DE102005061949B4 - Use of ceramic pipes to prevent process-related cross-sectional constrictions and other equipment - Google Patents
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Abstract
Verwendung von Keramikrohren oder mit Keramik ausgekleideten Stahlrohren zur Verhinderung prozeßbedingter Querschnittsverengungen in Heißgas führenden Rohrleitungen von Müllpyrolyseanlagen oder Biogas erzeugenden Anlagen, wobei die Temperatur des Heißgases höchstens 550°C beträgt.Use of ceramic pipes or ceramic-lined steel pipes to prevent process-related cross-sectional constrictions in hot gas pipelines of waste pyrolysis plants or biogas-producing plants, wherein the temperature of the hot gas is at most 550 ° C.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Keramikrohren zur Verhinderung prozeßbedingter Querschnittsverengungen in Heißgas führenden Rohrleitungen von Müllpyrolyseanlagen oder Biogas erzeugenden Anlagen.The The invention relates to the use of ceramic pipes for prevention process-related cross-sectional constrictions in hot gas leading pipelines of waste pyrolysis plants or biogas producing plants.
Aus
der
Aus
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Desweiteren
ist in der
Aus
der
In
Müllpyrolyseanlagen,
wie sie z. B. in
Bei einer Gruppe bekannter Pyrolyseverfahren wird das Pyrolysegas über Zyklone zur Staubabtrennung geleitet und dann einer weiteren Stufe zur thermischen Behandlung, beispielsweise einer Crackung oder einer Brennkammer zugeleitet.at In a group of known pyrolysis processes, the pyrolysis gas is passed through cyclones directed to dust separation and then another stage to the thermal Treatment, such as a cracking or a combustion chamber fed.
In der Regel wird das Pyrolysegas bei einer Temperatur von 450 bis 550°C im Reaktor erzeugt und bei dieser Temperatur aus dem System herausgeführt. Das Pyrolysegas enthält neben den sogenannten Permanentgasen und einem vom Feuchteanteil der zugeführten Abfallstoffe abhängigen Wasserdampfanteil eine größere Menge an organischen Kondensaten mit sehr klebrigen Teer- und Harzanteilen sowie einen beträchtlichen Staubanteil.In Typically, the pyrolysis gas at a temperature of 450 to 550 ° C in Reactor generated and led out of the system at this temperature. The Contains pyrolysis gas in addition to the so-called permanent gases and one of the moisture content the supplied Waste materials dependent water vapor content a larger amount on organic condensates with very sticky tar and resin components as well as a considerable one Dust content.
Bei den bisher bei allen großtechnisch ausgeführten Pyrolyseanlagen eingesetzten Rohrleitungen aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, waren nach relativ kurzen Betriebszeiten Anbackungen an den Innenseiten dieser Rohrleitungen festzustellen, die zu Querschnittsverengungen und daraus resultierenden Prozeßstörungen führten, was häufige Abschaltungen zum Zwecke der Reinigung der Rohrleitungen oder sonst betroffenen Anlagenteile erforderte.at the so far with all on an industrial scale executed Pyrolysis systems used metal pipelines, preferably made of steel, were caking after relatively short operating times on the insides of these pipes, leading to cross-sectional constrictions and resulting process disturbances led to what frequent Shutdowns for the purpose of cleaning the pipelines or otherwise affected plant parts required.
Die Anbackungen bestanden jeweils aus den klebrigen Kondensatanteilen, die sich mit dem Staub aus dem Pyrolysegas zu einer zähen Masse verbinden.The Caking consisted in each case of the sticky condensate fractions, which turns with the dust from the pyrolysis gas to a tough mass connect.
Zur Verringerung dieser Anbackungen wurden die Rohrleitungen mit Begleitheizungen und sorgfältig ausgeführten Isolierungen versehen. Diese teuren Investitionen bewirkten zwar eine deutliche Verringerung der Anbackungen, führten aber andererseits zu einem drastischen Anstieg des Energiebedarfs der Anlagen.to Reduction of these caking became the pipelines with trace heating and carefully executed Insulations provided. These expensive investments did indeed effect a significant reduction in the caking, but on the other hand led to a drastic increase in the energy requirements of the plants.
Ähnliche
prozeßbedingte
Querschnittsverengungen in Rohrleitungen und anderen Anlagenteilen entstehen
auch bei der Vergasung von Naturstoffen, nachwachsenden Rohstoffen,
Pflanzenabfällen
und anderen kohlenstoffreichen Abfallstoffen zu Wasserstoff und
Kohlenmonoxid nach der Gleichung
Nach
dieser Gleichung, die auch Wassergasreaktion genannt wird, wurde
früher
aus Koks und Wasserdampf Stadtgas, und wird heute noch Methanol
hergestellt. Dabei wird nicht, wie bei der Pyrolyse, unter Luftausschluß gearbeitet,
sondern das kohlenstoffhaltige organische Material wird mit einer
unterstöchiometrischen
Menge an Luft bzw. Sauerstoff verschwelt, und der Rest wird über die
Wassergasreaktion und das Boudouard-Gleichgewicht umgesetzt. Nach
Boudouard entsteht aus Kohlendioxid und Kohlenstoff Kohlenmonoxid,
welches umgekehrt in Kohlenstoff und Kohlendioxid zerfällt, wobei
diese Reaktion durch Metalle der Eisengruppe, insbesondere durch
Fe, Co, und Ni katalysiert wird:
Bei Biogas erzeugenden Anlagen besteht also prozeßbedingt immer die Gefahr von Anbackungen und Ablagerungen von Kohlenstoff an den Innenseiten von Rohrleitungen und anderen Anlagenteilen, insbesondere wenn diese aus Metall bzw. Stahl bestehen. Daher kommt es bei Biogas erzeugenden Anlagen ebenso wie bei Pyrolyseanlagen zu prozeßbedingten Querschnittsverengungen in den Heißgas führenden Teilen dieser Anlagen.In the case of biogas-producing plants, the danger of caking and deposits of carbon on the interior therefore always exists due to the process sides of pipelines and other parts of installations, in particular if they are made of metal or steel. Therefore, it comes in biogas-producing plants as well as in pyrolysis plants to process-related cross-sectional constrictions in the hot gas leading parts of these plants.
Dieses Problem ist seit Jahrzehnten bekannt. Abgesehen von der bereits genannten Beheizung der Rohrleitungen, hat man die Querschnittsverengungen bzw. Anbackungen nach dem Abschalten der Anlagen, teils mechanisch mit Eisenstangen durch besondere Reinigungsöffnungen entfernt, teils mit Hilfe eines Hochdruckwasserstrahls, und zum Teil wurden Rohrleitungsmulche, d. h. in der Rohrleitung fahrbare Reinigungsvorrichtungen, verwendet, um die Querschnittsverengungen zu beseitigen.This Problem has been known for decades. Apart from that already heating the pipes mentioned, one has the cross-sectional constrictions or caking after switching off the equipment, partly mechanically removed with iron bars through special cleaning holes, partly with Help of a high-pressure water jet, and partly were pipe mulch, d. H. in the pipeline mobile cleaning devices used, to eliminate the cross-sectional constrictions.
Gelegentlich wurde auch versucht, die Anbackungen bei geringer Luftzufuhr abzubrennen, was aber bei Pyrolyseanlagen, die unter Luftausschluß arbeiten, zu sehr aufwendigen nachträglichen Spülmaßnahmen mit Stickstoff oder anderen Inertgasen führt.Occasionally was also trying to burn off the caking at low air supply, but what about pyrolysis plants that work under exclusion of air, too elaborate subsequent flushing with nitrogen or other inert gases.
Alle bisher angewandten Arten der Entfernung der kohlenstoffhaltigen Anbackungen haben sich als unvollkommen, zeitaufwendig und kostenintensiv erwiesen.All Previously used types of removal of carbonaceous Caking has proven to be imperfect, time consuming and costly proved.
Die bei metallischen Rohrleitungen bisher unbedingt notwendige elektrische Begleitheizung erforderte beträchtliche Investitionen und zusätzliche Betriebskosten: Die Stromkosten für die Begleitheizung der Rohrleitungen einer Pyrolyseanlage betragen etwa 30% des Gesamtstromverbrauchs solcher Anlagen!The in metallic pipelines so far absolutely necessary electrical Heat tracing required considerable Investments and additional operating costs: The electricity costs for the heat tracing the piping of a pyrolysis plant amount about 30% of the total electricity consumption of such systems!
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem prozeßbedingte Querschnittsverengungen in Heißgas führenden Anlagen oder Teilen solcher Anlagen verhindert werden können, ohne die Betriebskosten der Anlagen durch zusätzliche elektrische Begleitheizungen zu erhöhen, und zwar ein Verfahren, das es gleichzeitig gestattet, auf die Abreinigung mit Mulchen, mit Hochdruckwasserstrahl oder mit mechanischen oder thermischen Mitteln zu verzichten.Of the Invention has for its object to provide a method with the process-related Cross-sectional constrictions in hot gas leading facilities or parts of such facilities can be prevented without the operating costs of the plants by additional increase electrical heat tracing, a process at the same time allowing for cleaning with mulch, with high-pressure water jet or with mechanical or thermal To dispense funds.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von Keramikrohren oder mit Keramik ausgekleideten Stahlrohren zur Verhinderung prozeßbedingter Querschnittsverengungen in heißgasführenden Rohrleitungen von Müllpyrolyseanlagen oder Biogas erzeugenden Anlagen, wobei die Temperatur des Heißgases höchstens 550°C beträgt.These The object is achieved by the use of ceramic pipes or ceramic-lined Steel pipes to prevent process-related cross-sectional constrictions in hot gas Pipelines of waste pyrolysis plants or biogas-producing plants, wherein the temperature of the hot gas at most 550 ° C.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß beim Ersatz der bisherigen Metallrohre durch Keramikrohre und beim Auskleiden anderer metallischer Anlageteile mit keramischem Werkstoff, und zwar überall dort, wo diese Teile oder Oberflächen mit Heißgas beaufschlagt werden, keine Anwachsungen oder Anbackungen aus Kohlenstoff, Teer, Kondensat und/oder Staub gebildet werden. Ganz offensichtlich verhalten sich organische Kondensate und Stäube in bezug auf metallische Oberflächen ganz anders als in bezug auf Oberflächen aus keramischen Werkstoffen. Ob dies im einzelnen auf elektrostatischen, katalytischen oder anderen Effekten beruht, ist vorläufig noch nicht genau bekannt.It has surprisingly shown that when Replacement of the existing metal pipes with ceramic pipes and lining other metallic parts with ceramic material, where these parts or surfaces with hot gas no accretions or caking of carbon, Tar, condensate and / or dust are formed. Very obviously behave organic condensates and dusts with respect to metallic surfaces completely different than with respect to surfaces made of ceramic materials. Whether in detail on electrostatic, catalytic or other Effects is preliminary not yet known exactly.
Jedenfalls hat ein Test an einer Müllpyrolyseanlage, die aus zwei Pyrolysegassträngen besteht und bei der ein Strang der Pyrolysegasleitung mit keramischem Material ausgekleidet worden ist, erwiesen, daß über mehrere Monate hinweg der Keramikstrang keine Querschnittsverengung durch Ablagerungen, Anbackungen oder Anwachsungen auf den Innenseiten der Rohrleitungen aufwies, während der Metallrohrstrang wie bisher solche Anbackungen bzw. Querschnittsverengungen aufwies.In any case has a test at a garbage pyrolysis plant, which consists of two pyrolysis gas strands and in which a strand of the pyrolysis gas line with ceramic Material has been lined, proved that over several months of the Ceramic strand no cross-sectional narrowing due to deposits, caking or accretions on the insides of the pipelines, while the metal tubing as before such caking or cross-sectional constrictions had.
Der Einsatz keramischer Werkstoffe für die gasführenden Anlagen oder Teile solcher Anlagen weist im Vergleich zu den früheren Metallrohren oder metallischen Anlagen folgende Vorteile auf:
- – wesentlich niedrigere Investitionskosten,
- – wesentlich niedrigere Betriebskosten durch Einsparung der elektrischen Energie für Begleitheizungen,
- – keine Betriebsunterbrechungen durch Querschnittsverengungen bis zum Zuwachsen der Rohrleitungen,
- – kein Reinigungsaufwand zur Entfernung von Anbackungen,
- – wesentlich geringere Wärmedehnungen und damit geringere Schäden an Kompensatoren, insbesondere bei langen Rohrleitungen.
- - much lower investment costs,
- - significantly lower operating costs by saving electrical energy for heat tracing,
- - no interruptions to operation due to cross-sectional constrictions until the pipes have closed,
- No cleaning to remove caking,
- - Significantly lower thermal expansion and thus lower damage to compensators, especially for long pipes.
Als besonders vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Verwendung, wie schon erwähnt, bei Hausmüllpyrolyseanlagen erwiesen, aber auch bei Biogas erzeugenden Anlagen.When Particularly advantageous, the use of the invention, as already mentioned, in domestic waste pyrolysis proven, but also in biogas-producing plants.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird als keramischer Werkstoff ein oxidkeramischer, nitridkeramischer, oxynitridkeramischer und/oder karbidkeramischer Werkstoff verwendet, besonders bevorzugt ein Werkstoff auf Basis von Aluminiumoxid, ein SiAlON-Werkstoff oder ein SiAlON enthaltender Werkstoff.at a preferred embodiment the use according to the invention As ceramic material, an oxide-ceramic, nitride-ceramic, used oxynitride ceramic and / or carbide ceramic material, Particularly preferred is a material based on aluminum oxide, a SiAlON material or a SiAlON-containing material.
Rohrleitungen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, bestehen vorteilhaft aus Keramikrohren, wie sie beispielsweise für Kamine und Schornsteine verwendet werden.Pipelines, used in the invention can be are advantageously made of ceramic pipes, such as those for fireplaces and chimneys are used.
Wegen ihres geringen Wärmedurchgangs eignet sich Sinterkeramik besonders gut als keramischer Werkstoff zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Verwendung, und wegen der guten Kombination zwischen mechanischen und thermischen Eigenschaften wird eine Sinterkeramik bevorzugt, die nach dem SinterHIP-Verfahren hergestellt, also gesintert und gleichzeitig heißisostatisch verpreßt ist.Because of their low heat transfer is suitable sintered ceramics are particularly well used as a ceramic material in the use according to the invention, and because of the good combination of mechanical and thermal Properties a sintered ceramic is preferred, according to the SinterHIP method made, so sintered and hot isostatically pressed at the same time.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn eine Sinterkeramik verwendet wird, die mit einer Beschichtung zum Verschließen offener Poren und zum Glätten der mit dem Gas beaufschlagten Oberflächen versehen ist. Denn es hat sich gezeigt, daß die Neigung zur Bildung von Anbackungen aus Teer, Kondensat und Staub an den Innenseiten der Rohrleitungen um so geringer ist, je glatter die Oberfläche des keramischen Werkstoffs ist. Besonders vorteilhaft sind deshalb Oberflächen aus glasierter Sinterkeramik. Da die Porosität des keramischen Werkstoffes im Interesse eines geringen Wärmedurchgangs für das erfindungsgemäße Verfahren sehr wichtig ist, darf das Verschließen der offenen Poren an den mit dem Heißgas beaufschlagten Oberflächen jedoch nicht mit einer Reduzierung der Porosität des keramischen Werkstoffes insgesamt, d. h. im Querschnitt der Rohrwandungen verwechselt werden. Auch wenn erfindungsgemäß beispielsweise glasierte Keramikrohre eingesetzt werden, handelt es sich um durch und durch poröse Keramikrohre, die entweder nur innen oder innen und außen mit einer glasartigen, glatten Beschichtung versehen sind.Especially good results are achieved when using a sintered ceramic which is provided with a coating for closing open pores and for smoothing the is provided with the gas acted surfaces. For it has been shown that the Tendency to form deposits of tar, condensate and dust on the insides of the pipelines, the smoother the smoother the surface of the ceramic material. Therefore, particularly advantageous surfaces made of glazed sintered ceramic. As the porosity of the ceramic material in the interest of a low heat transfer for the inventive method very important is closing however, the open pores on the hot gas surfaces not with a reduction in the porosity of the ceramic material in total, d. H. be confused in the cross section of the pipe walls. Even if glazed according to the invention, for example Ceramic pipes are used, it is through and through porous Ceramic pipes, which are either only inside or inside and outside with a glassy, smooth coating are provided.
Anstelle von Keramikrohren können auch keramische Innenverkleidungen für Rohre aus Metall oder anderen Werkstoffen verwendet werden, wobei die keramischen Werkstoffe ganz oder teilweise durch mineralische Baustoffe wie z. B. Gips oder Beton, oder durch Glas ersetzt sein können.Instead of of ceramic pipes can also ceramic interior linings for pipes made of metal or other Materials are used, with the ceramic materials completely or partially by mineral building materials such. Gypsum or Concrete, or replaced by glass.
Die erfindungsgemäße Verwendung ist ebenso auf Teile von Rohrleitungen anwendbar, also einzelne Rohre, Rohrkrümmer, Abzweigungen, Muffen und dergl..The use according to the invention is also applicable to parts of piping, so individual Pipes, elbows, Branches, joints and the like
Die gasführenden Rohrleitungen sind vorzugsweise solche, die Rauchgas, Synthesegas, Wassergas (CO + H2), Biogas und/oder Gase führen, die bei einer unvollständigen Verbrennung oder bei einer Pyrolyse entstehen.The gas-carrying pipelines are preferably those which carry flue gas, synthesis gas, water gas (CO + H 2 ), biogas and / or gases which result from incomplete combustion or pyrolysis.
Die gasführenden Anlagen oder Teile sind Bestandteil einer Müllpyrolyseanlage oder einer Biogaserzeugungsanlage.The gas-bearing Installations or parts are part of a garbage pyrolysis plant or a Biogas production plant.
Zwar
sind Keramikrohre als solche und mit keramischem Werkstoff ausgekleidete
Metallrohre seit langem bekannt (vgl. z. B.
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