DE10327178B3 - Plant for producing metal and slag melts and synthesis gas from waste has gasification unit with tapping outlet at its base, unit being connected to gas quenching and cooling unit containing hydrocyclone and foam- and oil separator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Metall- und Schlackeschmelzen sowie von Synthesegas durch eine stoffliche und energetische Verwertung von aus Wasser, organischen und anorganischen Komponenten zusammengesetzten Abfällen.The The invention relates to a plant for the production of metal and slag melts as well as synthesis gas through a material and energetic utilization of wastes composed of water, organic and inorganic components.
Aus dem Stand der Technik sind bereits durch WO 01/62873 A1 ein Schacht-Schmelz-Vergaser und ein Verfahren zur thermischen Behandlung und Verwertung von Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung, wie von schadstoffbelastetem Altholz, Altreifen, Industrie-/Gewerbeabfallstoffen, Haus- und Sperrmüll, bekannt, bei dem die Abfallstoffe und Zuschläge nach dem Anbrennen im Schacht-Schmelz-Vergaser direkt in die Hochtemperaturzone H eingebracht werden. Diese Hochtemperaturzone H bildet sich im Ofeninneren im Bereich der Ebene aus, die oberhalb des schüttungsfreien Raumes mit darin integrierten Absaugeinrichtungen durch die oberen, mit Sauerstoff betriebenen, Injektoren definiert ist. Hier reagieren die in den Abfallstoffen enthaltenen organischen Bestandteile mit dem in die Hochtemperaturzone H eingebrachten Sauerstoff. Die mineralischen und metallischen Bestandteile der Abfallstoffe tropfen bzw. fließen in den Herdbereich ab, wobei gleichzeitig die durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden Reaktionsprodukte als Teil 1 des Rohgases mit den absinkenden, nicht vollständig verbrannten organischen Bestandteilen der Abfallstoffe durch Rohgasabsaugeinrichtungen im Gleichstrom in Richtung Herd geführt werden und dabei einer pyrolytischen Zersetzung unterliegen. Der sich während der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone Z bildende Pyrolysekoks wird mit Sauerstoff zu weiteren gasförmigen Reaktionsprodukten als Teil 2 des Rohgases verbrannt. Die Reduzier-/Crackzone Z im Ofeninneren stellt einen Bereich dar, der vom schüttungsfreien Raum mit den darin integrierten Absaugeinrichtungen bis zur unteren Injektorebene reicht. Das Metall und die Schlacke sammeln sich im Herd.Out WO 01/62873 A1 already discloses a shaft melt carburettor in the prior art and a method for the thermal treatment and utilization of Waste of different nature, consistency and composition, such as contaminated waste wood, used tires, industrial / commercial waste, Domestic and bulky waste, known in which the waste and aggregates after firing in the shaft melt carburetor be introduced directly into the high temperature zone H. This high temperature zone H forms in the interior of the oven in the area of the plane above of the pour-free Room with integrated suction devices through the upper, oxygen-operated, injectors is defined. Here they react contained in the waste organic components with the introduced into the high temperature zone H oxygen. The mineral and metallic components of the waste drop or flow into the Herd range from, at the same time by the thermochemical conversion reactions resulting reaction products as part 1 of the raw gas with the sinking, not completely burned organic components of the waste by Rohgasabsaugeinrichtungen be conducted in direct current in the direction of the stove and thereby one subject to pyrolytic decomposition. The during the weaning in the Reduction / cracking zone Z forming pyrolysis coke is oxygenated to further gaseous Reaction products burned as part 2 of the raw gas. The reduction / cracking zone Z in the interior of the oven represents an area of the bulkless space with the integrated suction devices down to the lower injector level enough. The metal and the slag collect in the stove.
Das gesamte im Ofen gebildete Gas, bestehend aus den Teilen 1 und 2, wird als Rohgas bezeichnet und gleichzeitig im Gegenstrom, im Gleichstrom und quer zu den Strömungsrichtungen der Ofengase seitlich zwischen der Hochtemperaturzone H und der Reduzier-/Crackzone Z abgesaugt. Das Rohgas besteht aus den gasförmigen Reaktionsprodukten CO, CO2, H2, H2O sowie abhängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe aus Spurenkomponenten, wie CS2, COS, SO2, NOx, H2S und HCl.The entire gas formed in the furnace, consisting of the parts 1 and 2, is referred to as raw gas and simultaneously sucked in countercurrent, cocurrent and transverse to the flow directions of the furnace gases laterally between the high temperature zone H and the reduction / cracking zone Z. The crude gas consists of the gaseous reaction products CO, CO 2 , H 2 , H 2 O and depending on the analysis of the waste materials used from trace components such as CS 2 , COS, SO 2 , NO x , H 2 S and HCl.
Für den als offenes, druckloses System konstruierten Schacht-Schmelz-Vergasers ist kennzeichnend, dass auf einer Bodenplatte ein den Herd bildender Schachteil mit Abstichvorrichtungen für Schlacke und Eisen und direkt anschließend mehrere, verschiedenartig gestaltete zylindrische Ofenschachtteile aufgesetzt sind, wobei der konische Ofenschachtteil in den schachterweiternden Ofenschachtteil ragt und so einen schüttungsfreien Raum mit hierin liegenden Rohgasabsaugeinrichtungen bildet. Oberhalb des Herdes und oberhalb des schüttungsfreien Raumes sind jeweils mehrere um den Umfang verteilte Injektoren zur gemeinsamen Zuführung von Sauerstoff und Luft angeordnet. Im Bereich des schüttungsfreien Raumes sind weiterhin gleichmäßig um den Umfang verteilt nach außen führende Rohgasabsaugeinrichtungen angeordnet, die beispielsweise als Quenche, als Dampfkessel, als Heißfilter oder als Sprühabsorber ausgebildet sein können.For the as open, pressureless system constructed shaft melt carburetor is characteristic that on a bottom plate a stove forming chess part with Tapping devices for slag and iron and then immediately afterwards several differently shaped cylindrical furnace shaft parts are placed, with the conical shaft shaft part in the shaft-expanding Ofenschachtteil protrudes and so a flow-free space with herein lying Rohgasabsaugeinrichtungen forms. Above the stove and above the pour-free Each room is a plurality of circumferentially distributed injectors for common feeder arranged by oxygen and air. In the area of the river-free Space is still even around the room Scope distributed to the outside leading Rohgasabsaugeinrichtungen arranged, for example, as quenches, as steam boilers, as hot filter or as a spray absorber can be trained.
Dieses Rohgas hat bedingt durch seinen CO- und H2-Gehalt einen hohen Heizwert und wird nach Verlassen der Rohgasabsaugeinrichtungen als Brenngas bezeichnet. Dem Schacht-Schmelz-Vergaser ist eine Gasreinigung nachgeschaltet, die das Brenngas für eine Verwertung, zum Beispiel in einem Blockheizkraftwerk (BHKW), aufbereitet. Das aufbereitete Brenngas wird nach dem Stand der Technik als Synthesegas bezeichnet und kann beispielsweise zur energetischen Nutzung einem Gasmotor zugeführt werden.Due to its CO and H 2 content, this raw gas has a high calorific value and is referred to as fuel gas after it leaves the crude gas suction devices. The shaft melting carburetor is followed by a gas purification, which processes the fuel gas for recovery, for example, in a combined heat and power plant (CHP). The treated fuel gas is referred to in the prior art as synthesis gas and can be supplied, for example, for energy use a gas engine.
Die Nachteile des in WO 01/62873 A1 dargestellten Schacht-Schmelz-Vergasers bestehen darin, dass über die Begichtungsöffnung eine unkontrollierte Zufuhr von Falschluft erfolgt und durch die sukzessive Erhöhung der Temperatur bis zum oberen Ende der Schüttung über die Dauer des zeitabhängigen Vergasungs- und Schmelzprozesses die Zündung der in diesem Bereich entstehenden Pyrolysegase nicht sicher verhindert werden kann. Außerdem verbrennen nach Erreichen der Zündtemperatur die organischen Bestandteile der Abfallstoffe bereits unmittelbar unterhalb der Begichtungsöffnung.The Disadvantages of the shaft melt carburettor shown in WO 01/62873 A1 exist in that over the opening an uncontrolled supply of false air takes place and through the successive increase the temperature to the top of the bed over the duration of the time-dependent gasification and melting the ignition of the not reliably prevented in this area pyrolysis gases can be. Furthermore burn after reaching the ignition temperature the organic components of the waste already directly below the opening.
Durch die Konsistenz und Beschaffenheit der Einsatzmaterialien und durch die Anzahl und Anordnung der Absaugvorrichtungen für das Rohgas können sich während des Vergasungs- und Schmelzprozesses lokale Strömungskanäle in der Schüttung ausbilden, die das Einsacken kalter Falschluft von oben nach unten und/oder das Aufsteigen von CO- und H2-reichen Ofengasen von unten nach oben ermöglichen, wodurch der Heizwert des abgezogenen Rohgases gesenkt wird.Due to the consistency and nature of the feed materials and the number and arrangement of the exhaust gas for the raw gas can form local flow channels in the bed during the gasification and melting process, the cold cold air from the top down and / or the rise of CO- and H 2 -rich furnace gases from bottom to top, whereby the calorific value of the withdrawn raw gas is lowered.
Weiterhin
ist durch
Nachteilig
ist jedoch, dass durch diese Anlagenanordnung bei gleichzeitiger
Nachnutzung der fühlbaren
Wärme des
Ofengases zur Vorwärmung von
Luft oder sauerstoffangereicherter Luft durch Erreichen oder Unterschreiten
des Taupunktes der im Ofengas enthaltenen gasförmigen Organika die Bildung
von Pyrolyseölen
oder Teerkomponenten nicht sicher verhindert wird. Diese Komponenten
werden in den Rohrleitungen und Apparaten des nachfolgenden Gasreinigungssystems
unkontrolliert abgeschieden und können dann entweder zur Beeinträchtigung oder
zum Abbruch des verfahrenstechnischen Gesamtprozesses führen. In
Nachteilig ist, dass bei der Ausbildung der Absaugeinrichtungen als Dampfkessel das Rohgas direkt nachverbrannt wird und somit eine Nachnutzung des Synthesegases im Gasmotor oder im Blockheizkraftwerk nicht möglich ist. Die alternative Ausbildung als Heißgasfilter ist technisch-technologisch aufwendig und verhindert nicht das nachfolgende Auskondensieren von Pyrolyseölen und/oder Teerkomponenten. Bei der Ausbildung der Absaugeinrichtungen als Quenche oder Sprühabsorber ist die direkte Nachnutzung der fühlbaren Wärme des Rohgases für den Prozess durch eine Gas-Gas-Wärmetauschung nicht möglich und es werden nachfolgend dichtebedingt auf der Wasseroberfläche des Quenchwassers schwimmende ölige, staubförmige Schichten oder Schäume gebildet, die einen erheblichen Mehraufwand im Gesamtsystem erfordern.adversely is that in the formation of the suction devices as a steam boiler the raw gas is burned directly and thus a reuse of the synthesis gas in the gas engine or combined heat and power plant is not possible. The alternative training as a hot gas filter is technical-technological consuming and does not prevent the subsequent condensation of pyrolysis oils and / or tar components. In the formation of the suction as quenches or spray absorbers is the direct reuse of the sensible heat of the raw gas for the process by a gas-gas heat exchange not possible and it will subsequently be density-dependent on the water surface of the quench water floating oily, dusty layers or foams formed, which require a significant overhead in the overall system.
Zusammenfassend gilt, dass einerseits zur sicheren Verhinde- rung von zeit- und temperaturabhängigen Reaktionen der über die Rohgasabsaugeinrichtungen abgezogenen Rohgaskomponenten untereinander zu gasförmigen Schadstoffen außerhalb des Schacht-Schmelz-Vergasers eine Schockkühlung des Rohgases, beispielsweise durch Quenchen, notwendig ist.In summary applies that on the one hand to the safe prevention of time and temperature-dependent Reactions of the over the Rohgasabsaugeinrichtungen withdrawn raw gas components with each other to gaseous Pollutants outside the Shaft melt carburetor shock cooling of the raw gas, for example by quenching, is necessary.
Andererseits bewirkt dies aber gleichzeitig eine nachteilige Absenkung der Rohgastemperatur bis hin zur Kondensation von gasförmigen Bestandteilen des Rohgases.on the other hand but this causes at the same time a disadvantageous lowering of the raw gas temperature up towards the condensation of gaseous Constituents of the raw gas.
Dieser verfahrenstechnisch jedoch notwendige Prozess ist temperaturabhängig und wird dann auch als fraktionierte Destillation bezeichnet. Er bewirkt die Ausscheidung von Kohlenwasserstoffen und/oder Aerosolen in der den Rohgasabsaugeinrichtungen nachgeschalteten Anlagentechnik, deren Erscheinungsformen vielfältig sind.This procedurally, however, necessary process is temperature dependent and is then also referred to as fractional distillation. He effects the excretion of hydrocarbons and / or aerosols in the the Rohgasabsaugeinrichtungen downstream equipment technology, their manifestations diverse are.
Es bilden sich abhängig vom Temperaturniveau der Quenchkühlung wegen der gegenüber Wasser geringeren Dichte flüssige, ölähnliche Schichten, ebenfalls dichtebedingt auf der Wasseroberfläche schwimmende staubförmige Schichten oder Schäume. In jedem Fall wird dadurch die den Rohgasabsaugeinrichtungen nachgeschaltete Gasreinigung, welche zur Herstellung von Synthese gas aus dem Rohgas benötigt wird, verfahrenstechnisch schwer beherrschbar.Depending on the temperature level of the quench cooling, owing to the oil-like layers which are liquid compared with water, dust-like layers or foams also floating on the surface of the water are formed. In any case, this is the Rohgasabsaugeinrichtungen downstream gas cleaning, which is required for the production of synthesis gas from the raw gas, procedurally difficult to control.
Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, eine Anlage zur Herstellung von Metall- und Schlackeschmelzen sowie von Synthesegas durch eine stoffliche und energetische Verwertung von aus Wasser, organischen und anorganischen Komponenten zusammengesetzten Abfällen vorzuschlagen, die eine Heizwertsenkung des abgezogenen Rohgases durch eine unkontrollierte Zufuhr von Falschluft über die Begichtungsöffnung in den Vergasungsreaktor verhindert sowie den Eintritt von kondensierten Kohlenwasserstoffen und Aerosolen in Form von beispielsweise flüssigen, ölähnlichen und staubförmigen Schichten oder Schäumen in eine nachgeschaltete Gasreinigung ausschließt.The Problem of the invention is therefore a system for the production of metal and slag melts and synthesis gas through a Material and energy recovery from water, organic and propose compound components to inorganic components, the one Heizwertesenkung the withdrawn raw gas by an uncontrolled Supply of false air over the Begichtungsöffnung prevented in the gasification reactor as well as the entry of condensed Hydrocarbons and aerosols in the form of, for example, liquid, oil-like and dusty layers or foaming excludes in a downstream gas cleaning.
Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einer Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The solution of the existing problem exists in a facility with the features of claim 1
Die erfindungsgemäße Anlage hat die Vorteile, dass keine Senkung des Heizwertes des abgezogenen Rohgases eintritt und damit eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des Vergasungsaggregats gegeben ist und die flüssigen, ölähnlichen und staubförmigen Schichten oder Schäume durch das neuartige Quench-Kühler-System fraktioniert separiert und ausgeschleust werden, wodurch das nunmehr als Brenngas bezeichnete Gas vorgereinigt in die Gasreinigung gelangt.The inventive plant has the advantages that no reduction in the calorific value of the withdrawn Raw gas occurs and thus improved efficiency the gasification unit is given and the liquid, oil-like and dusty layers or foams through the novel quench cooler system fractionated separated and discharged, whereby the now Gas called pre-cleaned gas enters the gas purification.
Die Anlage zur Herstellung von Metall- und Schlackeschmelzen sowie von Synthesegas durch eine stoffliche und energetische Verwertung von Abfällen soll am Beispiel einer Materialmischung aus 1,06 t/h Hausmüll, 0,27 t/h Altreifenschredder, 0,13 t/h Koks und 0,05 t/h Kalkstein näher beschrieben werden.The Plant for the production of metal and slag melts and of Synthesis gas through a material and energetic utilization of waste is based on the example of a material mixture of 1.06 t / h household waste, 0.27 t / h shredder, 0.13 t / h coke and 0.05 t / h limestone are described in more detail.
Die
zugehörige
Zeichnung zeigt einen Schacht-Schmelz-Vergaser
Das
Quench-Kühler-System
besteht weiterhin aus der mit einem Wasseranschluss und einem durch
eine Rohrleitung verbundenen Sammelgefäß
Der
Schacht-Schmelz-Vergaser
Durch Öffnung des
zum Ofenschacht
Es
werden 0,066 t/h Flüssigeisen,
0,203 t/h Schlacke und 2371 Nm3/h Rohgas
erzeugt. Dieses Rohgas wird dann zur Behandlung von den gleichmäßig über den
Umfang verteilten, zwischen den Ebenen der Injektoren
Der
größte Teil
der Kohlenwasserstoffe und der Staubpartikel mit einer niedrigeren
Dichte als Wasser wird ebenfalls nach oben umgelenkt und zum am
zylindrischen Mittelteil
Durch
das im konischen Unterteil
Als
Summe werden 192 l/h Kondensat und Staub aus dem eingebrachten Rohgas
entfernt. Das Gas wird dabei von 600°C auf 55°C abgekühlt und gelangt vom Gassammelraum
Dieses nunmehr als Brenngas bezeichnete Gas wird auf 40 °C nacherwärmt und gelangt somit vorgereinigt in die dem Quench-Kühler-System nachgeschaltete Gasaufbereitung und Gasreinigung, ohne hier auszukondensieren und die weiteren Aggregate durch Kondensationserscheinungen von Kohlenwasserstoffen verfahrenstechnisch negativ zu beeinflussen.This now referred to as fuel gas gas is reheated to 40 ° C and thus pre-cleaned enters the quench cooler system Downstream gas treatment and gas purification without condensing out here and the other aggregates by condensation phenomena of hydrocarbons procedurally negative influence.
- 11
- Quenchdüsequench nozzle
- 22
- GaseintrittstutzenGas inlet nozzle
- 33
- Rohrleitungpipeline
- 44
- Mittelteil des Hydrozyklons, zylindrischmidsection of the hydrocyclone, cylindrical
- 55
- Schaum- und ÖlabscheiderFoam- and oil separator
- 66
- Sammelbehälter mit RührwerkCollection container with agitator
- 77
- Wasser- und SinkstoffabscheidungWater- and sedimentation
- 88th
- Unterteil des Hydrozyklons, konischlower part of the hydrocyclone, conical
- 99
- RückführleitungReturn line
- 1010
- AusschleusleitungAusschleusleitung
- 1111
- Beruhigungszylindercalming cylinder
- 1212
- SchaumabweiserSchaumabweiser
- 1313
- Sternförmiges Einbauteil zur Verhinderung einer StrudelbildenStar-shaped built-in part to prevent a whirlpool making
- 1414
- Gassammelraum, zylindr. oder quaderförmigGas collection space, Cylindrical. or cuboid
- 1515
- GasabzugsleitungGas vent line
- 1616
- Installationsrauminstallation space
- 1717
- Sammelgefäßcollection vessel
- 1818
- Vergasungsaggregatgasification unit
- 1919
- MaterialeingangsschleuseMaterial inlet lock
- 2020
- Injektoren für Vergasungsmittelinjectors for gasification agents
- 2121
- RohgasabsaugeinrichtungRohgasabsaugeinrichtung
- 2222
- Flüssigmetall-AbsticheinrichtungLiquid metal tapping
- 2323
- BegichtungsöffnungBegichtungsöffnung
- 2424
- Ofenschachtfurnace shaft
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DE20120189U1 (en) * | 2001-12-14 | 2003-04-24 | Umweltkontor Renewable Energy | Co-current shaft reactor |
-
2003
- 2003-06-17 DE DE2003127178 patent/DE10327178B3/en not_active Expired - Fee Related
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Owner name: SCHAAF, MICHAEL, 04158 LEIPZIG, DE Owner name: MALLON, JOACHIM, 04178 LEIPZIG, DE Owner name: SCHEIDIG, KLAUS, DR.-ING., 07338 KAULSDORF, DE |
|
8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: SCHAAF, MICHAEL, 04178 LEIPZIG, DE Inventor name: SCHEIDIG, KLAUS, DR.ING., 07338 KAULSDORF, DE Inventor name: MALLON, JOACHIM, 04158 LEIPZIG, DE Inventor name: FEUSTEL, HANS ULRICH, 04277 LEIPZIG, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INGITEC ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: JOACHIM MALLON,MICHAEL SCHAAF,KLAUS SCHEIDIG, , DE Effective date: 20140211 Owner name: INGITEC ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: MALLON, JOACHIM, 04178 LEIPZIG, DE; SCHAAF, MICHAEL, 04158 LEIPZIG, DE; SCHEIDIG, KLAUS, DR.-ING., 07338 KAULSDORF, DE Effective date: 20140211 |
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