DE19536383C2

DE19536383C2 - Method and device for the gasification of low calorific value fuels

Info

Publication number: DE19536383C2
Application number: DE1995136383
Authority: DE
Original assignee: KRC Umwelttechnik GmbH; Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Current assignee: Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: DE19536383A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung heizwertarmer Brennstoffe unter Erzeugung von kohlenmonoxid- und was serstoffhaltigen Gasen.The invention relates to a method and an apparatus for gasification Low-calorific fuels with the production of carbon monoxide and what gases containing hydrogen.

Die Erfindung ist überall dort anwendar, wo heizwertarmer Brennstoff vergast werden soll. Unter heizwertarmen Brennstoffen werden solche verstanden, die aufgrund hoher Wassergehalte und/oder anorganischer Anteile oder ho her Sauerstoffgehalte in der organischen Substanz in der Regel Heizwerte <15 MJ/kg aufweisen. Solche heizwertarmen Brennstoffe sind Biobrennstoffe, wie Stroh, Holz, Gräser, Laub sowie speziell gezüchtete, für die energetische Nutzung vorgesehene Pflanzen, Abfallstoffe, wie Hausmüll, Gewerbemüll, kommunaler sowie industrieller Klärschlamm; Reste aus der Aufbereitung von Industriegütern mit organischen Anteilen, nicht stofflich verwertbare Re ste aus Sammlungen, wie DSD, sowie Produktionsreste aus verschiedenen technologischen Verfahren, besonders der Recyclingwirtschaft, belastete Schwachgase, beispielsweise Deponie- und Klärgase sowie Feststoff/Öl- oder Wasser/Feststoff-Schlämme unterschiedlicher Herkunft.The invention can be used wherever fuel with low calorific value is gasified shall be. Low-calorific fuels are understood to mean those which due to high water content and / or inorganic components or ho As a rule, oxygen levels in the organic substance are calorific values <15 MJ / kg exhibit. Such low calorific value fuels are biofuels, such as straw, wood, grass, leaves and specially bred, for the energetic Plants, waste materials such as household waste, commercial waste, municipal and industrial sewage sludge; Remnants from processing of industrial goods with organic components, reusable materials consists of collections such as DSD, as well as production residues from various technological processes, especially in the recycling industry Low gases, e.g. landfill and sewage gases as well as solid / oil or water / solid sludges of various origins.

Die Verwertung dieser genannten Brennstoffe wird erschwert durch ihre he terogene Zusammensetzung und gegebenenfalls hohe Konzentrationen an anorganischen und organischen toxischen Stoffen wie Schwermetalle, Di oxine und Furane, chlororganische Verbindungen sowie zyklische Kohlen wasserstoffe.The recovery of these fuels mentioned is complicated by their height terogenic composition and possibly high concentrations inorganic and organic toxic substances such as heavy metals, Di oxins and furans, organochlorine compounds and cyclic carbons hydrogen.

Es ist bekannt, heizwertarme Brennstoffe zur Erzeugung brennbarer Gase durch Vergasung mit Luft oder technischem Sauerstoff einzusetzen. Diese Gase lassen sich energetisch in Gasmotoren oder Gasturbinen zur Erzeugung von Elektroenergie oder von Dampf durch Verbrennung in Kesseln sowie stofflich als Synthesegas, beispielsweise für die Herstellung von Methanol, nutzen. Die Vergasung kann bekanntermaßen in der Wirbel schicht, siehe "Thermische Restabfallbehandlung mittels Wirbelschichtver gasung; 67. Abfalltechnisches Kolloqium der Universität Stuttgart, im Fest bett nach DE 41 25 521 C1 oder im Flugstrom nach DE 42 38 934 A1 er folgen.It is known to use low-calorific fuels for generating combustible gases by gasification with air or technical oxygen. These Gases can be generated energetically in gas engines or gas turbines of electrical energy or steam from combustion in boilers and materially as synthesis gas, for example for the production of Methanol. The gasification is known to occur in the vortex layer, see "Thermal residual waste treatment using fluidized bed ver gassing; 67th Waste Technology Colloquium of the University of Stuttgart, in the festival bed according to DE 41 25 521 C1 or in the entrained flow according to DE 42 38 934 A1 consequences.

Bei der Wirbelschichtvergasung fallen die mineralischen Bestandteile der Einsatzstoffe als pulverförmige Asche an, die toxische Schwermetallverbin dungen enthält und einem Nachbehandlungsprozeß, beispielsweise einer nachträglichen Verglasung, mit gesonderter Erfassung flüchtiger, toxischer Schwermetalle unterworfen werden muß. Um die gesetzlich vorgeschriebe nen maximalen Kohlenstoffgehalte in der Asche und damit den erforderli chen Kohlenstoffumsatz während der Vergasung zu sichern, sind besondere technologische Maßnahmen wie innere oder äußere Kreislaufführung des Vergasungsgutes erforderlich. Bei niedrigen Ascheschmelzpunkten müssen die Vergasungstemperaturen entsprechend niedrig gehalten werden, was wiederum den Kohlenstoffumsatz erschwert. Sind weiterhin höhere Alkalige halte im Einsatzgut vorhanden, beispielsweise bei Biobrennstoffen, aber auch bei Hausmüll und Klärschlamm, so besteht die Gefahr eutektischer Schmelzen mit dem Wirbelbettgut, was wiederum niedrigere Verga sungstemperaturen erfordert.In fluidized bed gasification, the mineral components of the Starting materials as powdered ash, the toxic heavy metal compound contains and a post-treatment process, for example one subsequent glazing, with separate registration of volatile, toxic Heavy metals must be subjected. To the legally required NEN maximum carbon content in the ash and thus the required Securing the carbon turnover during gasification are special technological measures such as internal or external circulation of the Gasification goods required. At low ash melting points the gasification temperatures are kept accordingly low, what in turn, the carbon turnover more difficult. Are still higher alkaline hold in the feed, for example with biofuels, but even with household waste and sewage sludge, there is a more eutectic risk Melting with the fluidized bed material, which in turn lower gasification solution temperatures required.

Es sind weiter Vergasungsverfahren für stückige oder grobkörnige Brenn stoffe bekannt, die nach dem Festbett- beziehungsweise Wanderbettprinzip arbeiten, zum Beispiel nach DE 41 25 521 C1. Das nach solchen Verfahren erzeugte Gas ist jedoch mit einem mehr oder weniger großen Anteil an kon densierbaren, höheren Kohlenwassertoffen beladen, die im Zuge der Gas aufbereitung als staubhaltiger Teer abgeschieden werden, dessen Verwer tung aufgrund seiner Bestandteile problematisch ist. Außerdem fällt ein wässriges Kondensat an, das mit erheblichem technischem Aufwand aufberei tet werden muß. In DE 41 25 521 C1 wird deshalb vorgeschlagen, dieses in der Festbettvergasung entstehende, staub- und kohlenwasserstoffhaltige Gas ohne Zwischenkühlung oder Kondensation einer sekundären Flug stromstufe zur Nachvergasung zuzuführen. Hierbei wirken sich der hohe technische Aufwand sowie die erheblichen Energieverluste nachteilig aus. Ähnliches gilt für weitere Kombinationen von Vergasungsverfahren wie bei spielsweise nach DE 44 35 349 A1 die Verbindung von Wirbelschicht und Flugstrom.There are also gasification processes for lumpy or coarse-grained kilns known substances that work according to the fixed bed or moving bed principle work, for example according to DE 41 25 521 C1. After such procedures generated gas is, however, with a more or less large proportion of con densable, higher hydrocarbons loaded in the course of gas processing as dust-containing tar, its recycling tion is problematic due to its components. It also occurs aqueous condensate, which requires considerable technical effort must be tet. DE 41 25 521 C1 therefore proposes this in Fixed bed gasification that contains dust and hydrocarbons Gas without intermediate cooling or condensation of a secondary flight supply current stage for post-gasification. This affects the high technical effort and the significant energy losses disadvantageous. The same applies to other combinations of gasification processes as for for example according to DE 44 35 349 A1 the connection of the fluidized bed and Entrained current.

In der Technik der Gaserzeugung ist die Vergasung von Brennstoffen, die sich in einem fließfähigen Zustand befinden oder in diesen Zustand überführt werden können, durch partielle Oxydation im Flugstrom bekannt. Dabei wird der Brennstoff mit Sauerstoff in Form einer Flammenreaktion, vielfach auch unter erhöhtem Druck, in ein kohlenmonoxid- und wasserstoffreiches Gas umgewandelt. Es ist vorgeschlagen worden, für die Gaserzeugung durch Partialoxidation auch kohlenstoffhaltige beziehungsweise brennbare Rück stände mit einem zusätzlichen Brennstoff heranzuziehen, soweit sie in einem fließfähigen Zustand vorliegen beziehungsweise in diesen gebracht werden können. Beispiele dafür geben DE 28 31 208 A1 und DE 38 20 013 A1.In the technology of gas generation is the gasification of fuels that are in a flowable state or transferred to this state can be known by partial oxidation in the entrained flow. Doing so the fuel with oxygen in the form of a flame reaction, often also under increased pressure, in a gas rich in carbon monoxide and hydrogen converted. It has been suggested for gas generation Partial oxidation also carbon-containing or combustible back stand with an additional fuel, if they are in one flowable state are present or brought into this can. Examples of this are given in DE 28 31 208 A1 and DE 38 20 013 A1.

Zur Überführung heterogen zusammengesetzter Einsatzstoffe in ein fließfä higes Gut wird schließlich die Kombination von einer Pyrolyse- mit einer Flugstromvergasungsstufee nach DE 42 38 934 A1 genannt, wobei der Pyrolysestufe die Aufgabe zukommt, durch Erzeugung eines Pyrolysekokses und eines Pyrolysegases aufbereitbare und der Flugstromvergasungsstufe zuführbare Produkte zu erzeugen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technolo gie ist, daß die mineralischen Bestandteile in eine schmelzflüssige Schlacke überführt werden, die nach Kühlung als glasartiges Granulat anfällt und kei ner Nachbehandlung bedarf. Vorteilhaft ist weiterhin, daß ein von Kohlen wasserstoffen freies Rohsynthesegas entsteht, dessen Reinigung nach kon ventionellen, in der Synthesegastechnik üblichen Methoden aufbereitet wer den kann. Als Nachteil erweist sich hier der hohe apparative Aufwand.For transferring heterogeneously composed feedstocks into a flowable Finally, the combination of pyrolysis with a Entrained flow gasification stage according to DE 42 38 934 A1, the Pyrolysis stage has the task of producing a pyrolysis coke and a pyrolysis gas that can be processed and the entrained-flow gasification stage to produce feedable products. A major advantage of this technology gie is that the mineral components in a molten slag are transferred, which after cooling is obtained as glass-like granules and kei aftercare is needed. It is also advantageous that one of coals Hydrogen-free raw synthesis gas is formed, the purification after con conventional methods that are common in synthesis gas technology that can. The disadvantage of this is the high expenditure on equipment.

In DE 41 09 063 A1 wird zur Überwindung vorgenannter Nachteile die Kom bination einer Gleichstromvergasung im Festbett mit einer Flugstromverga sung beschrieben. Hierbei treten besonders bei der Vergasung mit Sauer stoff sicherheitstechnische Bedenken bei der Durchströmung der Schüttgut säule mit Sauerstoff auf, was mit zusätzlichen Maßnahmen zu beheben ist.In DE 41 09 063 A1, the com Combination of a direct current gasification in a fixed bed with an entrained current flow solution. This occurs particularly with gasification with acid safety concerns regarding the flow of the bulk material column with oxygen, which can be remedied with additional measures.

Aus DE 43 17 145 C1 ist eine Einrichtung zum Entsorgen unterschiedlich zusammengesetzter Abfallstoffe, insbesondere von lackiertem, kunststoffbehafteten Schrott, bekannt, bei der in einen koksbeheizten Schachtofen Ab fallmaterialien eingebracht werden, wobei Schlacke und ein Gas entstehen. Mit dertigen Schachtöfen ist ein Entsorgen von Abfallmaterialien, wie Stroh oder niederkalorischen Brennstoffen, mit dem Ziel, ein Gas und eine Schlac ke entstehen zu lassen, nicht ohne weiteres möglich. Der Koks, der eine Stützfunktion ausübt und die Hauptenergiequelle für den Entsorgungsprozeß darstellt, erlaubt es nicht, das Verfahren für alle vorkommenden Abfallstoffe rentabel zu betreiben.A device for disposal is different from DE 43 17 145 C1 Compound waste materials, especially of lacquered, plastic-laden Scrap, known, in the Ab in a coke-heated shaft furnace Fall materials are introduced, creating slag and a gas. With such shaft furnaces is a disposal of waste materials, such as straw or low calorific fuels, with the aim of a gas and a schlac not to let ke arise. The coke, the one Support function and the main energy source for the disposal process represents, does not allow the process for all occurring waste materials to operate profitably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Kombination von an sich bekannten Verfahrensprinzipien der Vergasungstechnik ein Verfahren und eine Vorrichtung zur umweltfreundlichen Verwertung niedrigkalorischer Brennstoffe, die mit toxischen Komponenten belastet sein können, zu schaffen, das gleichzeitig heterogen zusammengesetzte stückige und fließ fähige Materialien zu verarbeiten gestattet, ein kohlenmonoxid- und was serstoffreiches Gas frei von kondensierbaren Pyrolyseprodukten erzeugt, ohne weitere Nachbehandlungsstufen einen verwertbaren oder einfach zu deponierenden festen Rückstand liefert, toxische Belastungen der Umwelt ausschließt und den Aufbereitungsaufwand für die zu verwertenden Stoffe vermindert.The invention has for its object by a combination of known process principles of gasification technology a process and a device for the environmentally friendly utilization of low-calorie Fuels that can be contaminated with toxic components create that at the same time heterogeneously composed lumpy and flowing able to process capable materials, a carbon monoxide and what high-gas, free of condensable pyrolysis products, a usable or easy to use without further post-treatment stages depositing solid residue provides toxic environmental pollution excludes and the processing costs for the materials to be recycled reduced.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. und 13. Patentanspruches gelöst.This object is achieved by the features of the 1st and 13th claims.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.The subclaims represent advantageous embodiments of the invention.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen darin, daß mit der erfin dungsgemäßen Kombination von Spülgaspyrolyse und Wanderbettverga sung heterogen zusammengesetzte stückige Einsatzstoffe mit geringstem Aufbereitungsaufwand direkt verwertet werden können. Damit wird vor allem der Aufbereitungsaufwand für die zu verwertenden Stoffe vermindert. Spülgaspyrolyse und Vergasungsstufe sind als Wander bett gestaltet. Der zugeführte stückige Brennstoff wird dabei im Oberteil des Wanderbettes im Pyrolyseschacht durch entgegenströmendes Vergasungs gas von Umgebungstemperatur auf 600-1000 Grad Celsius aufgeheizt und dabei der Pyrolyse unterzogen. Der als Aufheizmedium verwendete Teil des Vergasungsgases wird gemeinsam mit den entbundenen flüchtigen Pyroly seprodukten als Kreislaufgas mit 200-500 Grad Celsius aus dem Pyrolyse schacht abgezogen und einem Reaktionsraum am unteren Ende des Wan derbettes gemeinsam mit Sauerstoff und/oder Luft zugeführt. Die Zuführein richtung kann beispielsweise als Injektionsbrenner ausgeführt sein. Auch besteht die Möglichkeit, die Absaugung des Kreislaufgases aus dem Pyroly seschacht mittels eines Gebläses vorzunehmen. Zusätzlich zum Kreislauf gas können dem Reaktionsraum fließfähige flüssige, gasförmige oder feste Brennstoffe, aber auch andere zu entsorgende fließfähige Güter zugeführt und simultan mit verwertet werden. Das Verhältnis von Sauerstoff und/oder Luft zu den Einsatzstoffen wird so gewählt, daß im Reaktionsraum Tempera turen auftreten, die ein Aufschmelzen und Abfließen der aus den anorgani schen Bestandteilen der Einsatzstoffe entstehenden flüssigen Schlacke ge währleisten. Bei üblichen Zusammensetzungen von Hausmüll und Klär schlamm sind das beispielsweise Temperaturen zwischen 1200-1650° Celsius. Mit dem variabel wählbaren Verhältnis von Sauerstoff und/oder Luft zu den Einsatzstoffen kann der notwendige Zustand für das Aufschmelzen der Asche, für die Zersetzung der Pyrolyseprodukte oder Verdampfung von toxischen Komponenten eingestellt werden. Weiterhin ist das Verhältnis von Sauerstoff und/oder Luft zu den Einsatzstoffen so zu wählen, daß im aus dem Reaktionsraum in den Vergasungsschacht überströmenden Reaktions gas der Sauerstoffgehalt die untere Zündgrenze des in der Vergasungszone entstehenden Rohsynthesegases unterschreitet. Dies wird bei einem Sau erstoffgehalt < 5 Vol-% immer gewährleistet. Dies ist insofern bedeutsam, als bei unregelmäßiger Durchstörmung des Wanderbettes infolge heteroge ner Schüttung auch bei Durchbruch des Reaktionsgases die Bildung explo sibler Gemische ausgeschlossen ist.The advantages that can be achieved with the invention are that with the inventions inventive combination of purging gas pyrolysis and moving bed verga solution heterogeneous compound lump feedstocks can be used directly with the least amount of preparation. This primarily means the reprocessing effort for those to be recycled Substances decreased. Purge gas pyrolysis and gasification stage are as wander designed bed. The supplied lumpy fuel is in the upper part of the Moving bed in the pyrolysis shaft through counter-flowing gasification gas heated from ambient temperature to 600-1000 degrees Celsius and subjected to pyrolysis. The part of the used as heating medium Gasification gas is released together with the released volatile pyroly se products as cycle gas at 200-500 degrees Celsius from pyrolysis deducted shaft and a reaction space at the bottom of the tub derbettes supplied together with oxygen and / or air. The feeder direction can for example be designed as an injection burner. Also there is the possibility of extracting the cycle gas from the pyroly seschacht by means of a fan. In addition to the cycle Gas can flow liquid, gaseous or solid in the reaction chamber Fuels, but also other flowable goods to be disposed of and be used simultaneously. The ratio of oxygen and / or Air to the feed materials is chosen so that tempera in the reaction chamber turen occur, the melting and draining of the inorganic The liquid slag produced in the ingredients of the feed materials ensure. With usual combinations of household waste and sewage mud, for example, temperatures between 1200-1650 ° Celsius. With the variably selectable ratio of oxygen and / or air the necessary condition for the melting can be added to the feed materials the ash, for the decomposition of the pyrolysis products or the evaporation of toxic components. Furthermore, the ratio of Oxygen and / or air to choose the starting materials so that in the the reaction space overflowing into the gasification shaft gas the oxygen content the lower ignition limit of that in the gasification zone resulting raw synthesis gas falls below. This is with a sow always guaranteed. This is significant in that than when the walking bed is irregularly cut due to heterogeneous If the reaction gas breaks through, the formation of explo sibler mixtures is excluded.

Das 1200-1650 Grad Celsius heiße Reaktionsgas, das erhebliche Mengen an Kohlendioxid und Wasserdampf sowie freien Sauerstoff bis maximal 5 Vol.-% enthält, tritt in den Vergasungsschacht ein und reagiert im Gegen strom mit dem aus dem Pyrolyseschacht sich nach unten bewegenden Pyro lysekoks zu hauptsächlich aus CO, H₂, und H₂O bestehendem Vergasungs gas. Ein Teil des Vergasungsgases wird abgezogen und nach entsprechender Aufbereitung der Verwertung zugeführt, der restliche Teil tritt wie be schrieben über den Vergasungsschacht liegenden Pyrolyseschacht ein.The 1200-1650 degree Celsius hot reaction gas, which contains considerable amounts of carbon dioxide and water vapor as well as free oxygen up to a maximum of 5 vol.%, Enters the gasification shaft and reacts in countercurrent with the pyrolysis coke moving downwards from the pyrolysis shaft mainly consisting of CO, H ₂ , and H ₂ O gasification gas. Part of the gasification gas is withdrawn and, after appropriate preparation, is used for recycling, the remaining part occurs as described above the pyrolysis shaft located in the gasification shaft.

Durch die hohen Temperaturen im Reaktionsraum und im Vergasungs schacht wird erreicht, daß Pyrolyseprodukte und toxische organische Stoffe vollständig zerstört werden. Das gilt auch für chlororganische Biphenyle, Dioxine und Furane. Der Chlorgehalt wird dabei in Chlorwasserstoff über führt. Die stark reduzierende Atmosphäre verhindert, daß sich bei der Ab kühlung des für die Verwertung abgezogenen Vergasungsgases Dioxine und Furane neu bilden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die vollständige Überführung der mineralischen Bestandteile der Einsatzstoffe in schmelz flüssige Schlacke, die in einer nachgeschalteten Granuliereinrichtung zu glasartigem Granulat erstarrt. Wie bei anderen Vergasungsverfahren bleibt der Vorteil erhalten, daß die Schwefelverbindungen der zu verwertenden Stoffe zum überwiegenden Teil in Schwefelwasserstoff mit einem kleinen Anteil von Kohlenoxisulfid umgewandelt werden. Bei den genannten Verga sungstemperaturen flüchtige Schwermetalle, die nicht in die Schlacke ein gebunden werden, fallen als praktisch unlösliche Sulfide an und können als Schwermetallschlamm aus dem Wasser abgetrennt werden, mit dem das Vergasungsgas nach einer Kühlstufe gewaschen wird.Due to the high temperatures in the reaction chamber and in the gasification shaft is achieved that pyrolysis products and toxic organic substances be completely destroyed. This also applies to organochlorine biphenyls, Dioxins and furans. The chlorine content is converted into hydrogen chloride leads. The strongly reducing atmosphere prevents the Ab cooling of the gasification gas dioxins and Rebuild furans. Another major advantage is full Conversion of the mineral components of the feed materials into melt liquid slag in a downstream pelletizer glassy granules solidified. As with other gasification processes, remains get the advantage that the sulfur compounds to be recycled Substances mostly in hydrogen sulfide with a small Share of carbon oxysulfide to be converted. With the mentioned Verga volatile heavy metals that do not enter the slag bound, are obtained as practically insoluble sulfides and can be used as Heavy metal sludge are separated from the water with which the Gasification gas is washed after a cooling stage.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens enthalten die nachfolgenden Un teransprüche. So ermöglicht die Ausführung nach Anspruch 2 eine Erweite rung der Palette der Einsatzstoffe, was durch das zusätzliche Einbringen höherkaloriger Brennstoffe nach Anspruch 9 erhärtet wird. Um schwer ver wertbare Reststoffe des Verfahrens zu vermeiden, ist eine Rückführung der bei der Aufbereitung des als Nutzgas abgeführten Teiles des Vergasungs gases anfallenden festen, flüssigen und gasförmigen Reststoffe sinnvoll, was in Anspruch 10 festgehalten ist.The following Un contain further refinements of the method claims. Thus, the embodiment according to claim 2 enables an extension tion of the range of input materials, which is due to the additional introduction higher calorific fuels according to claim 9 is hardened. To difficult ver Avoiding valuable residues of the process is a return of the in the treatment of the part of the gasification removed as useful gas gases, solid, liquid and gaseous residues, what is stated in claim 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine einfache Inbe triebnahme aus, die Aufheizung kann mit Öl oder Gas über einen am Reak tionsraum angebrachten Zünd- und Pilotbrenner geschehen. Dies ist in den Unteransprüchen 3 und 18 formuliert. Die Ausführungen nach Anspruch 4, 6, 8, 11 erlauben einen höheren Freiheitsgrad bei der wärmetechnischen Ab stimmung zwischen Reaktionsraum sowie am Vergasungsschacht und dem Pyrolyseschacht. In Abhängigkeit des Aschegehaltes, der Aschezusammen setzung sowie ihres Erweichungs- und Schmelzverhaltens kann es vorteil haft sein, die Asche als flüssige Schmelze oder in fester Form auszutragen. Die Ansprüche 5 und 7 dokumentieren diesen Spielraum. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Einsatzstoffe sowie der Verwertung des Verga sungsgases kann es zweckmäßig sein, den Prozeß drucklos oder bei höhe rem Druck nach Anspruch 12 zu betreiben. Die Ansprüche 13 bis 18 umfas sen Vorrichtungen, die die Technologie präzisieren.The method according to the invention is characterized by a simple example drive off, the heating can be done with oil or gas via one of the reak ignition and pilot burner. This is in the Sub-claims 3 and 18 formulated. The embodiments according to claim 4, 6, 8, 11 allow a higher degree of freedom in the thermal engineering Ab mood between reaction chamber and at the gasification shaft and the Pyrolysis shaft. Depending on the ash content, the ash together setting and their softening and melting behavior, it can be advantageous be discharged as a liquid melt or in solid form. Claims 5 and 7 document this scope. Dependent on on the properties of the feed materials and the utilization of the Verga Solution gas, it may be appropriate to depressurize the process or at high to operate rem pressure according to claim 12. Claims 13 to 18 include devices that specify the technology.

Insbesondere dienen die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 13 und 14 dem sicheren Fluß des Koksbettes am Mauerwerk und der flüssigen Schlac ke an der gekühlten Membranwand.In particular, the devices according to claims 13 and 14 serve the safe flow of the coke bed on the masonry and the liquid schlac ke on the cooled membrane wall.

Im folgenden wird die Erfindung an einer zeichnerischen und vereinfachten Darstellung und drei Ausführungsspeispielen erläutert.In the following, the invention is illustrated and simplified Representation and three examples of execution explained.

Die Figur zeigt einen Vergasungsreaktor, bestehend aus einem Pyrolyse schacht 9 mit anschließendem Vergasungsschacht 5, der in einen Reakti onsraum 2 mündet. Ein stückiger, heterogen zusammengesetzter Einsatz sotff wird über die Brennstoffzuführung 13, die in Abhängigkeit vom Verfah rensdruck durch ein Zeilenrad, eine Klappe oder eine Schleuse verschlos sen werden kann, dem Pyrolyseschacht 9 aufgegeben und gleitet allmählich als Wanderbett nach unten. Durch 800-1200 Grad Celsius heißes Verga sungsgas aus dem Vergasungschacht 5, das im Gegenstrom zum abwärts gleitenden Wanderbett nach oben steigt, wird das Einsatzgut aufgeheizt und pyrolysiert. Das aufsteigende Vergasungsgas verläßt gemeinsam mit den bei der Aufheizung und Pyroylse des Einsatzgutes entbundenen Gasen und Dämpfen als Kreislaufgas 6 mit Temperaturen von 400-600 Grad Celsius den Pyrolyseschacht 9 und wird über den Vergasungsbrenner 1 gemeinsam mit Sauerstoff und/oder Luft dem Reaktionsraum 2 zugeführt. Die Überwin dung des Druckgefälles zwischen dem Austritt des Kreislaufgases aus dem Pyrolyseschacht 9 und dem bei höherem Druck betriebenen Reaktionsraum 2 geschieht mittels eines herkömmlichen Kreislaufgebläses oder der Gestal tung des Vergasungsbrenners 1 als Injektionsbrenner. The figure shows a gasification reactor consisting of a pyrolysis shaft 9 with subsequent gasification shaft 5 , which opens into a reaction chamber 2 . A lumpy, heterogeneously composed insert sotff is abandoned via the fuel feed 13 , which can be closed depending on the process pressure by a row wheel, a flap or a lock, the pyrolysis shaft 9 and gradually slides down as a moving bed. The feed gas is heated and pyrolyzed by 800 to 1200 degrees Celsius hot gasification gas from the gasification shaft 5 , which rises in countercurrent to the moving bed sliding downward. The ascending gasification gas leaves together with the debonded during the heating and Pyroylse the feedstock gases and vapors as a recycle gas 6 at temperatures of 400-600 degrees Celsius to Pyrolyseschacht 9 and is supplied through the combustor 1 together with oxygen and / or air to the reaction space. 2 The overwinding of the pressure gradient between the outlet of the cycle gas from the pyrolysis shaft 9 and the reaction chamber 2 operated at higher pressure is done by means of a conventional cycle blower or the design of the gasification burner 1 as an injection burner.

Zusätzlich zum Kreislaufgas können dem Reaktionsraum 2 fließfähige weite re Einsatzstoffe 8 wie Flüssigkeiten, Schlämme oder Gase zugeführt wer den. Im Reaktionsraum 2 vollziehen sich zwischen dem Kreislaufgas 6, den weiteren Einsatzstoffen 8 und dem zugeführten Oxidationsmittel Sauerstoff und/oder Luft Verbrennungs- und Vergasungsreaktionen mit exothermer Bi lanz, wobei Temperaturen erreicht werden, die über der Schmelztemperatur der anorganischen Bestandteile liegen, so daß diese im flüssigen Zustand über die Schlackeablaufvorrichtung 7 abgeführt und beispielsweise in einem Wasserbad abgekühlt und granuliert werden. In Abhängigkeit vom Verfah rensdruck kann die Abführung des Granulates über eine Druckschleuse ge schehen.In addition to the recycle gas, the reaction chamber 2 can be supplied with flowable further feed materials 8 such as liquids, sludges or gases. In the reaction chamber 2 between the cycle gas 6 , the other feedstocks 8 and the supplied oxidizing agent oxygen and / or air combustion and gasification reactions with exothermic Bi balance, temperatures being reached which are above the melting temperature of the inorganic constituents, so that these in liquid state discharged via the slag drain device 7 and, for example, cooled and granulated in a water bath. Depending on the process pressure, the granulate can be discharged via a pressure lock.

Die Mengenverhältnisse zwischen Kreislaufgas 6 und zusätzlichem fließfä higen Einsatzstoff 8 zum Oxidationsmittel Sauerstoff und/oder Luft sind so gestaltet, daß der freie Sauerstoffgehalt des aus der Reaktionskammer in den Vergasungschacht 5 übertretenden Gases 5 Vol-% nicht überschreitet.The quantitative ratios between recycle gas 6 and additional fließfä ELIGIBLE feedstock 8 is designed so the oxidizing agent is oxygen and / or air are that the free oxygen content of about emerging from the reaction chamber into the gasification shaft 5 gas does not exceed 5% by volume.

Zur Inbetriebsetzung des Verfahrens wird der Reaktionsraum 2 durch Zufüh rung von Fremdgas oder Gas eigener Produktion 4 aus einem Speicher mit Sauerstoff und/oder Luft über den Zünd- und Pilotbrenner 12 auf die für die Vergasung im Vergasungsschacht 5 notwendigen Temperaturen aufgeheizt. Das 1200-1500 Grad Celsius heiße Verfahrens- und Vergasungsgas mit hohen Anteilen an Kohlendioxid und Wasserdampf tritt im Gegenstrom zum Wanderbett als Reaktionsgas/Vergasungsmittel in den Vergasungsschacht 5 ein, wo mit dem aus dem Pyroyseschacht 9 nach unten gleitenden Pyroyse koks exotherme und endotherme Vergasungsreaktionen stattfinden. Das dabei entstehende, von kondensierbaren Kohlenwasserstoffen freie, haupt sächlich als Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid bestehende Vergasungsgas verläßt zu einem Teil den Vergasungschacht mit Temperatu ren von 800-1200 Grad Celsius über 10 und wird nach Kühlung und Reini gung der Verwertung zugeführt. Ein weiterer Teil des Vergasungsgases ge langt im Gegenstrom zum über 13 aufgegebenen Einsatzgut in den Pyroly seschacht 9, wobei das Einsatzgut einer Spülgaspyrolyse unterzogen wird. Das Vergasungsgas und die flüchtigen Pyrolyseprodukte werden als Kreis laufgas 6 wie beschrieben der Brennkammer 2 zugeführt. The commissioning of the process of the reaction chamber 2 is Zufüh tion of extraneous gas or gas own production 4 from a memory with oxygen and / or air through the ignition and pilot burner 12 heated to the necessary for the gasification in the gasification shaft 5 temperatures. The 1200-1500 degrees Celsius hot process and gasification gas with high proportions of carbon dioxide and water vapor enters in countercurrent to the moving bed as reaction gas / gasification agent in the gasification shaft 5 , where exothermic and endothermic gasification reactions take place with the pyroyse coke sliding downwards from the pyroysis shaft 9 . The resulting gasification gas, which is free of condensable hydrocarbons and mainly consists of carbon monoxide, hydrogen and carbon dioxide, leaves part of the gasification shaft with temperatures of 800-1200 degrees Celsius above 10 and is fed to the recycling process after cooling and cleaning. A further part of the gasification gas reaches counterflow to the feed material abandoned via 13 in the pyrolysis shaft 9 , the feed material being subjected to a purge gas pyrolysis. The gasification gas and the volatile pyrolysis products are supplied to the combustion chamber 2 as cycle gas 6 as described.

Ein zweites Ausführungsbeispiel soll die Verhältnisse bei der Vergasung von Hausmüll mit Sauerstoff zeigen. Der Hausmüll mit einem Wasergehalt von 23 Ma-%, einem Aschegehalt von 26 Ma-% und einem Heizwert von 9,9 MJ/kg wird mit Umgebungstemperatur von 20 Grad Celsius dem Pyrolyse schacht 9 zugeführt und durch aus dem Vergasungschacht 5 zuströmendes Vergasungsgas in einer Menge von 2300 m³ _N/t Müll auf 800 Grad Celsius aufgeheizt und dabei pyrolysiert. Das Kreislaufgas wird mit 200 Grad Celsius über 6 abgezogen und im Reaktionsraum 2 durch Zugabe von 230 m³ _N/ technischem Sauerstoff/t Müll durch Verbrennungs- und Vergasungsreak tionen umgesetzt und mit Temperaturen von 1400 Grad Celsius dem Verga sungschacht 5 zugeführt. Durch Vergasung des aus dem Pyrolyseschacht 9 in den Vergasungsschacht 5 übertretenden Pyrolysekoks entsteht Verga sungsgas, das zum einen Teil über 10 abgezogen und der Reinigung zuge führt wird und zum anderen Teil in einer Menge von 2300 m³ _N/t Müll in den Pyrolyseschacht 9 gelangt. Der über 10 abgezogene nutzbare Teil des Ver gasungsgases in einer Menge von 840 m³ _Ntr/t Müll hat dabei folgende Zu sammensetzung:
A second exemplary embodiment is intended to show the conditions in the gasification of household waste with oxygen. Household waste with a water content of 23% by mass, an ash content of 26% by mass and a calorific value of 9.9 MJ / kg is fed to the pyrolysis shaft 9 at an ambient temperature of 20 degrees Celsius and by gasification gas flowing in from the gasification shaft 5 in one Quantity of 2300 m ³ _N / t of waste heated to 800 degrees Celsius and pyrolyzed in the process. The cycle gas is withdrawn at 200 degrees Celsius above 6 and implemented in reaction chamber 2 by adding 230 m ³ _N / technical oxygen / t waste through combustion and gasification reactions and fed to the gasification shaft 5 at temperatures of 1400 degrees Celsius. By gasification of the pyrolysis coke passing from the pyrolysis shaft 9 into the gasification shaft 5, gasification gas is formed which is partly drawn off over 10 and fed to the cleaning process and partly gets into the pyrolysis shaft 9 in an amount of 2300 m ³ _N / t of waste . The more than 10 usable part of the gasification gas extracted in an amount of 840 m ³ _N tr / t waste has the following composition:

H₂ H ₂ 42,4 Vol.-%42.4 vol .-% COCO 30,2 Vol.-%30.2% by volume CO₂ CO ₂ 25,9 Vol.-%25.9% by volume N₂ N ₂ 1,1 Vol.-%1.1% by volume H₂S + COSH ₂ S + COS 0,3 Vol.-%0.3 vol% HClHCl 0,1 Vol.-%0.1 vol .-% 100,0 Vol.-% 100.0 vol .-%

Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt die Verhältnisse bei der Vergasung von Stroh mit Luft. Das Stroh, mit einem Heizwert von 13 MJ/kg, wird in gleicher Weise zugeführt wie beschrieben. Als Vergasungsmittel wird 400 Grad Cel sius vorgewärmte Luft gemeinsam mit dem Kreislaufgas dem Reaktionsraum 2 zugeführt, wobei ein Reaktionsgas mit einer Temperatur von 1520 Grad Celsius entsteht. Der aus der Strohpyrolyse resultierende Koks tritt mit 800 Grad Celsius aus dem Pyrolyseschacht 9 in den Vergasungsschacht 5 ein. Die Kreislaufgasmenge 6 beträgt 2100 m³ _N/t Stroh. Aus dem Vergasungsschacht 5 wird über 10 eine Vergasungsgasmenge von 2240 m³ _Ntr/t Stroh der Verwertung zugeführt. Die Gaszusammensetzung beträgt:
A third embodiment shows the conditions in the gasification of straw with air. The straw, with a calorific value of 13 MJ / kg, is fed in the same way as described. As a gasifying agent, 400 degrees Cel sius preheated air is fed to the reaction chamber 2 together with the recycle gas, a reaction gas having a temperature of 1520 degrees Celsius being produced. The coke resulting from straw pyrolysis enters the gasification shaft 5 from the pyrolysis shaft 9 at 800 degrees Celsius. The amount of cycle gas 6 is 2100 m ³ _N / t straw. From the gasification shaft 5 , a gasification gas quantity of 2240 m ³ _N tr / t straw is supplied for recycling via 10. The gas composition is:

H₂ H ₂ 21,5 Vol.-%21.5% by volume COCO 19,7 Vol.-%19.7% by volume CO₂ CO ₂ 11,9 Vol.-%11.9% by volume N₂ N ₂ 46,8 Vol.-%46.8% by volume H₂S - COSH ₂ S - COS 0,3 Vol.-%0.3 vol% 99,9 Vol.-% 99.9% by volume

Die dem Reaktionsraum zugeführte Luftmenge beträgt 1350 m³ _N/t Stroh. Sie wurde durch Wärmetausch auf 400 Grad Celsius vorgewärmt. The amount of air supplied to the reaction space is 1350 m ³ _N / t straw. It was preheated to 400 degrees Celsius by heat exchange.

Reference symbol list

11

Vergasungsbrenner
Gasification burner

22nd

Reaktionsraum
Reaction space

33rd

Schlackebad
Slag bath

44th

Gas zum Pilotbrenner
Gas to the pilot burner

55

Vergasungsschacht
Gasification duct

66

Kreislaufgas
Recycle gas

77

Schlackeablaufvorrichtung
Slag drain device

88th

Einsatzstoffe
Input materials

99

Pyrolyseschacht
Pyrolysis shaft

1010th

Vergasungsgas
Gasification gas

1111

Membranwand
Membrane wall

1212

Zünd- und Pilotbrenner
Pilot and pilot burner

1313

Brennstoffzuführung
Fuel supply

1414

Gefäßwandung
Vessel wall

1515

Schlacke zur Granulierung
Slag for granulation

Claims

1. Process for the gasification of low calorific value, predominantly with high water, oxygen and toxic pollutant contents, whereby moving bed gasification is carried out in countercurrent to a pyrolysis coke derived from a pyrolysis shaft and pyrolysis gas is drawn off at the upper end of the pyrolysis shaft and used in the gasification process, characterized in that
the gasification and pyrolysis process in a reaction chamber including slag bath and slag run are combined,
at the upper end of the pyrolysis shaft, the recycle gas, which is a mixture of gasification and pyrolysis gas, is passed through a gasification burner together with a free oxygen-containing oxidizing agent to a reaction chamber for the introduction and maintenance of targeted combustion and gasification reactions
and the reaction gas thus formed is introduced into the gasification shaft as a gasifying agent, as heat transfer medium for the slag flow of the gasification residues in the slag bath and as reaction gas for the splitting of hydrocarbons and toxic pollutants into the gasification and pyrolysis shaft.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction space other than that withdrawn from the pyrolysis shaft flowable, low-calorific fuels and / or waste materials are supplied.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in net that to heat up and start up the process at one of the Reaction chamber arranged pilot and pilot burner gases and / or oils and oxygen and / or air are supplied.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio of the flammable in fed to the reaction space Substitutes for the free oxygen-containing oxidizing agent is chosen so that it Entry into the gasification duct reducing or oxidizing egg can have properties, the oxidizing properties of Free oxygen content is <5% by volume.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that those registered with the low-calorie fuels, inorganic components in the reaction chamber melted and as liquid slag are removed.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the reaction gas with temperatures of 1200 to 1650 ° C in the ver gassing shaft occurs and that from volatile pyrolysis products standing cycle gas with temperatures of 200-500 ° C the reacti onsraum is supplied.

7. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the inorganic with the low-calorie fuels Components in the form of unmelted ash are discharged.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the reaction gas with temperatures of 800 to 1200 ° Celsius in the Gasification shaft occurs, the gasification gas with 500 to 800 ° Cel sius is withdrawn from the gasification shaft for recycling or flows into the pyrolysis shaft and that from part of the Verga solution gas and the volatile pyrolysis products existing circle Running gas with temperatures from 100 to 500 ° Celsius from the pyrolysis withdrawn shaft and is fed to the reaction chamber.

9. The method according to claim 1 to 8, characterized in that to increase the calorific value of the low-calorie fuels in Re Action room High-calorific fuels mixed in at any height can be.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the reaction chamber during the treatment of the gasification gas falling solid, liquid or gaseous residues are also added will.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in net that air and technical oxygen as combustion and gasification agents or their mixtures with steam and carbon dioxide will.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in net that the gasification is carried out without pressure or at increased pressure.

13. A device for performing a method according to claims 1 to 12, characterized in that a pyrolysis and gasification shaft ( 9 , 5 ) is lined with refractory masonry and in the area of the reaction chamber ( 2 ) merges into egg ne membrane wall ( 11 ) .

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the membrane wall ( 11 ) consists of gas-tight welded cooling tubes, which are pinned and coated with a SiC ramming compound.

15. Device according to one of claims 13 and 14, characterized in that the reaction chamber ( 2 ) is arranged laterally from the gasification shaft ( 9 ) or symmetrically below the gasification shaft ( 9 ).

16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that at the transition from the reaction chamber ( 2 ) to the gasification shaft ( 9 ) over all or part of the cross section, a water-cooled grate is attached.

17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that an injector burner is used to overcome the pressure gradient between the cycle gas outlet from the pyrolysis shaft ( 9 ) and the reaction chamber ( 2 ).

18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that an ignition and pilot burner is arranged for heating and starting at the reaction chamber ( 2 ).