DE102017219775A1

DE102017219775A1 - HTW-Vergaseranordnung und Verfahren zum Abführen von Bodenprodukt beim Vergasen von Einsatzstoffen sowie Verwendung

Info

Publication number: DE102017219775A1
Application number: DE102017219775.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Abraham; Domenico Pavone; Thomas Holfeld; Michael Wyschofsky
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: Gidara Energy BV
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: DE102017219775B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine HTW-Vergaseranordnung (10) eingerichtet zum Abführen von Bodenprodukt (BP) beim Vergasen von Einsatzstoffen mittels eines HTW-Vergasers (1), mit einer Vereinzelungseinheit (7), insbesondere Granulierbad, eingerichtet zum Umsetzen von flüssigem Bodenprodukt in den festen Aggregatzustand, wobei die HTW-Vergaseranordnung eine stromab vom HTW-Vergaser anordenbare thermische Nachbehandlungseinrichtung (13) mit einer geneigten Ablaufkontur (13.4) aufweist, die eingerichtet ist zum Aufschmelzen oder Weiterleiten des flüssigen Bodenproduktes als Schlacke stromab vom HTW-Vergaser und eingerichtet ist zum Abführen der Schlacke zur Vereinzelungseinheit. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Abführen von Bodenprodukt (BP) beim HTW-Vergasen sowie die Verwendung von vorteilhaften Anlagenkomponenten dafür.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abführen von Bodenprodukt beim Vergasen von Einsatzstoffen sowie die Verwendung von Anlagenkomponenten dafür. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.
HINTERGRUND
Beim Vergasen von Einsatzstoffen muss der Zusammensetzung der abzuführenden Bodenprodukte Beachtung geschenkt werden. Insbesondere kann die Absenkung des Kohlenstoffanteils Vorteile haben.
Durch die Weiterentwicklung des Hochtemperatur-Winkler (HTW)-Kohlevergasungsverfahrens, welches auf der ursprünglich unter Umgebungsdruck betriebenen Winkler-Wirbelschichtvergasung basiert, ergeben sich Möglichkeiten, das HTW-Verfahren auch zur Erzeugung von Synthesegasen (insbesondere für Produkte der petrochemischen Industrie) oder auch in Kombi-Kraftwerken zur effizienten und kostengünstigen Stromerzeugung zu nutzen. Ferner wurde die Weiterentwicklung von HTW-Verfahren bereits in Hinblick auf die Vergasung von Biomasse, Hausmüll oder Steinkohle mit hohem Aschegehalt weiter vorangetrieben.
Die HTW-Vergasung erfolgt bei Zuführung der einzelnen Vergasungs- und Fluidisiermedien über getrennte Düsen, insbesondere bezüglich der Medien Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoff und Luft. Die Düsen sind in verschiedenen Höhen-Ebenen angeordnet, insbesondere sowohl in die Wirbelbettzone (WB) als auch in der darüber liegenden Freibordzone (FB), auch Nachvergasungszone genannt, in welchen Zonen jeweils individuelle Temperaturen herrschen. In der Freibordzone wird eine hohe Material- und Energieübertragungsrate erreicht. Über einen Rückführzylon und entsprechende Rückführleitungen wird das nicht umgesetzte Material bzw. Medium im unteren Bereich des Vergasers (Wirbelbettzone WB) rückgeführt.
Im Folgenden wird auf eine spezifische Anwendung des HTW-Verfahrens Bezug genommen. Insbesondere bei der Vergasung von aschehaltigen fossilen Brennstoffen, insbesondere unter stationären Wirbelschichtbedingungen, wird am Boden des Druckbehälters ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom abgezogen, so genanntes Bodenprodukt (BP). Dieses Bodenprodukt muss im weiteren Verlaufe des Prozesses deponiefähig werden, weist jedoch zunächst noch einen C-Gehalt von 9 bis 13% auf. Weiterhin enthält der im Warmgasfilter aus dem Rohgasstrom abgetrennte Warmgasfilterstaub noch C-Gehalte von über 40%.
Zur Ausnutzung der noch gespeicherten Energie und zur Erreichung der Deponiefähigkeit wird das Bodenprodukt bisher einer externen Feuerung zugeführt. Diese Nachbehandlung ist vergleichsweise aufwändig. Hierdurch ergeben sich insbesondere auch wirtschaftliche Nachteile.
Für die C-Umsetzung werden bisher bereits unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen, insbesondere die Bodenproduktbehandlung in einem Flugstromvergaser, die integrierte Aufschmelzung im unteren Bereich des HTW-Vergasers, oder die separate Verbrennung in einer Wirbelschicht. Die Bodenproduktbehandlung in einem Flugstromvergaser ist jedoch sehr aufwendig, insbesondere da zur Realisierung kurzer Reaktionszeiten der eingesetzte Feststoff mit einem möglichst sehr kleinen und gleichmäßigen Korngrößenspektrum zur Verfügung gestellt werden muss. Dies bedingt eine vorherige Aufmahlung des Bodenproduktes in einer Mühle. Dies kann zudem auch eine zusätzliche Kühlung erfordern, insbesondere vor der Mahlung.
Die DE 40 02 876 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hochtemperaturbehandlung von feinkörnigen Feststoffen in einem Schmelzzyklon mit tangentialer Einblasung.
Die EP 0 801 136 B1 beschreibt ein Verfahren zur Reduzierung von oxidischen Schlacken über einem Eisenlegierungsband, dessen Legierungs-Zusammensetzung in Hinblick auf ein einzustellendes Redox-Potential gewählt wird.
Bisher konnten die Behandlung von Bodenprodukt jedoch noch nicht auf zufriedenstellende Weise optimiert werden, insbesondere nicht bei druckaufgeladenen HTW-Verfahren.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur wirtschaftlichen Vergasung unterschiedlicher Einsatzstoffe zur Verfügung zu stellen, womit eine praktische oder besonders kostengünstige Handhabung von Bodenprodukten auf einfache Weise sichergestellt werden kann, insbesondere bei druckaufgeladener Wirbelschichtvergasung für Betriebsdrücke oberhalb von 10bar. Auch eine hohe Sicherheit und Verfügbarkeit des Verfahrens ist gewünscht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine HTW-Vergaseranordnung eingerichtet zum Abführen von Bodenprodukt beim Vergasen von Einsatzstoffen mittels eines HTW-Vergasers, mit einer Vereinzelungseinheit, insbesondere ausgestaltet als Granulierbad, eingerichtet zum Umsetzen von flüssigem Bodenprodukt in den festen Aggregatzustand, insbesondere in ein Granulat, wobei die HTW-Vergaseranordnung eine stromab vom HTW-Vergaser angeordnete/anordenbare thermische Nachbehandlungseinrichtung mit einer geneigten Ablaufkontur aufweist, die eingerichtet ist zum Aufschmelzen oder Weiterleiten des flüssigen Bodenproduktes als Schlacke stromab vom HTW-Vergaser und eingerichtet ist zum Abführen der Schlacke zur Vereinzelungseinheit
Hierdurch kann ein kostengünstiger Gesamtprozess bereitgestellt werden, welcher insbesondere ohne zusätzliche Anlagen zur Entsorgung des C-haltigen Bodenproduktes betrieben werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine bedeutende Kostenersparnis von bis zu 75% der ansonsten erforderlichen Anlagenkosten gegenüber der konventionellen Entsorgung erzielbar ist. Insbesondere kann auf Kühlschnecken (oder vergleichbare Austragorgane) und eine externe Verbrennung in einer Wirbelschicht verzichtet werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine integrierte Aufschmelzung des Bodenproduktes im unteren Bereich des HTW-Vergasers ein vergleichsweise hohes Risiko für Betriebsstörungen birgt, insbesondere da es sich dabei um eine ganz andere Technik als beim HTW-Verfahren handelt, mit dem Nachteil hoher Komplexität.
Die vorliegende Erfindung beruht dabei auch auf der Erkenntnis, die Bodenproduktbehandlung insbesondere in einem thermischen Behandlungsverfahren (Schlackebad) unter Prozessdruck unter reduzierenden Bedingungen durchzuführen. Dies ermöglicht auch, auf eine weitgehende Abkühlung und anschließenden Wiederaufheizung zu verzichten. Das Temperaturniveau des Bodenproduktes ab Vergaseraustritt kann direkt für einen Folgeprozess (insbesondere Verbrennung, Vergasung, Einschmelzung) genutzt werden.
Die bei der Behandlung des Bodenproduktes anfallenden Gase können auf Grund eines zumindest annähernd gleichen Druckniveaus an geeigneter Stelle wieder dem Gesamtprozess zugeführt werden. Auch ein eigene Gasaufbereitung und Kaminabführung kann somit entfallen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich insbesondere auch bei druckaufgeladenen HTW-Prozessen ab 2bar.
Es hat sich gezeigt, dass eine verglasende Behandlung des Bodenproduktes neben der Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes auch eine zusätzliche Inertisierung durch die verglaste Oberfläche bieten kann. Dies hat weitere Vorteile bei der Handhabung des Bodenproduktes.
Unter reduzierenden Bedingungen kann der Kohlenstoff noch effektiver umgesetzt werden, indem zusätzlich Wasserdampf eingesetzt wird, insbesondere indem entstehendes CO2 zu CO reduziert und dabei molekularer Wasserstoff freigesetzt wird. Dabei kann ein brennbares Gasgemisch gewonnen werden, welches insbesondere bei zumindest annähernd gleichem Druck dem Hauptprozess vor der Gasbehandlung wieder zugeführt werden kann. Dies verbessert die Nachhaltigkeit und Bilanz des gesamten Prozesses.
Dank der erfindungsgemäßen Schlacke-Abführung lässt sich ein verbesserter C-Umsatz erzielen, insbesondere bei minimiertem Abwasser-Output. Eine Bodenprodukt-Verbrennung bis hin zu 100% ist realisierbar.
Die Nachbehandlungseinrichtung kann insbesondere in der Art einer Schmelzkammerfeuerung ausgebildet sein oder wirken. Die Nachbehandlungseinrichtung kann wenigstens einen Temperatursensor und eine Temperaturregelung aufweisen, insbesondere eingerichtet zum Einstellen eines Temperaturregimes entsprechend der Fließtemperatur des Bodenproduktes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die geneigte Ablaufkontur mittels eines liegenden Zyklons der thermischen Nachbehandlungseinrichtung bereitgestellt, insbesondere bei geneigter Anordnung des gesamten Zyklons. Dies liefert auch einen effizienten Aufbau.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die geneigte Ablaufkontur in einem Zyklon der thermischen Nachbehandlungseinrichtung angeordnet, insbesondere gebildet durch einen bodenseitigen Abschnitt oder eine bodenseitige Wandung der Zyklonmantelfläche, wobei der Zyklon zwischen dem HTW-Vergaser und der Vereinzelungseinheit angeordnet ist. Hierdurch kann die thermische Energie auf vorteilhafte Weise eingebracht werden.
Der Zyklon kann in der Art eines klassischen Zyklons aufgebaut sein, oder als zyklonartig beschrieben werden allein aufgrund einer tangentialen und/oder radialen Befeuerung. Die Zuführung von Einsatzstoff/Bodenprodukt und Vergasungsmedien bzw. Gasen, und auch die Anordnung wenigstens einen Brenners, kann wahlweise radial, radial versetzt oder tangential sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die geneigte Ablaufkontur in einem Zyklon der thermischen Nachbehandlungseinrichtung angeordnet, welcher Zyklon als Schmelzzyklon mit wenigstens einem Brenner und mit einem Mantel aus Keramik, Feuerfestmaterial oder mit Membranwandung ausgebildet ist, und welcher Zyklon mit Vergasungsmedium und wahlweise Inertgas und/oder Additiven beschickt ist. Dies liefert auch Variationsmöglichkeiten beim Einstellen der eingebrachten Wärmeenergie oder beim Einstellen der Viskosität des Bodenproduktes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Zyklon einen exzentrischen Auslass für aus dem flüssigen Bodenprodukt gewonnener Schlacke zur Vereinzelungseinheit auf, insbesondere ausgebildet als Abtropfstelle, und einen zumindest annähernd zentrischen Auslass für das Abführen von Gasen aufweist, welche Auslässe insbesondere an derselben Seite oder an demselben Ende des Zyklons angeordnet sind. Hierdurch kann die Wärmeenergie entlang des Zyklons auf das Bodenprodukt bzw. die Schlacke abgegeben werden. Die Anordnung an derselben Seite, insbesondere an der kalten Seite einer Dosierschnecke, liefert auch einen einfachen anlagentechnischen Aufbau.
Ein Rohr für das Abführen von Gasen kann auch durch die Schlackekammer geführt werden, so dass der zentrische Gasauslass auch auf der gegenüberliegenden Seite gegenüber vom exzentrischen Schlacke-Auslass liegen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die thermische Nachbehandlungseinrichtung eine Quencheinheit, welche zwischen der geneigten Ablaufkontur und einer Abgas-Rückführung zum HTW-Reaktor angeordnet ist, insbesondere gekuppelt an einen/den zentrischen Auslass. Hierdurch kann die Nachbehandlungseinrichtung auf zweckdienliche Weise in den HTW-Prozess integriert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vereinzelungseinheit als Granuliereinheit für das Granulieren des Bodenproduktes bzw. der Schlacke ausgebildet, wobei die Vereinzelungseinheit an eine/die stromab vom Zyklon angeordnete Quencheinheit gekuppelt ist. Hierdurch können Medienströme auf zweckdienliche Weise miteinander gekoppelt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind stromauf von der thermischen Nachbehandlungseinrichtung eine Dosiereinheit und/oder ein Additiv-Silo angeordnet, jeweils gekuppelt an einen Einlass eines/des Zyklons der thermischen Nachbehandlungseinrichtung. Dies ermöglicht insbesondere eine gezielte Einflussnahme auf die Viskosität.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die thermische Nachbehandlungseinrichtung temperaturbeständig bis mindestens 1500°C; und/oder wobei ein/der Zyklon der thermischen Nachbehandlungseinrichtung in einem HTW-druckbeständigen Nachbehandlungsbehälter angeordnet ist, welcher Nachbehandlungsbehälter als Bindeglied wenigstens zwischen den drei folgenden Anlagenkomponenten fungiert: HTW-Vergaser, Vereinzelungseinheit, Quencheinheit; und/oder wobei die Längsachse eines/des Zyklons der thermischen Nachbehandlungseinrichtung geneigt ist zur Längsachse eines/des druckbeständigen Nachbehandlungsbehälters, insbesondere in einem Winkel von wenigstens 2 bis 5°. Dies liefert jeweils Vorteile hinsichtlich der Integration der Nachbehandlungseinrichtung in den HTW-Prozess, insbesondere in einen druckaufgeladenen HTW-Prozess.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die HTW-Vergaseranordnung druckaufgeladen und eingerichtet für Betriebsdrücke im Bereich von mindestens 2 bis 40bar. Bei Druckaufladung werden die zuvor genannten Vorteile noch spürbarer.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist stromab von der Vereinzelungseinheit auf dem Materialflusspfad bis hin zu einer Verladung oder Deponie eine Druckschleuse angeordnet. Hierdurch kann eine Integration in einen druckaufgeladenen HTW-Prozess erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt der Neigungswinkel der Ablaufkontur gegenüber der Horizontalebene im Bereich von 2 bis 30 Grad, insbesondere bei mindestens 6 oder 7 Grad und/oder bei maximal 15 bis 25 Grad, insbesondere maximal 20 Grad; und/oder wobei der Neigungswinkel der Ablaufkontur konstant ist oder in Materialflussrichtung größer wird, insbesondere kontinuierlich; und/oder wobei die Ablaufkontur durch eine zumindest abschnittsweise gewölbte oder ebene Fläche gebildet ist, wahlweise mit wenigstens einem rinnenförmigen Flächenabschnitt. Diese Varianten können jeweils anlagentechnische oder verfahrenstechnische Vorteile insbesondere im Zusammenhang mit dem Abführen von Schlacke liefern.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Abführen von Bodenprodukt beim HTW-Vergasen von Einsatzstoffen, bei welchem stromab von einer HTW-Vergasung eine Vereinzelung Umsetzen von flüssigem Bodenprodukt in den festen Aggregatzustand erfolgt, wobei eine thermische Nachbehandlung des Bodenproduktes stromab von der HTW-Vergasung umfassend ein Aufschmelzen oder Weiterleiten des flüssigen Bodenproduktes als Schlacke in flüssigem Aggregatzustand und Abführen der Schlacke entlang einer geneigten Ablaufkontur zur/zu einer Vereinzelungseinheit erfolgt, zum Bereitstellen der Schlacke als kohlenstoffreduziertes Granulat, insbesondere deponiefähig oder zur weiteren stofflichen Verwendung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur in einem Zyklon bzw. Schmelzzyklon, insbesondere exzentrisch aus dem Zyklon heraus und weiter in die Vereinzelungseinheit ausgebildet als Granuliereinheit; und/oder wobei im Zyklon ein turbulenter Strömungszustand aufrecht erhalten wird, insbesondere indem Gase bzw. Vergasungsmedien radial oder tangential in den Zyklon zugeführt werden und zentrisch und/oder axial ausgeleitet werden. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt stromauf vom Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur ein Zumischen von Additiven, beispielsweise Calcium, Sand (insbesondere ausgewählt als Funktion der Zusammensetzung der mineralischen Phase), zum Einstellen der Viskosität des Bodenproduktes bzw. Einsatzstoffes, insbesondere im Bereich von 25 Pascalsekunden; und/oder wobei stromauf vom Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur ein Dosieren erfolgt, insbesondere mittels einer Dosierschnecke. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Es hat sich gezeigt, dass mittels der Additive die Fließfähigkeit der Schlacke in einem Toleranz-Bereich von 200°C sichergestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird beim Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur Brennstoff und/oder Vergasungsmedium eingesetzt, welcher/welches nach thermischer Umsetzung zurück zur HTW-Vergasung geführt wird, insbesondere via eine Quenchung/Quencheinheit; und/oder wobei eine/die Quenchung/Quencheinheit an die Vereinzelungseinheit gekuppelt ist und in fluider Kommunikation damit steht; und/oder wobei dem Nachbehandlungsprozess Wasserdampf zum Reduzieren von CO2 zu CO zugeführt wird, insbesondere über wenigstens einen Venturimischer in einer/der Quencheinheit. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Einsatzstoffe kohlenstoffhaltig, wobei das flüssig weitergeleitete Bodenprodukt als vereinzelte kohlenstoffreduzierte Schlacke bereitgestellt wird, insbesondere mit einem niedrigstmöglichen Kohlenstoff-Gehalt von weniger als 5%. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung eines Zyklons zwischen einem HTW-Vergaser und einer Vereinzelungseinheit zum Bereitstellen einer geneigten Ablaufkontur zum Abführen von flüssigem Bodenprodukt als Schlacke direkt vom HTW-Vergaser zur Vereinzelungseinheit und zum weiteren Abtransport zu einer Deponie oder zur weiteren Verwendung insbesondere im Straßenbau, insbesondere in einer zuvor beschriebenen druckaufgeladenen HTW-Vergaseranordnung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels basierend auf den folgenden Figuren. Dabei zeigt

1 eine schematische Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2A, 2B jeweils im Detail eine Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die 1, 2A, 2B zeigen einen HTW-Vergaser 1 mit einem HTW-Reaktionsraum 2, insbesondere ausgestaltet als Druckbehälter, mit einem Vergaserinnenraum Vi unterteilt in eine Freibordzone FB und eine Wirbelbettzone WB in einem unteren Bereich 3 des Vergasers, mit einem Rückführzylon 4 mit Rückführleitung 4.1 bzw. Rückführung M2, mit einem Gaskühler 5, einem (Warmgas-)Filter 6 mit Staubrückführung M7, und mit einer Vereinzelungseinheit 7, insbesondere ausgebildet als Granulierbad. Eine Druckschleuse 8 kann eine Druck-Brücke zur Umgebung U und bis hin zum Abtransport 9 oder einer Zwischenlagerung oder Deponie liefern.
Eine HTW-Vergaseranordnung 10 weist eine Dosiereinheit 11, insbesondere Dosierschnecke, ein Additiv-Silo 12, eine thermische Nachbehandlungseinrichtung 13 mit Schlackebad 13.1 und Einschmelzwanne 13.2 und Schmelzzyklon 13.3 auf. Am Schmelzzyklon 13.3 sind ein exzentrischer Schlacke-Auslass 13.31 für Schlacke S, ein zentrischer Medium-Auslass 13.32, eine Medium-Ableitung 13.33 und eine in wenigstens einem Neigungswinkel α geneigte Ablaufkontur 13.4 ausgebildet, jeweils angeordnet in einem Nachbehandlungsbehälter 13.6, wobei der Zyklon 13.3 von einem Mantel 13.5, insbesondere einer Membranwandung mit Wasserführung umschlossen ist. In den Zyklon ragt wenigstens ein Brenner 13.7, welchem Brennstoff bzw. Vergasungsmedium M6 zugeführt wird. Eine Quencheinheit und/oder ein Verdichter 13.8 mit Venturimischer 13.81 dienen dem Abführen von über einen Einlass 13.9 eingeleiteten gasförmigen Medien aus dem Zyklon. Der Quencheinheit 13.8 wird Quenchwasser M3 zugeführt. Die Quencheinheit 13.8 ist über eine fluide Kopplung M3a in Kommunikation mit dem Granulierbad 7. Eine Abgas-Rückführung M4 zum HTW-Reaktor koppelt die Quencheinheit an den HTW-Reaktor 2.
Mittels einer Steuerungseinrichtung 20 und wenigstens einer Sensoreinheit 21, insbesondere für Temperatur, Viskosität, Durchfluss, kann das Abführen der Bodenprodukte BP bzw. der Schlacke kontrolliert werden.
Wie ersichtlich, kann das Ablaufen der Schlacke durch Neigung der Bodenfläche 13.4 in eine vorgegeben Richtung (zur Abtropfstelle 13.31) vorgegeben werden. Einem unerwünschten Wiedererstarren kann mit der Einstellung einer hohen Turbulenz im Gasraum entgegengewirkt werden. Damit ist insbesondere auch eine gute Vergleichmäßigung der Gastemperaturen in der Reaktionskammer (Zyklon) sowie eine ständige Sauerstoffbeaufschlagung der Partikel- bzw. Schlackeoberfläche erzielbar.
Zusätzlich zur Abscheidung von feinsten Partikeln kann Quenchwasser M3 über Venturimischer 13.81 eingebracht werden. Der Abtropfbereich kann mit wenigstens einem Ringbrenner versehen sein. Weiterhin kann der Abtropfbereich mit einem Schauglas zur Beobachtung der Abtropfkante ausgestattet sein. Die Kontrolle kann z.B. per Videoüberwachung innerhalb einer Leitwarte erfolgen.
Stromab vom Filter 6 erfolgt eine Rückführung von Staub M7 zurück zum HTW-Druckbehälter 2.
Der Mantel 13.5 kann eine optionale Hinterspülung mit Stickstoff N2 aufweisen, und/oder eine Feuerfest-Auskleidung, oder als verschweißte Membranwandung mit Druck-Wasserführung ausgebildet sein. Eine Membranwandung hat insbesondere den Vorteil einer hohen Lebensdauer.
Die Ableitung 13.33 für gasförmige Medien kann aus Keramik, Hochtemperaturstahl und/oder mit Feuerfest-Auskleidung ausgebildet sein, insbesondere mit Temperaturbeständigkeit bis mindestens 1500°C.
Am Einlass 13.9 können neben Vergasungsmedium M1 und Additiven M5 auch separat Sauerstoff O2 und/oder Stickstoff N2 zugeführt werden.
In 2B ist eine seitliche Ansicht gezeigt.
Die Vergaseranordnung ist beispielsweise eingerichtet für einen Eintrag von Einsatzstoff von 60t/h, wobei ca. 1t/h Bodenprodukt generiert wird. Ein alternativer Betriebszustand kann durch 160t/h Einsatzstoff mit bis zu 50% Ascheanteil und 50t/h Bodenprodukt mit z.B. 5% Kohlenstoffanteil gekennzeichnet sein.
Durch die erfindungsgemäße Umsetzung von Kohlenstoff und Bereitstellung von kohlenstoffreduzierter Schlacke können auch die Entsorgungskosten gesenkt werden.
Bezugszeichenliste

1: HTW-Vergaser
2: HTW-Reaktionsraum, insbesondere Druckbehälter
3: unterer Bereich des Vergasers bzw. des HTW-Druckbehälters
4: Rückführzylon
4.1: Rückführleitung
5: Gaskühler
6: (Warmgas-)Filter
7: Vereinzelungseinheit, insbesondere Granulierbad bzw. Granulierbehälter bzw. Granuliereinheit
8: Druckschleuse
9: Abtransport, Verladung, Zwischenlagerung, Deponie
10: Vergaseranordnung, insbesondere HTW-Vergaseranordnung
11: Dosiereinheit, insbesondere Dosierschnecke
12: Additiv-Silo
13: thermische Nachbehandlungseinrichtung
13.1: Schlackebad
13.2: Einschmelzwanne
13.3: Zyklon bzw. Schmelzzyklon
13.31: exzentrischer Schlacke-Auslass
13.32: zentrischer Medium-Auslass
13.33: Medium-Ableitung
13.4: geneigte Ablaufkontur
13.5: Mantel, insbesondere Keramik oder Feuerfestmaterial oder Membranwand mit Wasserführung
13.6: Nachbehandlungsbehälter
13.7: Brenner
13.8: Quencheinheit und/oder Verdichter
13.81: Venturimischer
13.9: Einlass der thermischen Nachbehandlungseinrichtung bzw. des Zyklons
20: Steuerungseinrichtung, insbesondere umfassend eine Logikeinheit
21: Sensoreinheit, insbesondere für Temperatur, Viskosität, Durchfluss
BP: Bodenprodukt
FB: Freibordzone
WB: Wirbelbettzone
U: Umgebung/Atmosphäre
Vi: Vergaserinnenraum
M1: Vergasungsmedium
M2: Rückführung aus Zyklon
M3: Quenchwasser
M3a: fluide Kopplung
M4: Abgas-Rückführung zum HTW-Reaktor
M5: Additive
M6: Brennstoff bzw. Vergasungsmedium
M7: Staubrückführung
S: Schlacke
x: Breitenrichtung bzw. Querachse
y: Tiefenrichtung bzw. Querachse
z: vertikale Richtung bzw. Hochachse
α: Neigungswinkel zur Horizontalebene xy

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4002876 A1 [0008]
EP 0801136 B1 [0009]

Claims

HTW-Vergaseranordnung (10) eingerichtet zum Abführen von Bodenprodukt (BP) beim Vergasen von Einsatzstoffen mittels eines HTW-Vergasers (1), mit einer Vereinzelungseinheit (7), insbesondere Granulierbad, eingerichtet zum Umsetzen von flüssigem Bodenprodukt in den festen Aggregatzustand, dadurch gekennzeichnet, dass die HTW-Vergaseranordnung eine stromab vom HTW-Vergaser anordenbare thermische Nachbehandlungseinrichtung (13) mit einer geneigten Ablaufkontur (13.4) aufweist, die eingerichtet ist zum Aufschmelzen oder Weiterleiten des flüssigen Bodenproduktes als Schlacke stromab vom HTW-Vergaser und eingerichtet ist zum Abführen der Schlacke zur Vereinzelungseinheit.
HTW-Vergaseranordnung nach Anspruch 1, wobei die geneigte Ablaufkontur (13.4) mittels eines liegenden Zyklons (13.3) der thermischen Nachbehandlungseinrichtung bereitgestellt ist, insbesondere bei geneigter Anordnung des gesamten Zyklons; und/oder wobei die geneigte Ablaufkontur in einem/dem Zyklon (13.3) der thermischen Nachbehandlungseinrichtung angeordnet ist und gebildet ist durch einen bodenseitigen Abschnitt oder eine bodenseitige Wandung der Zyklonmantelfläche, wobei der Zyklon zwischen dem HTW-Vergaser (1) und der Vereinzelungseinheit (7) angeordnet ist.
HTW-Vergaseranordnung nach Anspruch 2, wobei der Zyklon einen exzentrischen Auslass (13.31) für aus dem flüssigen Bodenprodukt gewonnener Schlacke zur Vereinzelungseinheit aufweist, insbesondere ausgebildet als Abtropfstelle, und einen zumindest annähernd zentrischen Auslass (13.32) für das Abführen von Gasen aufweist, welche Auslässe insbesondere an derselben Seite oder an demselben Ende des Zyklons angeordnet sind.
HTW-Vergaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Nachbehandlungseinrichtung eine Quencheinheit (13.8) umfasst, welche zwischen der geneigten Ablaufkontur und einer Abgas-Rückführung (M4) zum HTW-Reaktor angeordnet ist, insbesondere gekuppelt an einen/den zentrischen Auslass (13.32).
HTW-Vergaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vereinzelungseinheit (7) als Granuliereinheit für das Granulieren von Schlacke ausgebildet ist, wobei die Vereinzelungseinheit an eine/die stromab vom Zyklon angeordnete Quencheinheit (13.8) gekuppelt ist.
HTW-Vergaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromauf von der thermischen Nachbehandlungseinrichtung (13) eine Dosiereinheit (11) und/oder ein Additiv-Silo (12) angeordnet sind, jeweils gekuppelt an einen Einlass (13.9) der thermischen Nachbehandlungseinrichtung.
HTW-Vergaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Nachbehandlungseinrichtung (13) temperaturbeständig bis mindestens 1500°C ist; und/oder wobei ein/der Zyklon (13.3) der thermischen Nachbehandlungseinrichtung in einem HTW-druckbeständigen Nachbehandlungsbehälter (13.6) angeordnet ist, welcher Nachbehandlungsbehälter als Bindeglied wenigstens zwischen den drei folgenden Anlagenkomponenten fungiert: HTW-Vergaser (1), Vereinzelungseinheit (7), Quencheinheit (13.8); und/oder wobei die Längsachse eines/des Zyklons der thermischen Nachbehandlungseinrichtung geneigt ist zur Längsachse eines/des druckbeständigen Nachbehandlungsbehälters, insbesondere in einem Winkel von wenigstens 2 bis 5°.
HTW-Vergaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die HTW-Vergaseranordnung druckaufgeladen ist und eingerichtet ist für Betriebsdrücke im Bereich von mindestens 2 bis 40bar; und/oder wobei stromab von der Vereinzelungseinheit auf dem Materialflusspfad bis hin zu einer Verladung oder Deponie eine Druckschleuse (8) angeordnet ist.
HTW-Vergaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Neigungswinkel der Ablaufkontur (13.4) gegenüber der Horizontalebene (xy) im Bereich von 2 bis 30 Grad liegt, insbesondere bei mindestens 6 oder 7 Grad und/oder bei maximal 15 bis 25 Grad, insbesondere maximal 20 Grad; und/oder wobei der Neigungswinkel der Ablaufkontur konstant ist oder in Materialflussrichtung größer wird, insbesondere kontinuierlich; und/oder wobei die Ablaufkontur durch eine zumindest abschnittsweise gewölbte oder ebene Fläche gebildet ist, wahlweise mit wenigstens einem rinnenförmigen Flächenabschnitt.
Verfahren zum Abführen von Bodenprodukt (BP) beim HTW-Vergasen von Einsatzstoffen, bei welchem stromab von einer HTW-Vergasung eine Vereinzelung zum Umsetzen von flüssigem Bodenprodukt in den festen Aggregatzustand erfolgt, gekennzeichnet durch thermische Nachbehandlung des Bodenproduktes stromab von der HTW-Vergasung umfassend ein Aufschmelzen oder Weiterleiten des flüssigen Bodenproduktes als Schlacke in flüssigem Aggregatzustand und Abführen der Schlacke entlang einer geneigten Ablaufkontur (13.4) zur/zu einer Vereinzelungseinheit (7), zum Bereitstellen der Schlacke als kohlenstoffreduziertes Granulat, insbesondere deponiefähig oder zur weiteren stofflichen Verwendung.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei das Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur in einem Zyklon (13.3) erfolgt, insbesondere exzentrisch aus dem Zyklon heraus und weiter in die Vereinzelungseinheit (7) ausgebildet als Granuliereinheit; und/oder wobei im Zyklon ein turbulenter Strömungszustand aufrecht erhalten wird, insbesondere indem Gase radial oder tangential in den Zyklon zugeführt werden und zentrisch und/oder axial ausgeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei stromauf vom Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur (13.4) ein Zumischen von Additiven zum Einstellen der Viskosität des Bodenproduktes erfolgt; und/oder wobei stromauf vom Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur ein Dosieren erfolgt, insbesondere mittels einer Dosierschnecke (11).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei beim Abführen entlang der geneigten Ablaufkontur Brennstoff und/oder Vergasungsmedium eingesetzt wird, welcher/welches nach thermischer Umsetzung zurück zur HTW-Vergasung geführt wird (M4), insbesondere via eine Quenchung/Quencheinheit (13.8); und/oder wobei eine/die Quenchung/Quencheinheit an die Vereinzelungseinheit gekuppelt ist und in fluider Kommunikation (M3a) damit steht; und/oder wobei dem Nachbehandlungsprozess Wasserdampf zum Reduzieren von CO2 zu CO zugeführt wird, insbesondere über wenigstens einen Venturimischer (13.81) in einer/der Quencheinheit.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Einsatzstoffe kohlenstoffhaltig sind, und wobei flüssig weitergeleitete Bodenprodukt (BP) als vereinzelte kohlenstoffreduzierte Schlacke bereitgestellt wird, insbesondere mit einem Kohlenstoff-Gehalt von weniger als 5%.
Verwendung eines Zyklons (13.3) zwischen einem HTW-Vergaser (1) und einer Vereinzelungseinheit (7) zum Bereitstellen einer geneigten Ablaufkontur (13.4) zum Abführen von flüssigem Bodenprodukt (BP) als Schlacke direkt vom HTW-Vergaser zur Vereinzelungseinheit und zum weiteren Abtransport zu einer Deponie oder zur weiteren Verwendung insbesondere im Straßenbau, insbesondere in einer druckaufgeladenen HTW-Vergaseranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.