CH641830A5

CH641830A5 - PLANT FOR TREATING COMBUSTIBLE WASTE BY PYROLYSIS.

Info

Publication number: CH641830A5
Application number: CH807379A
Authority: CH
Inventors: Fujiwara Satoru; Fujii Tatsuhiro; Ohnishi Tadanori; Kakeda Kenji; Yamashiro Yoshihiro; Mukai Osamu; Fujioka Takumi
Original assignee: Hitachi Shipbuilding Eng Co
Priority date: 1978-09-12
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1984-03-15
Also published as: SE434273B; GB2030273A; SE7907530L; DE2934831C2; DK160365B; JPS5940184B2; DE2934831A1; JPS5538859A; DK379079A; FR2436175A1; GB2030273B; DK160365C; FR2436175B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Behandlung von brennbaren Abfällen durch Pyrolyse um brauchbares Gas und Öl wieder zu gewinnen. The present invention relates to a plant for the treatment of combustible waste by pyrolysis in order to recover usable gas and oil.

Es sind bereits eine Anzahl von Anlagen zur Behandlung von brennbaren Abfällen vorgeschlagen worden, die einen Schachtofen mit einem beweglichen Bett aufweisen. Bei solchen Anlagen werden die Abfälle von oben in den Schachtofen geladen und mit Sauerstoff oder Luft verbrannt, während im Boden des Ofens Dampf zugeleitet wird. Der Schachtofen weist, von oben nach unten gesehen, einen säulenartigen Innenraum auf, der in drei ausgeprägt voneinander verschiedenen Zonen bezüglich Arbeitstemperatur und Zusammensetzung des entstehenden Produktes eingeteilt ist, namentlich eine Trocknungs- und Vorwärmzone, eine Pyrolysezone und eine Kohle-Vergasungs- und Oxydationszone. Während das Innere des Schachtofens während der Behandlung des Abfalles unter gleichbleibenden Verhältnissen arbeiten sollte, entstehen grosse Probleme, die diese Stabilität beeinträchtigen dadurch, dass der Abfall imstande ist, eine Brücke zu bilden während er im Inneren des Ofens absinkt. Diese Brük-kenbildung kann zu einem vollständigen Aufhören des Betriebes führen. Um diesem Problem zu entgehen, wurde ein Ofen vorgeschlagen, der von unten nach oben eine sich verjüngende Form aufweist. Durch diese Bauart des Ofens entsteht jedoch ein hohler Verbrennungsgaskanal, der sich von der Kohle-Vergasungs- und Oxydationszone bis zur Trocknungs- und Vorwärmzone erstreckt, d.h. auch durch die Pyrolysezone, so dass das Gas nicht durch die schmalen Zwischenräume zwischen die Abfälle gelangen kann und somit nicht mit diesen genügend in Kontakt kommt um eine Pyrolyse erfolgreich durchzuführen. Diese Kanalbildung bringt ein grosses Problem mit sich, das insbesondere für Haushalt-s abfälle sehr schwer zu lösen ist, da diese eine sehr unterschiedliche Zusammensetzung haben. A number of plants for treating combustible waste have been proposed which have a shaft furnace with a movable bed. In such plants, the waste is loaded into the shaft furnace from above and burned with oxygen or air, while steam is fed into the bottom of the furnace. The shaft furnace, viewed from top to bottom, has a column-like interior that is divided into three distinctly different zones with regard to the working temperature and composition of the resulting product, namely a drying and preheating zone, a pyrolysis zone and a coal gasification and oxidation zone. While the inside of the shaft furnace should operate under the same conditions during the treatment of the waste, great problems arise which impair this stability in that the waste is able to bridge as it sinks inside the furnace. This bridging can lead to a complete cessation of operations. To avoid this problem, a furnace has been proposed which has a tapered shape from the bottom up. This type of furnace, however, creates a hollow combustion gas channel that extends from the coal gasification and oxidation zone to the drying and preheating zone, i.e. also through the pyrolysis zone, so that the gas cannot get through the narrow spaces between the wastes and therefore does not come into sufficient contact with them to successfully carry out pyrolysis. This channel formation brings with it a major problem, which is very difficult to solve, particularly for household waste, since these have a very different composition.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anlage vorzusehen, die einen Schachtofen enthält und in welcher die Kanalbildung verhindert werden kann. Solche io Anlagen werden in den Ansprüchen beschrieben. It is therefore an object of the present invention to provide a system which contains a shaft furnace and in which channel formation can be prevented. Such io systems are described in the claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing of exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt im Schnitt und schematisch ein erstes Ausfüh-15 rungsbeispiel, 1 shows in section and schematically a first exemplary embodiment,

Fig. 2 zeigt im Schnitt und schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel, 2 shows in section and schematically a second embodiment,

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Temperaturänderungen in Abhängigkeit der Zeit für das untere Ende der Trocknungs- und Vorwärmzone zeigen und Figure 3 is a graph showing temperature changes versus time for the lower end of the drying and preheating zone and

Fig. 4 ist ein Diagramm wie gemäss Fig. 3 für eine vorbekannte Anlage nach dem Stand der Technik. FIG. 4 is a diagram as in FIG. 3 for a previously known system according to the prior art.

In Fig. 1 erkennt man den Schachtofen 1 mit einem an 2s seinem oberen Ende anschliessenden Oberteil 2, das einen Gasauslass 2a aufweist. Auf diesem Oberteil 2 befindet sich eine Zufuhreinrichtung 3 zum Laden des Schachtofens mit Abfällen und zum Abschliessen des oberen Endes des Schachtofens. Die Zufuhreinrichtung enthält einen Trichter 4 30 mit einem Zufuhrkanal 5 und ein Paar im Zufuhrkanal 5 angeordneten Schieber 6a, 6b. Der Ofen wird dadurch beladen, dass die beiden Schieber nacheinander geöffnet werden, wobei jeweils einer der beiden Schieber eingeschoben ist, damit der Ofen immer geschlossen bleibt. 35 Der Schachtofen 1 weist einen säulenartigen Innenraum 10 auf, der, von unten nach oben gesehen in eine Kohle-Verga-sungs- und Oxydationszone A, eine Pyrolysezone B und eine Trocknungs- und Vorwärmzone C unterteilt ist. Die übriggebliebenen Abfälle werden in der Zone A verbrannt, wodurch 40 ein Verbrennungsgas erzeugt wird, welches den Abfall in der Pyrolysezone B pyrolisiert, wodurch verwertbares Gas entsteht. Das Verbrennungsgas entfernt auch in der Vorwärmzone C überflüssiges Wasser, wodurch ein besserer Ablauf der Pyrolyse gewährleistet ist. Die drei Zonen A, B und C 45 sind nicht klar abgegrenzte Bereiche sondern sie können sich je nach Umständen überlappen. Der Innenraum des Schachtofens ist jedoch derart gegliedert, dass diese drei Zonen ungefähr lokalisiert werden können. 1 shows the shaft furnace 1 with an upper part 2 which adjoins its upper end and which has a gas outlet 2a. On this upper part 2 there is a feed device 3 for loading the shaft furnace with waste and for closing off the upper end of the shaft furnace. The feed device contains a hopper 4 30 with a feed channel 5 and a pair of slides 6a, 6b arranged in the feed channel 5. The furnace is loaded by opening the two slides one after the other, one of the two slides being inserted so that the furnace always remains closed. 35 The shaft furnace 1 has a columnar interior 10 which, viewed from the bottom up, is divided into a coal gasification and oxidation zone A, a pyrolysis zone B and a drying and preheating zone C. The remaining waste is incinerated in zone A, producing a combustion gas that pyrolyzes the waste in pyrolysis zone B, thereby producing recoverable gas. The combustion gas also removes excess water in the preheating zone C, which ensures better pyrolysis. The three zones A, B and C 45 are not clearly delimited areas but can overlap depending on the circumstances. However, the interior of the shaft furnace is structured in such a way that these three zones can be roughly located.

Der Schachtofen 1 weist eine Ofenwand 1 lb auf, die die so Pyrolysezone B definiert, deren Querschnitt sich nach unten verjüngt. Die Oxydationszone A wird durch eine Ofenwand 11 a definiert, die anschliessend an das untere Ende der Zone B sich konisch erweitert, um der Zone A einen genügend grossen Verbrennungsraum zu geben. Der übrige Teil der 55 Ofenwand 1 la und die Ofenwand 11c, welche die Vorwärmzone C definiert, sind zylinderförmig, um dem Bereich C und dem Teilbereich von A einen konstanten Querschnitt zu geben. Die Ofenwand 1 lb der Pyrolysezone B weist einen Neigungswinkel auf, der es verhindert, dass die Abfälle wäh-60 rend dem Absinken eine Brücke bilden, wobei dieser Winkel von der Grösse des Schachtofens abhängt. The shaft furnace 1 has a furnace wall 1 lb which thus defines the pyrolysis zone B, the cross section of which tapers downwards. The oxidation zone A is defined by a furnace wall 11 a, which then widens conically at the lower end of zone B in order to give zone A a sufficiently large combustion chamber. The remaining part of the furnace wall 11a and the furnace wall 11c, which defines the preheating zone C, are cylindrical in order to give the region C and the region of A a constant cross section. The furnace wall 1 lb of the pyrolysis zone B has an angle of inclination which prevents the waste from forming a bridge during the descent, this angle depending on the size of the shaft furnace.

Bei einer oben beschriebenen Anlage wurden die Abfälle über die Zufuhreinrichtungen 3 in den Schachtofen gegeben, in der Vorwärmzone getrocknet, woraufhin sie die konische 65 Pyrolysezone B erreichten. Durch die Konstruktion der Zone B wird erreicht, dass der Druck der Abfälle gegen die Ofenwand einen bestimmten Wert nicht unterschreitet, wodurch eine Kanalbildung unterdrückt wird. Das in der Pyroiyse- In a plant described above, the waste was fed into the shaft furnace via the feed devices 3, dried in the preheating zone, whereupon they reached the conical pyrolysis zone B. The construction of zone B ensures that the pressure of the waste against the furnace wall does not fall below a certain value, whereby channel formation is suppressed. That in the Pyroiyse-

20 20th

3 3rd

641 830 641 830

zone B erzeugte Gas fliesst durch die Vorwärmzone C und entweicht durch den Auslass 2a im Oberteil 2. Das im so erzeugten Gas enthaltene Öl wird bei Raumtemperatur zur Wiederverwendung ausgeschieden. Die Abfälle gelangen dann von der Pyrolysezone B durch die Grenzzone 12 in die Oxydationszone A und werden verbrannt. In dieser Zone A entstehen Rückstände, die Kohle enthalten. Die Rückstände werden durch eine Schicht D unterhalb der Oxydationszone entladen. Zone B generated gas flows through the preheating zone C and escapes through the outlet 2a in the upper part 2. The oil contained in the gas generated in this way is separated out at room temperature for reuse. The waste then passes from the pyrolysis zone B through the border zone 12 into the oxidation zone A and is incinerated. In zone A, residues are formed that contain coal. The residues are discharged through a layer D below the oxidation zone.

Die Figuren 3 und 4 zeigen Ergebnisse von Versuchen, die durchgeführt wurden, um die Vorteile der Erfindung zu zeigen. Dabei zeigt Fig. 3 die Ergebnisse mit einem Ofen gemäss der vorliegenden Erfindung und Fig. 4 die Ergebnisse mit einem herkömmlichen zylindrischen Ofen. Für die Versuche wurden Öfen verwendet, die einen inneren Durchmesser d von 1,50 m und eine Höhe 1 von 5,50 m (s. Fig. 1) aufwiesen und eine Kapazität von 201 pro Tag. Der Ofen, der die Ergebnisse von Fig. 3 lieferte, wies eine Ofen wand 1 lb der Pyrolysezone mit einer Neigung von 12° auf, während der Ofen, der die Ergebnisse von Fig. 4 lieferte, zylindrisch gebaut war. Die Temperatur der Ofen wand in der Nähe des unteren Endes der Vorwärmzone C wurde jede Stunde mit vier Thermometern TI bis T4, die gleichmässig am Umfang verteilt waren, gemessen. Das Vorkommen und der Grad der Kanalbildung kann durch die Temperaturdifferenz an den Thermometern gemessen werden. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Thermometer TI bis T4 keine hohen Spitzen bei der Temperaturänderung feststellten, so dass daraus geschlossen werden kann, dass keine Kanalbildung entstanden ist. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass eine Kanalbildung zwischen 14 Uhr und 17 Uhr in der Nähe des Thermometers T4 stattfand. Figures 3 and 4 show results of experiments conducted to demonstrate the advantages of the invention. 3 shows the results with an oven according to the present invention and FIG. 4 shows the results with a conventional cylindrical oven. For the tests, furnaces were used which had an inner diameter d of 1.50 m and a height 1 of 5.50 m (see FIG. 1) and a capacity of 201 per day. The furnace which gave the results of FIG. 3 had a furnace wall 1 lb of the pyrolysis zone with a slope of 12 °, while the furnace which gave the results of FIG. 4 was cylindrical. The temperature of the furnace wall near the lower end of the preheating zone C was measured every hour with four thermometers TI to T4, which were evenly distributed around the circumference. The occurrence and the degree of channel formation can be measured by the temperature difference on the thermometers. From Fig. 3 it can be seen that the thermometers TI to T4 did not detect high peaks in the temperature change, so that it can be concluded that no channel formation has occurred. From Fig. 4 it can be seen that channel formation took place between 2 p.m. and 5 p.m. in the vicinity of the thermometer T4.

Bei einem Neigungswinkel von 10° oder weniger, bei gleichen Testbedingungen, entstand eine Kanalbildung, With an inclination angle of 10 ° or less, under the same test conditions, a channel was formed,

wodurch der Vorteil der Erfindung herabgesetzt wurde. Durch Änderung der Innendurchmesser ist es möglich, die Neigung der Ofenwand 1 lb zu verändern und dadurch die Verbrennung resp. Pyrolyse der Abfälle zu verbessern. Aus-5 serdem wird der Betrieb des Ofens noch durch die Grösse und Zusammensetzung der Abfälle, der Höhe des Ofens und noch andern Parametern beeinflusst. Eine Charakteristik der Erfindung ist daher darin zu sehen, dass die Wände der Pyrolysezone sich unter einem geeigneten Winkel nach unten ver-lo jüngen. Die Erfindung ist also nicht auf einen bestimmten Neigungswinkel beschränkt. Andererseits haben andere Versuche gezeigt, dass ein bevorzugter Neigungswinkel 12° ist, falls das Verhältnis der Grösse g der Abfälle zum Innendurchmesser d des Ofens, d.h. g:d, in der Gegend von 0,015 15 bis 0,05 liegt und das Verhältnis der Höhe 1 der Ladung im Ofen zum Innendurchmesser d, d.h. l:d, im Bereich von 2,6 bis 2,0 liegen. thereby diminishing the benefit of the invention. By changing the inner diameter, it is possible to change the inclination of the furnace wall 1 lb and thereby the combustion or. Improve pyrolysis of waste. In addition, the operation of the furnace is influenced by the size and composition of the waste, the height of the furnace and other parameters. A characteristic of the invention is therefore to be seen in the fact that the walls of the pyrolysis zone taper downward at a suitable angle. The invention is therefore not restricted to a specific angle of inclination. On the other hand, other tests have shown that a preferred angle of inclination is 12 ° if the ratio of the size g of the waste to the inside diameter d of the furnace, i.e. g: d, is in the range of 0.015 15 to 0.05 and the ratio of the height 1 of the charge in the furnace to the inside diameter d, i.e. l: d, range from 2.6 to 2.0.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem die Ofenwände 1 lc und 1 lb über ihren jeweiligen Bereich 20 konisch ausgebildet sind, d.h. die Wand 1 lc im Bereich der Vorwärmzone C und der Pyrolysezone B sich nach unten konisch verjüngt und die Ofenwand 1 la im Bereich der Oxydationszone A und der Entladungszone D sich konisch nach unten erweitert, wobei im Übergangsbereich 12 der Durch-25 messer vom unteren Ende von B und vom oberen Ende von A gleich ist. Mit diesem Ausführungsbeispiel können die gleichen Ergebnisse wie mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 erzielt werden. Fig. 2 shows a further embodiment in which the furnace walls 1 lc and 1 lb are conical over their respective area 20, i.e. the wall 1 lc in the area of the preheating zone C and the pyrolysis zone B tapers conically downwards and the furnace wall 1 la in the area of the oxidation zone A and the discharge zone D widens conically downwards, in the transition area 12 the diameter from the lower end of B and the upper end of A is the same. With this exemplary embodiment, the same results as with the exemplary embodiment according to FIG. 1 can be achieved.

so Es ist auch möglich, dass die Ofenwände 1 lc und IIb sich nach unten konisch verjüngen, wobei die Neigung der Ofenwand 1 lc der Vorwärmzone C eine geringere ist als diejenige der Ofenwand 1 lb der Pyrolysezone B. so It is also possible that the furnace walls 1 lc and IIb taper conically downwards, the inclination of the furnace wall 1 lc of the preheating zone C being less than that of the furnace wall 1 lb of the pyrolysis zone B.

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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1. Plant for the treatment of combustible waste by pyrolysis, characterized by a shaft furnace (1) with a columnar interior (10) which, viewed from top to bottom, into a drying and preheating zone (C), a pyrolysis zone (B ) and a coal gasification and oxidation zone (A) is divided, the furnace wall (IIb) tapering downwards at least in the lower region of the pyrolysis zone and its cross section in the coal gasification and oxidation zone being larger than in previous area.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the furnace wall (IIb) is conical over the entire area of the pyrolysis zone.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Plant according to claim 2, characterized in that the furnace wall (11c) of the preheating zone (C) is cylindrical over the entire length of this zone.

4. Plant according to claim 2, characterized in that the furnace wall (11c) of the preheating zones (C) tapers conically downward, its lower cross section being equal to the upper cross section of the pyrolysis zone.

5. Plant according to claim 4, characterized in that the inclination of the furnace wall of the preheating zone is the same as that of the pyrolysis zone.

6. Plant according to claim 1, characterized in that the furnace wall (IIa) of the oxidation zone (A) is at least in the area which adjoins the pyrolysis zone,

conically widened so that their diameter increases continuously.

7. Plant according to claim 6, characterized in that the furnace wall adjoining the flared region of the oxidation zone is cylindrical with a constant cross section.

8. Plant according to claim 6, characterized in that the entire furnace wall (IIa) of the oxidation zone (A) widens conically.