DE102014000471A1 - Verfahren zur thermischen Spaltung von organischen Abfallstoffen - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren dient zur thermischen Spaltung von organischen Abfallstoffen, die einen Schmelzpunkt von weniger als 250°C aufweisen. Die Erzeugung von beispielsweise Synthesegas aus organischen Abfallstoffen mit niedrigem Schmelzpunkt ist oftmals schwierig, da die Materialien verdampfen und unzersetzt in den abgeführten Gasstrom gelangen können. Um dies zu vermeiden wird vorgeschlagen, die organischen Abfallstoffen in flüssiger und/oder dampfförmiger Form in den aufsteigenden Gasstrom im Gegenstrom zu einem als aufgeheiztes Schüttgutwanderbett ausgebildeten Energiepuffer einzudosieren und die organischen Abfallstoffe während der Durchströmung des Energiepuffers unter reduktiven Bedingungen thermisch zu Synthesegas zu spalten, wobei die Eigentemperatur des Energiepuffers einen Gradienten aufweist, der in Strömungsrichtung des gebildeten Synthesegases abnimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur thermischen Spaltung von organischen Abfallstoffen, die einen Schmelzpunkt von weniger als 250°C aufweisen.
  • In der Praxis hat sich die Entsorgung von organischen Abfallstoffen, insbesondere wenn diese kontaminiert sind, als sehr problematisch erwiesen. Insbesondere bei kontaminierten Abfallstoffen ist es oft unmöglich, aus diesen wiederverwertbare Grundstoffe herzustellen, während die Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen in der Regel ebenfalls nicht ohne weiteres möglich ist, weil entweder die Verbrennungsabläufe den Einsatz nicht zulassen oder die Entstehung toxischer Substanzen zu befürchten ist, so dass beispielsweise die Ascheprodukte nicht ohne weiteres deponiefähig sind.
  • Aus der DE 10 2007 062 414 A1 ist ein autothermes Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen bekannt, das sich auch für die Vergasung problematischer Abfallstoffe eignet. Bei dem dort beschriebenen Verfahren erfolgt die Zugabe der in fester Form vorliegenden organischen Abfallstoffe, bei denen es sich um kohlenstoffreiche Substanzen handelt, an der Oberseite eines Schachtofens, wo die kohlenstoffreiche Fracht gemeinsam mit einem Schüttgutwanderbett aufgegeben wird, wobei das Schüttgut selbst im Wesentlichen im Kreislauf geführt werden kann.
  • Das dort beschriebene Verfahren eignet sich allerdings nur für Materialien mit recht hohen Schmelzpunkten bzw. Materialien, deren Zersetzung bei Temperatur in festen Aggregatzustand einsetzt. Problematisch ist die Entsorgung von organischen Abfallstoffen, die einen niedrigen Schmelzpunkt unterhalb der Zersetzungstemperatur aufweisen, beispielsweise einen Schmelzpunkt von weniger als 250°C. Selbst wenn bei derartigen Abfallstoffen im Bereich der Zufuhr gemäß einem Verfahren nach der DE 10 2007 062 414 A1 Temperaturen vorliegen, die unterhalb des Schmelzpunktes des Materials liegen, besteht bei diesen Substanzen das Problem, das sie vor dem Erreichen von Temperaturzonen, in denen ihre Zersetzung stattfinden kann, verdampfen, so dass sie dann vom aufsteigenden Gasstrom mitgenommen werden und diesem unzersetzt beigemischt sind. Bei kleineren Mengen im Rahmen von Beigaben ist dies nicht weiter problematisch, allerdings führen große Mengen an Zugaben derartiger Abfallstoffe zusammen mit dem Wanderbett dazu, dass der Gehalt an verdampften Abfallstoffen im abgezogenen Gas zu groß ist. Dadurch können diese Mengen auch nicht mehr im Bereich einer Flugstromvergasungsstufe in Synthesegas umgewandelt werden. Im Übrigen bedeutet dies, dass das Verfahren auch nicht mehr autotherm ablaufen könnte, da das zu spaltende organische Material gar nicht mehr bis in die Reduktions- oder Oxidationszone eines beispielsweise zum Einsatz kommenden Vertikalschachtofens gelangen könnte.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das die Umwandlung von organischen Abfallstoffen in Synthesegas durch thermische Spaltung ermöglicht, die einen sehr niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die organischen Abfallstoffe in flüssiger und/oder dampfförmiger Form in den aufsteigenden Gaststrom im Gegenstrom zu einem als aufgeheiztes Schüttgutwanderbett ausgebildeten Energiepuffer dosiert werden, die organischen Abfallstoffe während der Durchströmung des Energiepuffers unter reduktiven Bedingungen thermisch zu Synthesegas gespalten werden und dabei die Eigentemperatur des Energiepuffers einen Gradienten aufweist, der in Strömungsrichtung des gebildeten Synthesegases abnimmt.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch die Zugabe der organischen Abfallstoffe mit niedrigem Schmelzpunkt in flüssiger und/oder dampfförmiger Form in einem Bereich erhöhter Temperatur des Schüttgutwanderbettes eine sichere Zersetzung der wesentlichsten Volumenbestandteile dieser Abfallstoffe erreichen lässt, so dass allenfalls geringfügige Mengen verdampfter Abfallstoffe in dem abgezogenen Synthesegas enthalten sind, wobei diese ggf. durch eine thermische Nachbehandlung zersetzt werden können. Die Zugabe erfolgt entsprechend an Stellen, bei denen eine derartig hohe Temperatur des Schüttgutwanderbettes vorliegt, dass die thermische Spaltung der Abfallstoffe zu weiten Teilen erreicht wird. Nicht zersetzte Bestandteile der organischen Abfallstoffe können auch mit dem sich in der Strömungsrichtung abkühlenden Gasstrom bei Erreichen der Kondensationstemperatur und ggf. auch des Erstarrungspunktes von dem Schüttgutwanderbett aufgenommen werden, so dass sie dann wiederum entgegen dem Gasstrom in Bereiche transportiert werden, in denen die Temperatur ausreicht, um die thermischen Spaltvorgänge ablaufen zu lassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für kohlenstoffhaltige Rückstände und/oder Siedefraktionen aus Destillations- und/oder Raffinationsprozessen aus der chemischen und/oder petrochemischen Industrie, kohlenstoffhaltige Neben- und/oder Koppelprodukte aus chemischen Umwandlungsprozessen und/oder organische Rückstände aus der chemischen und/oder thermischen Verwertung von Biomassen sowie kohlenstoffhaltige Rückstände und/oder unbrauchbare Trennphasen aus physikalischen und/oder chemischen Trennprozessen, zum Beispiel aus Extraktions- und/oder Eluationsverfahren. Derartige Produkte sind in der Regel für eine stoffliche Verwertung ungeeignet und können auch nicht ohne weiteres thermisch genutzt werden, da die Substanzen als Energieträger ungeeignet oder in einem Ausmaß kontaminiert sind, dass ein sicherer Ablauf der Brennprozesse nicht gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für die thermische Verwertung von Glykolen, die als ein Beispiel für Substanzen zu nennen sind, die in erheblichem Umfang als Abfallstoff anfallen aber bislang nur sehr kostenintensiv entsorgt werden konnten, auch weil sie in der Regel mit erheblichen Mengen an Wasser vermischt sind. Für das vorliegende Verfahren ist die Zugabe von Wasserdampf aber unproblematisch, je nach Betriebsbedingungen sogar gewünscht.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die organischen Abfallstoffe an wenigstens einer Stelle des Schüttgutwanderbettes mit einer Temperatur von wenigstens 400°C eindosiert werden. Eine derartig hohe Temperatur sorgt für die bereits erörterten thermischen Zersetzungsprozesse, bevor der Gasstrom dann in Bereiche niedrigerer Temperatur gelangt. Je nach Art der zum Einsatz kommenden Abfallstoffe kann die Temperatur an der Zugabestelle auch höher gewählt sein, wobei die Zugabe in sehr heißen Zonen problematisch sein kann, weil dann eventuell die thermische Zersetzung der organischen Abfallstoffe bereits in den Zuleitungen/Düsen vor dem eigentlichen Eintritt in den Gasstrom erfolgen kann. In der Praxis kann sich die Zugabestelle folglich nach einer Vielzahl von Parametern richten, wobei als wesentliche Faktoren die Art des organischen Abfallstoffes, die konstruktive Gestaltung der Zuleitungen und die Temperaturverteilung im Schüttgutwanderbett als wesentlichste Faktoren zu nennen wären.
  • Je nach Art und Menge der eingesetzten organischen Abfallstoffe kann es zweckmäßig sein, das Schüttgutwanderbett durch teilweise Oxidation von oxidierbaren Stoffen aufzuheizen, wobei das dafür notwendige sauerstoffhaltige Gas in unterstöchiometrischer Menge in den Energiepuffer eindosiert wird.
  • Je nach Art der zum Einsatz kommenden Abfallstoffe kann das Schüttgut aus metallischen und/oder mineralischen Materialien bestehen, wobei zur Einstellung eines geeigneten Gasstromes sich eine Korngrößenverteilung zwischen 5 und 300 mm, vorzugweise zwischen 10 und 150 mm als vorteilhaft erwiesen hat. Zu kleine Korngrößen behindern den Gasstrom, während zu große Korngrößen einen zu schnellen Gasstrom bewirken können, der den Ablauf der thermischen Spaltung behindern kann.
  • Insbesondere bei mit Schwefel, Halogenen oder Schwermetallen kontaminierten Abfallstoffen kommt als Schüttgut vorzugsweise wenigstens teilweise alkalisches Material zum Einsatz, vorzugsweise bestehend aus Karbonaten und/oder Oxiden der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle.
  • Wie bereits durch den Hinweis auf den Einsatz eines Vertikalschachtofens als Möglichkeit angedeutet worden ist, wird das Schüttgutwanderbett vorzugsweise durch seine eigene Schwerkraft von oben nach unten durch einen vertikalen Reaktionsraum geleitet, während das gebildete Synthesegas am oberen Ende des Reaktionsraumes abgezogen wird.
  • Um die bereits angesprochenen Kondensationsvorgänge zu fördern, mit welcher nicht zu Synthesegas umgesetzte organische Abfallstoffe zumindest teilweise auf der Oberfläche des Schüttgutwanderbetts kondensiert werden, ist vorgesehen, dass das Schüttgutwanderbett beim Eintritt in den Reaktionsraum eine Eigentemperatur von weniger als 200°C aufweist.
  • In einer weiteren bevorzugten Gestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass Kühlgas am unteren Ende des Reaktionsraums eindosiert wird, wodurch sich eine Kühlzone ausbildet und das Schüttgutwanderbett vor Austritt aus dem Reaktionsraum auf eine Eigentemperatur von weniger als 300°C abgekühlt wird. Diese Ausbildung vereinfacht die Kreislaufführung des Schüttgutwanderbettes und vermindert Energieverluste, da die überschüssige Wärmeenergie des Schüttgutwanderbettes durch das aufsteigende Kühlgas im Prozess gehalten wird.
  • Als Kühlgas können sauerstoffhaltiges Gas und/oder CO2-haltiges Gas oder alternativ im Verfahren selbst erzeugtes und abgekühltes Synthesegas eingesetzt werden. Die Verwendung von Synthesegas kann zweckmäßig sein, wenn der Energiegehalt der organischen Abfallstoffe nicht ausreichend ist, um das für die Synthesegaserzeugung notwendige Temperaturniveau aufzubauen.
  • Sauerstoffhaltiges Gas kann oberhalb und/oder am unteren Ende der Kühlzone eindosiert werden, wobei sich in beiden Fällen durch die unterstöchiometrische Partialoxidation oberhalb der Kühlzone eine Oxidationszone und darüber aufgrund des in der Oxidationszone verbrauchten Sauerstoffs eine Reduktionszone ausbildet.
  • Beispielsweise können die organischen Abfallstoffe in die Oxidationszone und/oder in die Reduktionszone eindosiert werden, wo in jedem Fall Temperaturen größer 400°C vorliegen, damit die Zersetzung der organischen Abfallstoffe sichergestellt ist.
  • Die organischen Abfallstoffe können auch vor Eintritt in den Reaktionsraum in Form einer Emulsion mit wasserhaltigen Flüssigkeiten und/oder zusammen mit gasförmigen Stoffen als Treibmittel, vorzugsweise zusammen mit Wasserdampf und/oder Luft und/oder CO2-haltigen Gasen eindosiert werden. Derartige Maßnahmen können sich je nach chemischen und physikalischen Eigenschaften der organischen Abfallstoffe ebenso wie zur Prozesssteuerung anbieten.
  • Da bei organischen Abfallstoffen mit höheren Schmelzpunkten als 250°C die Gefahr bestehen kann, dass mit dem Verflüssigen bereits auch Zersetzungsvorgänge ablaufen, die die Zugabe in das Verfahren behindern können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass derartige Abfallstoffe vor Eintritt in den Reaktionsraum mit anderen organischen Abfallstoffen mit einem Schmelzpunkt von weniger als 250°C vermischt werden, wodurch Gemische von organischen Abfallstoffen mit einem Schmelzpunkt von weniger als 250°C gebildet und anschließend in den Reaktionsraum eingebracht werden.
  • Bei Abfallstoffen, deren Zersetzung bei noch niedrigeren Temperaturen beginnt, kann die Maßnahme entsprechend zum Erzeugen von Gemischen eingesetzt werden, deren Schmelzpunkt deutlich unterhalb 250°C liegt, z. B. unter 200° oder noch niedriger.
  • Zur Förderung der Synthesegaserzeugung und Ausbildung einer Oxidations- und Reduktionszone kann es vorteilhaft sein, dem Schüttgutwanderbett vor dem Eintritt in den Reaktionsraum weitere kohlenstoffhaltige Materialien in fester Form und/oder alkalische Stoffe in feinkörniger Form einer Korngröße von weniger als 5 mm zuzumischen. Die Zugabe der alkalischen Stoffe in feinkörniger Form kann insbesondere dann Vorteile mit sich bringen, wenn Schadstoffe in den organischen Abfallstoffen gebunden werden sollen, wie z. B. Halogene, oder wenn Schwefelbindungsmechanismen gefördert werden sollen.
  • Wie bereits erwähnt, ist es aus verfahrensökonomischen Gründen vorteilhaft, dass das Schüttgutwanderbett wenigstens teilweise im Kreislauf geführt wird, wobei es vorteilhaft ist, das Schüttgut nach dem Verlassen der Kühlzone mittels physikalischer Trennmethoden in mindestens eine Grobfraktion und eine Feinfraktion zu trennen. Die Grobfraktion kann zumindest teilweise wieder als Bestandteil des Schüttgutwanderbettes in den Reaktor zurückgeschleust werden kann.
  • Um eventuell vorhandene Dampfreste der organischen Abfallstoffe im Synthesegas thermisch zu spalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das am oberen Ende des Reaktionsraum abgezogene Synthesegas in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Gastemperatur von mehr als 450°C über eine Verweilzeit von mindestens 3 Sekunden nachbehandelt wird. Je nach Beschaffenheit des Schüttgutwanderbettes kann es auch vorteilhaft sein, dass das am oberen Ende des Reaktionsraums abgezogene Synthesegas bei einer Gastemperatur von mehr als 300°C mittels physikalischer Trennmethoden von Flugstaub befreit wird. Das vom Flugstaub befreite Synthesegas wird vorzugsweise mittels Gaskühler auf weniger als 100°C abgekühlt und die dabei anfallenden organischen und/oder wässrigen Kondensate werden zumindest teilweise in Abmischung mit den organischen Abfallstoffen und/oder separat in die Oxidationszone und/oder in die Reduktionszone des Reaktionsraums zurückgeführt. Die zusätzliche Eindosierung von Wasser und Wasserdampf in die Kühlzone oder in die Oxidationszone kann vorteilhaft sein, wobei beispielsweise auch in Wasserlösung vorliegende organische Abfallstoffe eindosiert werden können, ohne vorher das Wasser durch Destillationsverfahren oder dergleichen abscheiden zu müssen.
  • Eine zusätzliche Beheizung der Oxidationszone mittels eines Brennersystems kann vorteilhaft sein, wobei dafür fossile Brennstoffe in staubförmiger, flüssiger und/oder gasförmiger Form zusammen mit sauerstoffhaltigem Gas eingesetzt werden und das Brennersystem zumindest für den Anfahrvorgang zur Vorheizung des Schüttgutwanderbettes betrieben wird.
  • Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.
  • 1 zeigt die Nutzung eines Schachtreaktors als Reaktionsraum (1), der von einem Schüttgutwanderbett (2) durchströmt wird und als vertikaler Gegenstromvergaser ausgebildet ist. Als Schüttgutwanderbett kommt bei dieser Ausgestaltung Calciumoxid in grobstückiger Form mit einer Korngröße von bis zu 150 mm zum Einsatz. Das Schüttgutwanderbett wird dem Schachtreaktor am oberen Ende über ein Zuführrohr (3) zugeführt. Mittels eines Entleerungssystems (4) am unteren Ende des Schachtreaktors kann das Schüttgutwanderbett kontinuierlich ausgetragen, und eine exakte Durchsatzmenge des Schüttgutwanderbetts eingestellt werden. Die im Folgenden als Schwersieder bezeichneten organischen Abfallstoffe (5) werden über Dosierlanzen (6) direkt in die Oxidationszone (7) eindosiert, wobei als Treibmittel Wasserdampf (8) fungiert, um die Verteilung der organischen Flüssigkeiten im Schacht bis hin zum inneren Schüttgutbereich zu gewährleisten. Weiterhin dient der Wasserdampf als Vergasungsmittel, wobei dieser sowohl nach der homogenen Wassergas-Shiftreaktion (CO + H2O → H2 + CO2), als auch entsprechend der heterogenen Wassergas-Reaktion (C + H2O → CO + H2) reagiert. Diese Reaktionen sind endotherm und entziehen dem Reaktionssystem Energie. Daher fungiert der Wasserdampf sowohl chemisch, als auch physikalisch als Kühlmittel und kann durch Variation der dosierten Menge besonders vorteilhaft zur Steuerung der Prozesstemperaturen genutzt werden.
  • Am unteren Ende des Schachtreaktors wird Luft (9) zudosiert. Dadurch bildet sich eine Kühlzone (10) aus, in der das Schüttgutwanderbett vor dem Verlassen des Schachtreaktors abgekühlt wird, wobei gleichzeitig ein Vorheizen der Luft erfolgt, bevor diese in die Oxidationszone (7) einströmt. In der Oxidationszone (7) erfolgt eine Oxidation der organischen Flüssigkeiten wobei die Luftmenge bezogen auf die insgesamt im Gesamtprozess eingesetzten organischen Flüssigkeiten unterstöchiometrisch eingestellt wird.
  • Bei der Oxidation wird ein Teil der organischen Flüssigkeiten verbrannt und unter Bildung von CO2, CO und H2O Energie freigesetzt, wodurch der Prozess energetisch angetrieben und autotherm betrieben werden kann. In der Oxidationszone werden durch die Oxidation Temperaturen des Schüttgutwanderbettes von beispielsweise etwa 1200 Grad Celsius erreicht.
  • Die Heißgase aus der Oxidationszone, enthaltend CO2, CO, H2 und N2 (N2 aus der eingesetzten Luft) strömen im Schachtreaktor weiter nach oben in die Reduktionszone (11) und heizen dabei das von oben nach unten strömende Schüttgutwanderbett auf. In der Reduktionszone herrschen Temperaturen von beispielsweise 600 bis 1200 Grad Celsius und eine weitgehend sauerstofffreie Atmosphäre.
  • Die in die Oxidationszone (7) eindosierten, nicht verbrannten organischen Flüssigkeiten strömen zusammen mit den Heißgasen nach oben und werden in der Reduktionszone (11) unter reduzierenden Bedingungen zum großen Teil thermisch in Synthesegas gespalten. Dabei entstehen neben Synthesegas auch längerkettige Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Molgewichte und Siedepunkte, die nicht vollständig gespalten werden und in dampfförmiger Form mit dem Synthesegas weiter nach oben in die Re-Kondensationszone (12) strömen, wo deutlich niedrigere Temperaturen herrschen. Dort treffen die Kohlenwasserstoffe auf kältere Partikel des Schüttgutwanderbetts wodurch diese auf den Partikeloberflächen zumindest teilweise kondensieren und erneut mit dem Schüttgutwanderbett in die heißere Reduktionszone transportiert, und dort erneut zumindest teilweise in Synthesegas gespalten werden. So entsteht eine Art stationäre Anreicherungszone von Kohlenwasserstoffen im Schachtreaktor (1), die zu einer signifikanten Erhöhung der mittleren Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe und damit zu einem höheren Spaltgrad dieser Kohlenwasserstoffe hin zum Synthesegas führt.
  • Das Synthesegas (13) wird am oberen Ende des Schachtreaktors bei (14) abgezogen, wobei die Temperatur des Synthesegases durch Eindosierung von sauerstoffhaltigem Gas bei (15) und/oder bei (16) durch Partialoxidation beispielsweise auf 600 bis 700 Grad Celsius erhöht werden kann, um letzte längerkettige Kohlenwasserstoffe thermisch zu Synthesegas zu spalten. Dabei wird die thermische Spaltung unter anderem durch die Präsenz von Wasserdampf chemisch begünstigt wird.
  • Das Synthesegas enthält neben den gasförmigen Bestandteilen noch Flugstaub, der in diesem Beispiel im Wesentlichen aus feinem Calciumoxid besteht. Dieser Flugstaub wird beispielsweise durch Filtration (17) bei Temperaturen oberhalb von 300 Grad Celsius aus dem Synthesegas abgetrennt und zur weiteren Entsorgung und/oder Verwendung ausgeschleust (18). Die hohe Temperatur vermeidet, dass Kondensat die Filterporen verstopfen kann. Das entstaubte Synthesegas kann je nach Verwendungszweck in einem weiteren Schritt über eine Gaskühlung (19) auf unterhalb von beispielsweise 100 Grad Celsius abgekühlt und von Kondensaten befreit werden. In der Regel können dabei drei unterschiedliche Kondensatphasen anfallen. Je nach den im Schachtreaktor eingesetzten Mengen an Wasserdampf und/oder Wasser fällt eine Wasserphase (20) an. Diese Wasserphase kann zumindest teilweise beispielsweise bei (21) in die Oxidationszone, und/oder bei (22) in die Kühlzone, und/oder bei (23) in Abmischung mit den organischen Flüssigkeiten (5) in die Oxidationszone in den Schachtreaktor zurückgeführt werden. Weiterhin kann eine Schwerölphase (24) entstehen. Diese wird vorzugsweise zumindest teilweise bei (25) in die Oxidationszone (7) und/oder bei (26) in die Reduktionszone (11) zurück geführt und dabei der Heizwert zur Bildung von weiterem Synthesegas genutzt. Als dritte Kondensatphase kann bei der Gaskühlung Leichtöl (27) entstehen. Dieses Leichtöl kann analog zum Schweröl ebenfalls zumindest teilweise bei (25) in die Oxidationszone (7) und/oder bei (26) in die Reduktionszone (11) zurückgeführt und dabei der Heizwert zur Bildung von weiterem Synthesegas genutzt werden.
  • Das abgekühlte Synthesegas (28) kann thermisch genutzt werden und fossile Primärenergieträger ersetzen und/oder über Gasmotore und/oder Gasturbinen verstromt werden. Ebenso ist eine Nutzung zur Heißdampferzeugung und/oder als chemischer Rohstoff möglich. Teilweise kann das abgekühlte Synthesegas auch alternativ zum sauerstoffhaltigen Gas als Kühlgas bei (29) in der Kühlzone (10) des Schachtreaktors eingesetzt werden. Weiterhin kann das Synthesegas auch als Brennstoff bei (30) in der Oxidationszone eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, CO2-haltige Gase, zum Beispiel Rauchgas oder Abgas aus Kalzinierprozessen bei (31) als Kühlgas, beispielsweise auch zusätzlich zu sauerstoffhaltigem Gas (9) einzusetzen. Alternativ kann hier auch Synthesegas (29) eingesetzt werden.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dem Schüttgutwanderbett weitere Kohlenstoffträger, zum Beispiel Kohlen, Kokse, Biomassen, Klärschlämme und/oder Kunststoffabfälle bei (34) zuzusetzen.
  • Das über das Entleerungssystem (4) aus dem Schachtreaktor (1) austretende Schüttgutwanderbett (35) enthält grobstückiges Schüttgut und Feinanteile, die im Wesentlichen aus Asche, mechanischem Abrieb und eventuell zugesetztem Feinkalk bestehen. In den Feinanteilen sind auch die wesentlichen Schadstoffe chemisch oder physikalisch gebunden. Das Schüttgutwanderbett kann beispielsweise mittels Siebung (36) in zumindest eine Feinfraktion (37) und eine Grobfraktion (38) aufgetrennt werden. Die Feinfraktion (37) kann zur weiteren Entsorgung und/oder Verwendung ausgeschleust werden.
  • Die Grobfraktion (38) kann zumindest teilweise bei (39) als Schüttgutwanderbett in den Prozess zurückgeführt werden.
  • Der Gegenstromvergaser ist zum Anfahren des Prozesses mit einem Brennsersystem (40) ausgerüstet. Dieses Brennersystem kann bei (41) mit fossilen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen und bei (42) mit sauerstoffhaltigem Gas betrieben werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Brennersysteme als kombinierte Lanzensysteme auszugestalten, über die eine Vielzahl unterschiedlicher Medien in den Schachtreaktor (1) eindosiert werden können. Dabei ist es auch möglich, Kombilanzen zu verwenden, die eine Mehrstoffdosierung, beispielsweise von Kondensatphasen, Fossilen Brennstoffen, sauerstoffhaltigen Gasen, Wasser, Wasserdampf und/oder im erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Synthesegas erlauben. Dadurch können beispielsweise die Lanzensysteme (6), (21) und (40) in einem Mehrstofflanzensystem kombiniert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007062414 A1 [0003, 0004]

Claims (24)

  1. Verfahren zur thermischen Spaltung von organischen Abfallstoffen, die einen Schmelzpunkt von weniger als 250 Grad Celsius aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Abfallstoffe in flüssiger und/oder dampfförmiger Form in den aufsteigenden Gasstrom im Gegenstrom zu einem als aufgeheiztes Schüttgutwanderbett ausgebildeten Energiepuffer dosiert werden, die organischen Abfallstoffe während der Durchströmung des Energiepuffers unter reduktiven Bedingungen thermisch zu Synthesegas gespalten werden und dabei die Eigentemperatur des Energiepuffers einen Gradienten aufweist, der in Strömungsrichtung des gebildeten Synthesegases abnimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Abfallstoffe an wenigstens einer Stelle des Schüttgutwanderbettes mit einer Temperatur von wenigstens 400°C eindosiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutwanderbett durch teilweise Oxidation von oxidierbaren Stoffen aufgeheizt wird, wobei das dafür notwendige sauerstoffhaltige Gas in unterstöchiometrischer Menge in den Energiepuffer eindosiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut aus metallischen und/oder mineralischen Materialien besteht, deren Korngrößenverteilung zwischen 5 und 300 mm und bevorzugt zwischen 10 und 150 mm liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut zumindest teilweise aus alkalischen Stoffen, bevorzugt aus Carbonaten und/oder Oxiden der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle besteht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutwanderbett durch seine eigene Schwerkraft von oben nach unten durch einen vertikalen Reaktionsraum geleitet, und das gebildete Synthesegas am oberen Ende des Reaktionsraums abgezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutwanderbett beim Eintritt in den Reaktionsraum eine Eigentemperatur von weniger als 200°C aufweist, wodurch sich im oberen Bereich eine Re-Kondensationszone ausbildet in der nicht vollständig zu Synthesegas umgesetzten organischen Abfallstoffe zumindest teilweise auf der Oberfläche des Schüttgutwanderbetts kondensiert werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlgas am unteren Ende des Reaktionsraums eindosiert wird und sich dabei eine Kühlzone ausbildet, wodurch das Schüttgutwanderbett vor Austritt aus dem Reaktionsraum auf eine Eigentemperatur von weniger als 300°C abgekühlt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlgas sauerstoffhaltiges Gas und/oder CO2-haltiges Gas oder alternativ im Verfahren erzeugtes und abgekühltes Synthesegas eingesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas oberhalb und/oder am unteren Ende der Kühlzone eindosiert wird, wobei in beiden Fällen durch die unterstöchiometrische Partialoxidation oberhalb der Kühlzone eine Oxidationszone und darüber aufgrund des in der Oxidationszone verbrauchten Sauerstoffs eine Reduktionszone ausgebildet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Abfallstoffe in die Oxidationszone und/oder in die Reduktionszone eindosiert werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Abfallstoffe vor Eintritt in den Reaktionsraum in Form einer Emulsion mit wasserhaltigen Flüssigkeiten und/oder zusammen mit gasförmigen Stoffen als Treibmittel, vorzugsweise zusammen mit Wasserdampf und/oder Luft und/oder CO2-haltigen Gasen, eingebracht werden.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass organische Abfallstoffe mit höheren Schmelzpunkten als 250 Grad Celsius vor Eintritt in den Reaktionsraum mit anderen organischen Abfallstoffen mit einem Schmelzpunkt von weniger als 250 Grad Celsius vermischt werden, wodurch Gemische von organischen Abfallstoffen mit einem Schmelzpunkt von weniger als 250 Grad Celsius gebildet, und anschließend in den Reaktionsraum eingebracht werden.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schüttgutwanderbett vor dem Eintritt in den Reaktionsraum weitere kohlenstoffhaltige Materialien in fester Form, und/oder alkalische Stoffe in feinkörniger Form mit einer Korngröße von weniger als 5 mm zugemischt werden.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut nach dem Verlassen der Kühlzone mittels physikalischer Trennmethoden in mindestens eine Grobfraktion und in eine Feinfraktion getrennt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobfraktion zumindest teilweise wieder als Bestandteil des Schüttgutwanderbetts in den Reaktor zurückgeschleust wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das am oberen Ende des Reaktionsraums abgezogene Synthesegas in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Gastemperatur von mehr als 450°C über eine Verweilzeit von mindestens 3 Sekunden nachbehandelt wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das am oberen Ende des Reaktionsraums abgezogene Synthesegas bei einer Gastemperatur von mehr als 300°C mittels physikalischer Trennmethoden von Flugstaub befreit wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Flugstaub befreite Synthesegas mittels Gaskühler auf weniger als 100°C abgekühlt wird und die dabei anfallenden organischen und/oder wässrigen Kondensate zumindest teilweise in Abmischung mit den organischen Abfallstoffen und/oder separat in die Oxidationszone und/oder in die Reduktionszone des Reaktionsraums zurückgeführt werden.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Wasser oder Wasserdampf in die Kühlzone oder in die Oxidationszone des Reaktionsraums eindosiert werden.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationszone zusätzlich mittels Brennersystem beheizt werden kann, wobei dafür fossile Brennstoffe in staubförmiger, flüssiger und/oder gasförmiger Form zusammen mit sauerstoffhaltigem Gas eingesetzt werden und das Brennersystem zumindest für den Anfahrvorgang zur Vorheizung des Schüttgutwanderbetts betrieben wird.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organische Abfallstoffe kohlenstoffhaltige Rückstände und/oder Siedefraktionen aus Destillations- und/oder Raffinationsprozessen aus der chemischen und/oder petrochemischen Industrie eingesetzt werden.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organische Abfallstoffe kohlenstoffhaltige Neben- und/oder Koppelprodukte aus chemischen Umwandlungsprozessen und/oder organische Rückstände aus der chemischen und/oder thermischen Verwertung von Biomassen eingesetzt werden.
  24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organische Abfallstoffe kohlenstoffhaltige Rückstände und/oder unbrauchbare Trennphasen aus physikalischen und/oder chemischen Trennprozessen, z. B. aus Extraktions- und/oder Eluationsverfahren eingesetzt werden.
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