dann aus einem Gemisch der abgespeicherten Konvertierungs- und Wassergase betrieben werden. Das Konvertierungsgas in der Trocknungsstufe wird allmählich durch den anfallenden Wasserdampf ersetzt. In den übrigen Behandlungsstufen entspricht ja das zum Anfahren eingesetzte Fördergas dem Produktgas.

[0009] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert und zwar wird eine Anlage zum katalytischen Konvertieren von Hausmüll in einem vereinfachten Blockschaltbild gezeigt.

[0010] Die Anlage gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt drei Behandlungsstufen für den zerkleinerten Hausmüll, nämlich eine Trocknungsstufe 1, eine Schwelstufe 2 und eine Vergaserstufe 3. Diese drei Behandlungsstufen weisen jeweils eine Förderstrecke 4 für den zu behandelnden Hausmüll auf, wobei die Förderstrecken 4 Fall- und Steigrohre bilden, die mit einem Heizmantel 5 umgeben sind. Am austragsseitigen Ende der Förderstrecken 4 ist jeweils ein Zyklonabscheider 6 vorgesehen, der den Hausmüll aus einem Fördergasstrom abscheidet, während der Fördergasstrom über ein Gebläse 7 abgezogen und der Förderstrecke 4 wieder im Kreislauf zugefördert wird. Während der Hausmüll aus der Trocknungsstufe 1 der Förderstrecke 4 der Schwelstufe 2 und der Hausmüll aus der Schwelstufe 2 der Förderstrecke 4 der Vergaserstufe 3 aufgegeben wird, werden über den Zyklonabscheider 6 der Vergaserstufe 3 die verbleibenden, im wesentlichen anorganischen Reststoffe ausgetragen, wie dies durch den Pfeil 8 angedeutet ist. Der Austrag aus den einzelnen Zyklonabscheidern 6 erfolgt mit Hilfe von Schneckenförderern 9, wobei darauf zu achten ist, daß diese Schneckenförderer 9 stets mit Fördergut gefüllt bleiben, um die einzelnen Behandlungsstufen hinsichtlich der Fördergasströme voneinander zu trennen.

[0011] Die Fördergasströme in den einzelnen Behandlungsstufen werden mit Hilfe der heißen Abgase einer Gasturbine 10 erwärmt. Zu diesem Zweck ist die Abgasleitung 11 der Gasturbine 10 über Zweigleitungen 12 an die Heizmäntel 5 der Steig- und Fallrohre der einzelnen Förderstrecken 4 angeschlossen. Die Heizmäntel 5 werden gegensinnig zum Fördergasstrom von den heißen Abgasen nacheinander durchströmt und über eine Sammelleitung 13 abgeleitet. Mit 2/5 österreichisches Patentamt AT502 146B1 2010-11-15

Hilfe der heißen Abgase der Gasturbine 10 wird der Fördergasstrom in der Trocknungsstufe 1 auf beispielsweise eine Behandlungstemperatur von 140°C erwärmt, so daß der zerkleinerte Hausmüll, der der Förderstrecke 4 der Trocknungsstufe 1 aufgegeben wird, wie dies durch den Pfeil 14 angedeutet ist, im erwärmten Fördergasstrom getrocknet wird. Der anfallende Wasserdampfwird zum Teil abgezogen und der Vergaserstufe 3 zugeführt. Der Überschußdampf wird kondensiert und gemäß dem Pfeil 15 als Abwasser abgeleitet. Sinkt der Wassergehalt des zu behandelnden Hausmülls unter 15 %, so ist der Hausmüll zusätzlich anzufeuchten um eine ausreichende Wasserdampfmenge für die Vergasung der Schwelkohle zur Verfügung zu haben.

[0012] Der getrocknete Hausmüll wird über den Zyklonabscheider 6 der Trocknungsstufe 1 aus dem Fördergasstrom abgeschieden und der Schwelstufe 2 zugeführt, in der der Hausmüll auf eine Temperaturstufe von beispielsweise 460°C erwärmt wird, und zwar in einem Fördergasstrom aus dem bei der Schwelung anfallenden Konvertierungsgas. Aufgrund der bei der Schwelung ablaufenden trockenen Destillation des Hausmülls fällt ein Konvertierungsgas an, das sich im wesentlichen aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan zusammensetzt. Ein Teil des aus dem Kreislauf des Fördergasstromes abgezogenen Konvertierungsgases wird einerseits in einem Speicher 16 gesammelt und anderseits als Brenngas für die Gasturbine 10 eingesetzt. Die bei der Konvertierung des Hausmülls anfallende Schwelkohle wird über den Zyklonabscheider 6 der Schwelstufe 2 ausgetragen und der Vergaserstufe 3 zugeleitet, die mit Hilfe der heißen Abgase der Gasturbine 10 auf eine Temperaturstufe von beispielsweise 500°C erwärmt wird. Als Fördergas dient in der Vergaserstufe 3 das bei der Vergasung anfallende Wassergas, dem über eine Brüdenleitung 17 Wasserdampf aus der Trocknungsstufe 1 zugefördert wird. Da der aus der Trocknungsstufe 1 abgezogene Wasserdampf aufgrund des Temperaturniveaus der Trocknungsstufe 1 eine gegenüber dem Temperaturniveau der Vergaserstufe 1 erheblich niedrigere Temperatur aufweist, empfiehlt es sich, den Wasserdampf zumindest auf eine Zwischentemperatur aufzuwärmen, um in der Vergaserstufe die erforderliche Behandlungstemperatur möglichst rasch zu erreichen.

[0013] Die Schwelkohle reagiert mit dem Wasserdampf und es entsteht Wassergas, das im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Dieses Wassergas wird einerseits einem Speicher 18 und anderseits der Gasturbine 10 zugeführt, und zwar zusammen mit dem Konvertierungsgas aus der Schwelstufe 2, so daß die Gasturbine 10 mit einem Brenngasgemisch aus dem Konvertierungsgas und dem Wassergas über eine Brenngasleitung 19 beaufschlagt wird. Um einen für den Betrieb der Gasturbine 10 ausreichend konstanten Heizwert des Brenngasgemisches zu erhalten, wird das Konvertierungsgas und das Wassergas im Verhältnis ihrer Heizwerte gemischt. Über das Mischungsverhältnis dieser Produktgase können außerdem unterschiedliche Hausmüllzusammensetzungen berücksichtigt werden. Die über den Zyklonabscheider 6 der Vergaserstufe 3 abgeschiedenen Feststoffreste sind überwiegend anorganischer Natur.

[0014] Das Brenngasgemisch wird über die Brenngasleitung 19 in herkömmlicher weise einem von der Gasturbine 10 angetriebenen Verdichter 20 zugeleitet, um der Brennkammer 21 ein entsprechend verdichtetes Brenngasgemisch zuzufördern. Die nach dem Zünden des Brenngasgemisches anfallenden Rauchgase beaufschlagen die Gasturbine 10, die nicht nur den Verdichter 20 sondern auch einen Generator 22 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Mit Hilfe eines Anteils der erzeugten elektrischen Energie können z. B. die Gebläse 6 bzw. die Schneckenförderer 9 angetrieben werden. Falls der über die Brüdenleitung 17 der Vergaserstufe 3 zugeleitete Wasserdampf zur Anpassung der Temperatur an den Temperaturbereich der Vergaserstufe 3 zusätzlich erwärmt werden soll, kann dies ebenfalls mittels der über den Generator 22 erzeugten elektrischen Energie durchgeführt werden.

[0015] Um die dargestellte Anlage zum Konvertieren von Hausmüll und zum Betreiben einer Gasturbine 10 mit den anfallenden Produktgasen anfahren zu können, werden die Förderstrecken 4 der Trocknungsstufe 1 und der Schwelstufe 2 mit Konvertierungsgas aus dem Speicher 16 und die Förderstrecke 4 der Vergaserstufe 3 mit Wassergas aus dem Speicher 18 gespült, so daß in den einzelnen Behandlungsstufen ein für das Anfahren der Anlage geeignetes För- 3/5

Claims (2)

1. österreichisches Patentamt AT502 146B1 2010-11-15 dergas zur Verfügung steht. Außerdem wird die Gasturbine 10 mit einem entsprechenden Brenngasgemisch aus dem Konvertierungsgas und dem Wassergas angefahren, so daß die einzelnen Behandlungsstufen mit Hilfe der Abwärme der Abgase der Gasturbine 10 auf die jeweilige Temperaturstufe für die Behandlung des Hausmülls aufgewärmt werden können. Sobald die Betriebstemperaturen erreicht sind, kann zerkleinerter Hausmüll in der bereits beschriebenen Art der Trocknungsstufe 1 aufgegeben werden, um die Konvertierung des Hausmülls beim aufeinanderfolgenden Durchlaufen der einzelnen Behandlungsstufen einzuleiten. Während sich die Fördergasströme in der Schwelstufe 2 und der Vergaserstufe 3 durch das in diesen Behandlungsstufen anfallende Produktgas in ihrer Zusammensetzung kaum ändern, wird das Konvertierungsgas in der Trocknungsstufe 1 allmählich durch Wasserdampf ersetzt, so daß nach dem Anlaufen der Anlage während des kontinuierlichen Betriebes die einzelnen Behandlungsstufen jeweils einen Fördergasstrom aus dem jeweils anfallenden Produktgas aufweisen. [0016] Durch die hohen Turbinen-Eintrittstemperaturen werden gegebenenfalls vorhandene oder neu gebildete organische Problemstoffe, wie Dioxine und Furane, thermisch zerstört. Anorganische Problemstoffe, beispielsweise Schwermetalle, sind im Konvertierungsprozeß nicht flüchtig und werden in den Feststoffresten zurückgehalten. Patentansprüche 1. Verfahren zum katalytischen Konvertieren von Hausmüll, der nach einer Zerkleinerung in einem Fördergasstrom unter Luftabschluß stufenweise erwärmt und nach jeder stufenweisen Wärmebehandlung aus dem im Kreislauf geführten Fördergasstrom abgeschieden wird, wobei der Hausmüll zunächst in einer Trocknungsstufe unter Abscheiden des anfallenden Wasserdampfes getrocknet und dann unter einem Abzug der anfallenden Konvertierungsgase in einer Schwelstufe einer trockenen Destillation unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Schwelstufe anfallende Schwelkohle in einer Vergaserstufe unter Zufuhr von Wasserdampf aus der Trocknungsstufe zu Wassergas vergast wird, daß das Wassergas aus der Vergaserstufe mit dem Konvertierungsgas in Abhängigkeit von den Heizwerten dieser Gase gemischt und mit diesem Gasgemisch eine Gasturbine betrieben wird, mit deren Abgasen die Fördergasströme der einzelnen Wärmebehandlungsstufen erwärmt werden, und daß die jeweils voneinander getrennten Fördergasströme der einzelnen nacheinander durchlaufenen Behandlungsstufen aus den in den einzelnen Wärmebehandlungsstufen anfallenden Produktgasen gespeist werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Konvertierungsgases und ein Teil des Wassergases je für sich gespeichert werden und daß zum Anfahren gespeichertes Konvertierungsgas als Fördergas in der Trocknungsstufe und in der Schwelstufe eingesetzt wird, während der Vergaserstufe abgespeichertes Wassergas als Fördergas zugeführt und die Gasturbine aus einem Gemisch der abgespeicherten Konvertie-rungs- und Wassergase betrieben wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5