DE102009007880A1

DE102009007880A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas aus Vergasungsanlagen

Info

Publication number: DE102009007880A1
Application number: DE200910007880
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Rabe
Original assignee: ETA AG ENGINEERING
Current assignee: ETA AG ENGINEERING
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas aus Vergasungsanlagen, welches aus chlorhaltigen Brenn- und Abfallstoffen mit Kunststoffanteilen von > 10%, mittels partieller Oxidation in einem Vergasungsreaktor erzeugt und nach einer speziellen Behandlung und Reinigung einer energetischen oder stofflichen Verwertung zugeführt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines umweltrelevanten Verfahrens zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas in ein weiterverarbeitbares bzw. energetisch nutzbares Gas, welches in einfacher Weise eine optimale Anpassung an den jeweiligen Vergasungsstoff sowie das gewünschte Reingas ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer Anlage, die mindestens aus einer Vergasungseinrichtung zum Vergasen von chlorhaltigen Brenn- und Abfallstoffen und einer Kühlvorrichtung besteht, wobei der Vergasungseinrichtung eine Kühlvorrichtung zur Absenkung der Gastemperatur von 600 bis 1100°C auf 100 bis 300°C nachgeschaltet ist und aus einer Lager- und Dosiervorrichtung spezielle kalkstämmige Sorbentien in den Rohgasstrom eingebracht werden und das derartig konditionierte Gas mittels einer Filtereinrichtung gereinigt und anschließend gewaschen und/oder gekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas, welches aus chlorhaltigen Brenn- und Abfallstoffen mit Kunststoffanteilen von > 10%, mittels partieller Oxidation in einem Vergasungsreaktor erzeugt und nach einer speziellen Behandlung und Reinigung einer energetischen oder stofflichen Verwertung zugeführt werden kann.
Es ist bekannt, chlorhaltige Brenn- und Abfallstoffe wie Kohle, Holz, Kunststoffpellets und andere chlor- und kohlenstoffhaltige Materialien durch partielle Oxidation, mittels Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherten Gasen in ein Rohgas, ein Gasgemisch, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf und gasförmige Kohlenwasserstoffe enthält, umzusetzen. Das Gasgemisch führt auch nicht reagierten Kohlenstoff, Schlacke oder Asche, verdampfte Salze (säurebildende Schadstoffe (HCl, HF) und andere desublimierbare Dämpfe, wie Schwermetallverbindungen wie mit Quecksilber sowie ökotoxische Schadstoffe wie z. B. PCDD/DF mit sich. Die Vergasung findet, je nach Verfahren, bei Temperaturen zwischen 700 und 2000°C und bei Drücken zwischen < 1 und 120 bar statt.
Bei herkömmlichen Vergasungsverfahren wird das entstandene Rohgas abgekühlt und gereinigt. Um das Rohgas abzukühlen, werden mehrere Kühlungsvarianten angewendet: Das Abkühlen des Rohgases erfolgt durch indirekten Wärmetausch in einem Gaskühler, um Dampf zu erzeugen oder andere Materialströme aufzuheizen und durch direktes Abkühlen des Rohgases durch Quenchen mit Wasser oder Rückführgas. Generell ist das indirekte Kühlen von Rohgasen durch eine stetige Verschmutzung der Kühlflächen gekennzeichnet welche zu Anlagenstörungen und -abschaltungen führen. Die bekannten Mittel zur Minderung der Verschmutzungsfolgen wie Rußbläser, Klopfer, Beschallung oder Überdimensionieren der Heizflächen sind wenig erfolgreich. Besonders bei stark salzhaitigen Vergasungs-Einsatzstoffen sind die Gaskühlflächen in kürzester Zeit verschmutzt und die Gaswege verstopft.
In DE 3724947 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Rohgas aus einer partiellen Oxidation von kohlenstoffhaltigem Material im Wirbelschichtverfahren, Festbettverfahren oder Flugbettverfahren in einem nach geschalteten Wirbelschicht-Kühler mit Zusatz-Feststoff und Kühlung auf Temperaturen von 100 bis 500°C vorgeschlagen. Mit der Wirbelschichtkühlung soll eine kontinuierliche und kontrollierte Selbstreinigung durch den in der Wirbelschicht befindlichen Feststoff ermöglicht werden. Zusätzlich sollen die Wirbelschicht-Feststoffpartikel Desublimationszentren für Salz- und andere in dem Rohgas enthaltene Dämpfe sein. Durch Teilausschleusen der Wirbelschicht- Feststoffe sollen die Desublimationsprodukte aus dem Gasraum entfernt und somit wird die Belastung der nachgeschalteten Anlagen vermindert werden. Nachteilig ist, dass hohe Chloranteile mit dem Gas weiter transportiert werden und bei weiterer Kühlung zu Korrosionsproblemen führen bzw. aufwändige Wäschen mit hohem Prozesswasseranfall erfordern.
In DE 2004 002 766 wird ein neues Verfahren und eine Anlage zur Herstellung flüssiger Energieträger aus festen Kohlenstoffträgern mit Sauerstoff als Vergasungsmittel beschrieben, bei dem in Kombination mit einer Wirbelschichttrocknung, einer Wirbelschichtvergasung, einer Wirbelschichtkühlung und einer zusätzlichen Wirbelschichtverbrennung für die Abproduktenaufbereitung ein Synthesegas für die Metha nolerzeugung erzeugt werden soll. Feste Kohlenstoffträger können auch Kunststoffe mit Chloranteilen sein. Die vorgeschlagene Anlagenkombination ist für den Einsatz dieser Einsatzstoffen nicht geeignet, da mit der vorgeschlagenen Anlagenkombination keine Synthesegasqualität erreicht wird und es auf dem Rohgas-/Reingasweg zu starken Korrosionserscheinungen kommen kann.
In einem Verfahren gemäß DE 25 50 205 A1 wird vorgeschlagen, dass Rohgas zur Erzeugung von methanreichem Gas als Heißgas zu entstauben und die Kühlung im Rahmen einer Abhitzeerzeugung zu realisieren und anschließend vorwiegend indirekt zu kühlen und saure Komponenten zu entfernen. Für die weitere Aufbereitung ist eine mehrstufige Kühlung-, Kondensations- und Abscheideanlage erforderlich. Das Gasreinigungsverfahren ist sehr komplex und technisch aufwändig.
Nach einem Vorschlag gemäß DE 43 28 188 C2 soll aus depolymerisierten Kunststoffabfällen in einem Flugstromvergaser das erzeugtes Rohgas von > 1000°C in einem Strahlungskühler auf bis zu 500°C und in einem Konvektionskühler auf bis zu 150°C gekühlt werden. Das so gekühlte Gas wird gewaschen und anschließend von der entstandenen Asche und Reststaub getrennt. Bei diesem Nassverfahren ist mit einem erheblichen apparatetechnischen Aufwand mit Verschmutzungen und Korrosion und somit erheblichen Betriebskosten zu rechnen.
Zusammenfassend zum Stand der Technik ist festzuhalten, dass die Behandlung von Rohgas, welches aus chlorhaltigen Brenn- und Abfallstoffe in den bekannten Wirbelschicht-, und Festbettvergasungsverfahren erzeugt wurde nur mit hohem anlagentechnischen Aufwand und hohen Betriebskosten zu verwertbarem Brenn- oder Synthesegas möglich ist.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein umweltrelevantes Verfahren zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas in ein weiterverarbeitbares bzw. energetisch nutzbares Gas, insbesondere solches, welches aus industriellen organischen chlorhaltigen Abfallstoffen mit Kunststoffanteilen von > 10%, wie von Shredderrückständen aus der Altautoaufbereitung, Rückständen aus dem Kunststoffrecycling u. a. m. erzeugt wird, zu schaffen. Außerdem soll eine zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung aufgezeigt werden.
Die vorliegende Erfindung löst die beschriebenen Probleme zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas aus Vergasungsanlagen in einem Verfahren welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer Anlage, die mindestens aus einer Vergasungseinrichtung zum Vergasen von chlorhaltigen Brenn- und Abfallstoffen zur Erzeugung eines Brenn- oder Synthesegas und einer Kühleinrichtung besteht die der Vergasungseinrichtung nachgeschaltet ist, vorzugsweise eine Verdampfungskühlung zur Absenkung der Gastemperatur von 600 bis 1100°C auf 100 bis 300°C und aus einer Lager- und Dosiervorrichtung kalkstämmige Sorbentien mit einer spezifischen Oberfläche von 20 bis 200 m²/g und einem Porenvolumen von 0,1 bis 0,3 cm³/g solo oder im Gemisch mit 0,5 bis 20% Herdofenkoks und/oder Aktivkohle in den Rohgasstrom vor der Kühleinrichtung und/oder in die Kühleinrichtung und/oder nach der Kühleinrichtung eingebracht werden und dass das derartig konditionierte Gas mittels einer Filtereinrichtung gereinigt wird.
Erfindungsgemäß wird das gefilterte Gas vor der weiteren Verwertung gewaschen und/oder auf eine Temperatur von < 40°C gekühlt.
Die bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung anfallenden Kondensate aus einer der Wasch- und/oder Kühleinrichtung nach geschalteten Abscheidevorrichtung werden anteilig in die Vergasungseinrichtung und/oder die Rohgasleitung und/oder die Wasch- und/oder Kühleinrichtung zurück geführt, wobei die kohlenwasserstoffreichen Kondensate in die Vergasungseinrichtung und die kohlenwasserstoffarmen Kondensate in die Rohgasleitung und/oder die Wasch- und/oder Kühleinrichtung zurück geführt werden.
In zusätzlichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden Anteile des gereinigten und auf < 100°C abgekühlten erzeugten Gases als Kühlmedium in die Rohgasleitung nach dem Ausgang aus der Vergasungseinrichtung zurück geführt.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Filterrückstände aus der Filtereinrichtung anteilig in den Gasweg vor der Filtereinrichtung und/oder in die Vergasungseinrichtung eingebracht.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Brenn- und Abfallstoffe solche mit einem erhöhtem Heizwert und dabei mit einem Kunststoffanteil von > 10 Ma.% und einem Chlorgehalt von 0,2 bis 10% eingesetzt, die vor der Einbringung in die Vergasungseinrichtung auf eine Schüttdichte von 0,2 bis 0,8 t/m³ und eine Korngröße von 10 bis 100 mm eingestellt werden.
Bei der Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erzeugte Rohgas mindestens einer Kühlung, vorzugsweise durch Verdampfungskühlung, einem Eintrag von festen Sorbentien in den Rohgasstrom und einer Reinigung mit Gewebefilter unterzogen. Der Gewebefilter bewirkt als zweite Sorptionsstufe insbesondere für Chloride und Schwermetalle eine verbesserte Ausnutzung des Sorptionsmittels sowie eine Abscheidung nahezu sämtlicher fester Bestandteile im Gasstrom.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Behandlung eines chlorhaltigen Brenn- oder Synthesegases, besteht aus mindestens einem Vergasungsapparat, einer Kühleinrichtung für Rohgas, einer Lager- und Dosiervorrichtung für Sorbentien, einer Filtereinrichtung und einer der Filtereinrichtung nach geschalteten Wasch- und/oder Kühlvorrichtung.
Die Vergasungseinrichtung ist dabei mit dem Ausgang einer Filteranlage für das Rohgas für Filterrückstände und dem Ausgang einer der Filteranlage für Rohgas nach geschalteten Wasch- und/oder Kühleinrichtung verbunden.
Mit der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Lösung werden, unabhängig von den eingesetzten Brenn- und Abfallstoffen, neben den Feststoffanteilen unter anderem saure Gaskomponenten wie Chlorwasserstoff (HCl) und in einigen Fällen auch Fluorwasserstoff (HF) eingebunden und aus dem System entfrachtet. Aber auch ökotoxische Schadstoffe wie Dioxine/Furane (PCDD/DF) oder Schwermetalle wie z. B. Quecksilber (Hg), Zink (Zn) und/oder Blei (Pb) können aus dem Gas auf recht einfache Weise abgeschieden werden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gesamtprozesses ist, dass mehrere Komponenten gleichzeitig simultan abgeschieden werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren bewirkt vergleichsweise geringe Investitions- und Betriebskosten, geringen Personalaufwand durch die einfache Konzeption und Platz sparende Bauweise. Die vorgeschriebenen Grenzwerte können sicher eingehalten werden. Die Reaktionsprodukte fallen in der Regel trocken an, so dass eine aufwändige Prozesswasseraufbereitung oder Eindampfung von Salzen entfallen kann.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung.
Die Kompaktanlage besteht aus einem Vergasungsreaktor 3, ausgeführt als Festbettreaktor, einem Verdampfungskühler 5, einem Silo für Sorbentien 7, einer Filtereinrichtung für Rohgas 9, einer Wasch-/Kühleinrichtung 12, einer Kondensatabscheideeinrichtung 14 einem Gebläse 16, einem Wärmetauscher/Kühler 17 einem Gaskessel 19 und einem Rauchgaskamin 21.
Als Vergasungsstoff 1 für die Kompaktanlage werden pelletierte Kunststoffrückstände mit einer Korngröße von 10 bis 30 mm in einer Gesamtmenge von 1 t/h mit einem Aschegehalt von 8% eingesetzt. Der Heizwert des Vergasungsstoffs 1 beträgt 30 MJ/kg, der Chlorgehalt 2 Ma% und die Summe der umweltrelevanten Schwermetalle 3 g/kg.
In den Vergasungsreaktor 3 wird als Vergasungsmittel 2 Luft in einer Menge von 1.400 m³ i. N./h eingesetzt. Als Vergasungsrückstand 23 fällt eine Asche mit einem C-Gehalt von < 3 Ma% an, die einer Ablagerung zugeführt wird. In den Vergasungsreaktor 3 gelangen weiter bei erhöhten Kohlenstoffanteilen im beladenen Sorbens 10 anteilig das beladene Sorbens 10 aus der Filtereinrichtung 9 sowie kohlenwasserstoffhaltige Kondensate 15 aus der Kondensatabscheideeinrichtung 14. Das erzeugte Rohgas 4 wird in einer Menge von 2.100 m³ i. N./h, einem Feststoffgehalt von 5 g/m³ i. N. und einem Chloridgehalt von 9.500 mg/m³ i. N. in einem Verdampfungskühler 5 mit Kühlmedium 8 auf 150°C abgekühlt.
In den Rohgasstrom 4 wird nach der Verdampfungskühlung 5 ein kalkhydratbasiertes Sorbens 6 mit einem Porenvolumen von 0,2 cm³/g und einer spezifischen Oberfläche von 20 m²/g mit einem Anteil an 8% Herdofenkoks aus einem Silo für Sorbentien 7 in einer Gesamtmenge von 40 kg/h injiziert.
Das mittels Sorbentien (Kalkhydrat/Herdofenkoks/Aktivkohle) 6 behandelte Rohgas 4 wird in einer Filtereinrichtung Rohgas 9, ausgeführt als Gewebefilter von den enthaltenen Staubanteilen sowie den beladenen Sorbentien 10 weitgehend befreit. Der Feststoffanteil im Gas nach der Filtereinrichtung 9 beträgt < 5 mg/m³ i. N. und der Chlorgehalt < 10 mg/m³ i. N Mit dem beladenen Sorbens 10 werden bereits 2,9 g Schwermetalle/h und damit 96% des Inputs abgeschieden. Je nach Ausnutzungsgrad und Beladung des Filterrückstands 10 erfolgt eine anteilige Rückführung in den Rohgasstrom 4, in den Vergasungsreaktor 3 oder eine umweltgerechte Entsorgung.
Das gefilterte Reingas 11 wird über eine Kühl-/Waschvorrichtung 12 geleitet und hier mittels eines wässrigen Kühl-/Waschmedium 8 gewaschen sowie mit Kühlmedium 22 mit 20°C, indirekt auf 30°C abgekühlt. Aus einer der Kühl-/Waschvorrichtung 12 nach geschalteten Kondensatabscheideeinrichtung 14 wird Kühl-/Waschmedium 8 anteilig im Kreislauf gefahren und in der Verdampfungskühlung eingesetzt. Je nach Beladungsgrad wird kohlenwasserstoffhaltiges Kondensat 15 entsorgt bzw. anteilig in den Vergasungsreaktor 3 zurück geführt.
Über ein Gebläse 16 wird das erzeugte Reingas 11 in einer Menge von 2.080 m³ i. N./h und mit einem Heizwert von 7,0 MJ/m³ i. N. über ein Gebläse 16 und einem nach geschalteten Kühler 17 in einem Gaskessel 19 energetisch verwertet. Das erzeugte Rauchgas 20 wird über einen Kamin 21 bei Unterschreitung aller relevanten Emissionsgrenzwerte in die Atmosphäre geleitet.

1: Vergasungsstoff
2: Vergasungsmittel
3: Vergasungsreaktor
4: Rohgas/-leitung
5: Verdampfungskühler
6: Sorbentien Kalkhydrat/Herdofenkoks/Aktivkohle
7: Silo für Sorbentien
8: wässriges Kühl-/Waschmedium
9: Filtereinrichtung Rohgas
10: Filterrückstand/beladenes Sorbens
11: Reingas/-leitung
12: Kühl-/Waschvorrichtung
13: Kondensat
14: Kondensatabscheideeinrichtung
15: kohlenwasserstoffhaltiges Kondensat
16: Gebläse
17: Wärmetauscher/Kühler
18: Kreislaufgas
19: Gaskessel
20: Rauchgas
21: Rauchgaskamin
22: Kühlmedium
23: Vergasungsrückstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3724947 A1 [0004]
- DE 2004002766 [0005]
- DE 2550205 A1 [0006]
- DE 4328188 C2 [0007]

Claims

Verfahren zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas aus Vergasungsanlagen, wobei das erzeugte Rohgas von 600 bis 1100 auf 100 bis 300°C gekühlt wird und aus einer Lager- und Dosiervorrichtung kalkstämmige Sorbentien mit einer spezifischen Oberfläche von 20 bis 200 m²/g und einem Porenvolumen von 0,1 bis 0,3 cm³/g solo oder im Gemisch mit 0,5 bis 20% Herdofenkoks und oder Aktivkohle in den Gasstrom vor der Kühlleinrichtung und/oder in die Kühlleinrichtung und/oder nach der Kühlleinrichtung eingebracht werden und dass das derartig konditionierte Gas mittels einer Filtereinrichtung gereinigt wird, die Filterrückstände anteilig in den Gasweg vor der Filtereinrichtung und/oder in die Vergasungseinrichtung eingebracht werden, dass das gefilterte Gas gewaschen und/oder auf eine Temperatur von < 40°C gekühlt wird und die anfallenden Kondensate aus einer der Wasch- und/oder Kühleinrichtung nach geschalteten Kondensatabscheideeinrichtung anteilig in die Vergasungseinrichtung und/oder die Rohgasleitung und/oder die Wasch- und/oder Kühleinrichtung zurück geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenn- und Abfallstoff ein solcher mit erhöhtem Heizwert von > 15 MJ/kg und dabei mit einem Kunststoffanteil von > 10 Ma.% und Chlorgehalten von 0,3 bis 15 Ma% eingesetzt wird, der vor der Einbringung in die Vergasungseinrichtung auf eine Schüttdichte von 0,2 bis 0,8 t/m³ und einer Korngröße von 10 bis 100 mm eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsrohgas mindestens einer Kühlung und einer Reinigung mit Gewebefilter unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Rohgases in einem Verdampfungskühler erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rohgaskühlung Reingas mit einer Temperatur von < 100°C in den Rohgasstrom zurück geführt und als zusätzliches Kühlmedium eingesetzt wird.
Vorrichtung zur Behandlung zur Behandlung von chlorhaltigem Rohgas aus Vergasungsanlagen, bestehend aus mindestens einer Vergasungseinrichtung, einer Kühleinrichtung, einer Lager- und Dosiervorrichtung für Sorbentien, einer Filtereinrichtung und einer der Filtereinrichtung nach geschalteten Wasch- und/oder Kühleinrichtung sowie einer der Wasch- und/oder Kühleinrichtung nach geschalteten Kondensatabscheideeinrichtung, wobei die Vergasungseinrichtung mit dem Ausgang einer Filteranlage für Filterrückstände und dem Ausgang einer der Wasch- und/oder Kühleinrichtung nach geschalteten Kondensatabscheideeinrichtung verbunden ist.