DE19544200A1 - Process for treating exhaust gas from the gasification of carbonaceous material - Google Patents
Process for treating exhaust gas from the gasification of carbonaceous materialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abgas aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, wobei die Vergasung unter Zugabe von freien Sauerstoff enthaltendem Gas bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C erfolgt und dabei ein feststoffhaltiges Abgas gebildet wird, das man durch mindestens einen Zyklon zum Abscheiden von Feststoffen leitet.The invention relates to a method for treating exhaust gas the gasification of carbonaceous material, the Gasification with the addition of gas containing free oxygen at temperatures in the range of 700 to 1100 ° C and thereby a solid-containing exhaust gas is formed, which one by conducts at least one cyclone for separating solids.
Verfahren dieser Art sind in DE-A-42 35 412 und DE-A-44 12 004 beschrieben. Hierbei werden insbesondere Abfallstoffe vergast und staubhaltiges Brenngas bei unterstöchiometrischer O₂-Zufuhr bei Temperaturen von 1200 bis 1600°C oder auch bei noch höheren Temperaturen durch einen Spaltreaktor geleitet. Das Ziel der bekannten Verfahren liegt darin, im Spaltreaktor die im Brenngas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und die kohlenstoffhaltigen Stäube möglichst vollständig in Kohlenoxide und Wasserstoff umzusetzen und gleichzeitig die mit dem Brenngas staubförmig mitgeführte Asche einzuschmelzen. Hierbei ist es aber erforderlich, das gesamte Brenngas auf hohe Temperaturen zu bringen. Gleichzeitig gelingt der Ausbrand des mitgeführten Staubes nur schlecht, weil der gasförmige Sauerstoff bevorzugt mit den Gaskomponenten des Brenngases reagiert. Um diesem Problem bei den bekannten Verfahren zu begegnen, muß man mit einem Spaltreaktor von relativ großem Volumen arbeiten.Methods of this type are described in DE-A-42 35 412 and DE-A-44 12 004 described. Waste materials in particular are gasified and dusty fuel gas with substoichiometric O₂ supply at temperatures from 1200 to 1600 ° C or even higher Temperatures passed through a cracking reactor. The goal of known method is in the gap reactor in the fuel gas contained hydrocarbons and the carbonaceous Dusts as completely as possible in carbon oxides and hydrogen implement and at the same time the dusty with the fuel gas melt down the ashes carried along. But here it is required to raise the entire fuel gas to high temperatures bring. At the same time, the burnout of the carried one succeeds Dust only bad because the gaseous oxygen is preferred reacts with the gas components of the fuel gas. To this To counter the problem with the known methods, one has to work a relatively large volume cracking reactor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Behandlung des Abgases möglichst kostengünstig durchzuführen, dabei nicht das gesamte Abgas auf die höchsten Temperaturen bringen zu müssen und so den Prozeßwirkungsgrad zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man feststoffhaltiges Abgas mit Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C in einen Abscheidezyklon leitet, der im oberen Bereich eine Gasabzugsleitung und im unteren Bereich einen Feststoffe abführenden Kanal aufweist, daß man durch den Kanal zusammen mit den abgeführten Feststoffen einen Partialstrom von 5 bis 30% des dem Abscheidezyklon zugeführten Abgases in eine Oxidationskammer leitet und in der Oxidationskammer bei unterstöchiometrischer bis überstöchiometrischer O₂-Zufuhr und Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C ein Rauchgas oder Brenngas und Schlacke erzeugt, daß man das Rauchgas oder Brenngas zusammen mit dem aus der Gasabzugsleitung des Abscheidezyklons kommenden Teil des Abgases in eine Mischkammer leitet, durch welche das Gasgemisch mit Temperaturen von 900 bis 1200°C und mit einer Verweilzeit von mindestens 0,5 sec geführt wird, und daß man das aus der Mischkammer abgezogene Gasgemisch kühlt. Bei unterstöchiometrischem O₂-Angebot entsteht in der Oxidationskammer ein Brenngas und bei überstöchiometrischem O-Angebot ein Rauchgas.The invention has for its object the treatment of To carry out exhaust gas as inexpensively as possible, but not that having to bring all exhaust gas to the highest temperatures and thus to increase process efficiency. According to the invention solved the problem with the method mentioned at the outset, that you have solid-containing exhaust gas with temperatures in the range of 700 to 1100 ° C in a separating cyclone, which in the upper Area a gas exhaust line and in the lower area one Solids-discharging channel has that one through the channel together with the discharged solids a partial flow of 5 to 30% of the exhaust gas fed to the separating cyclone in a Oxidation chamber conducts and in the oxidation chamber substoichiometric to overstoichiometric O₂ supply and Temperatures in the range of 1300 to 1800 ° C a flue gas or Fuel gas and slag generated that the flue gas or Fuel gas together with that from the gas discharge line of the Separation cyclones part of the exhaust gas coming into a mixing chamber conducts through which the gas mixture with temperatures from 900 to 1200 ° C and performed with a residence time of at least 0.5 sec and that the gas mixture withdrawn from the mixing chamber cools. With sub-stoichiometric O₂ offer in the Oxidation chamber a fuel gas and at over stoichiometric O offer a flue gas.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren gibt man der Oxidationskammer abgeschiedene Feststoffe zusammen mit einem Partialstrom des Abgases auf. Dadurch erreicht man, daß die Oxidationskammer relativ klein ausgeführt werden kann. Ferner wird auf diese Weise gegenüber den bekannten Verfahren eine Energieersparnis erzielt, da man nur den Partialstrom des Abgases auf die höchsten Temperaturen bringt, die in der Oxidationskammer herrschen. In der Oxidationskammer sorgt der Partialstrom des Abgases durch Verwirbelung der Feststoffe für beschleunigt ablaufende Reaktionen und die Umwandlung der Feststoffe in flüssige Schlacke.In the method according to the invention, the oxidation chamber is given separated solids together with a partial flow of Exhaust gas on. This ensures that the oxidation chamber can be made relatively small. Furthermore, on this Way compared to the known methods, an energy saving achieved, since only the partial flow of the exhaust gas on the brings the highest temperatures in the oxidation chamber to rule. The partial flow of the Exhaust gas accelerated by swirling the solids for ongoing reactions and the conversion of the solids into liquid slag.
Bei dem der Vergasung unterworfenen kohlenstoffhaltigen Material kann es sich z. B. um Abfallstoffe, Biomassen, Schlämme, Kohle, Braunkohle oder andere Stoffe handeln, die üblicherweise vergast werden. Die Temperaturen der Vergasung liegen im Bereich von 700 bis 1100°C und zumeist bei mindestens 800°C. Feststoffhaltiges Abgas aus der Vergasung wird durch mindestens einen Zyklon, der hier als Abscheidezyklon bezeichnet ist, geleitet. An diesen Abscheidezyklon ist die Oxidationskammer angeschlossen. Es ist möglich aber nicht unbedingt erforderlich, daß zwischen der Vergasung und dem Abscheidezyklon ein oder mehrere weitere Zyklone zwischengeschaltet sind. Der Heizwert des dem Abscheidezyklon zugeführten Abgases liegt üblicherweise im Bereich von 3000 bis 10000 kJ/Nm³.In the carbonaceous material subjected to gasification can it be z. B. waste, biomass, sludge, coal, Lignite or other substances that are usually gasified will. The gasification temperatures are in the range of 700 up to 1100 ° C and usually at least 800 ° C. Solid matter Exhaust gas from the gasification is generated by at least one cyclone is referred to here as a separating cyclone. On this Separation cyclone is connected to the oxidation chamber. It is possible but not absolutely necessary that between the Gasification and the separating cyclone one or more more Cyclones are interposed. The calorific value of the Separation cyclone exhaust gas supplied is usually in Range from 3000 to 10000 kJ / Nm³.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Beseitigung unerwünschter Inhaltsstoffe in zweifacher Weise, nämlich einmal in der Oxidationskammer bei Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C und üblicherweise 1500 bis 1600°C, sowie in der Mischkammer bei Temperaturen von 900 bis 1200°C und üblicherweise mindestens 1000°C. In der Mischkammer liegen die Verweilzeiten des Gasgemisches, das noch restlichen Staub enthält, bei mindestens 0,5 sec und zumeist 1 bis 5 sec. Bei den in der Mischkammer herrschenden Temperaturen und Verweilzeiten werden störende Bestandteile im Gasgemisch gespalten. Dadurch kann man aus der Mischkammer ein Gasgemisch abziehen, das weitestgehend frei von Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen ist.In the method according to the invention, the removal takes place undesirable ingredients in two ways, namely once in the oxidation chamber at temperatures in the range of 1300 to 1800 ° C and usually 1500 to 1600 ° C, as well as in the Mixing chamber at temperatures from 900 to 1200 ° C and usually at least 1000 ° C. They are in the mixing chamber Residence times of the gas mixture, the remaining dust contains, at least 0.5 sec and mostly 1 to 5 sec temperatures and dwell times prevailing in the mixing chamber disruptive components are split in the gas mixture. Thereby you can withdraw a gas mixture from the mixing chamber, the largely free of hydrocarbons, dioxins and furans is.
Die Oxidationskammer kann man reduzierend oder oxidierend betreiben. Bei oxidierender Fahrweise wird üblicherweise der O₂-Gehalt im Gas, das man aus der Oxidationskammer abzieht und in die Mischkammer leitet, niedrig gehalten und liegt bei etwa 1 Vol.-%. In der Mischkammer wird dann der Sauerstoffgehalt des aus der Oxidationskammer kommenden Rauchgases beim Vermischen mit dem restlichen Abgas vollständig umgesetzt. Wenn man Oxidationsreaktionen in der Mischkammer verstärkten will, bietet es sich an, zusätzlichen freien Sauerstoff zuzuführen.The oxidation chamber can be reducing or oxidizing operate. In the case of an oxidizing mode of operation, the O₂ content in the gas that is withdrawn from the oxidation chamber and in the mixing chamber conducts, is kept low and is about 1 Vol .-%. The oxygen content of the flue gas coming from the oxidation chamber during mixing fully implemented with the remaining exhaust gas. If Oxidation reactions in the mixing chamber wants to offer add additional free oxygen.
Es kann zweckmäßig sein, die vom Kanal des Abscheidezyklons kommenden Feststoffe zusammen mit dem Partialstrom des Abgases durch ein Treibgas in die Oxidationskammer zu drücken. Hierdurch wird eine gute Verwirbelung der Feststoffe in der Oxidationskammer erreicht. Bei dem Treibgas kann es sich z. B. um Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch um technisch reinen Sauerstoff handeln, wobei auch der Zusatz von Wasserdampf möglich ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Teilstrom des aus der Mischkammer abgezogenen Gasgemisches als Treibgas zu verwenden. Das Treibgas kann z. B. zusammen mit einem Ejektor angewandt werden, in welchen der vom Abscheidezyklon kommende Kanal mündet.It may be appropriate that the channel of the separating cyclone coming solids together with the partial flow of the exhaust gas by pushing a propellant into the oxidation chamber. Hereby there will be a good swirling of the solids in the Oxidation chamber reached. The propellant gas can e.g. B. um Air, oxygen-enriched air or also technically act pure oxygen, including the addition of water vapor is possible. Another option is to get one Partial stream of the gas mixture withdrawn from the mixing chamber as To use propellant. The propellant can e.g. B. together with one Ejectors are used in which the separator cyclone coming channel flows.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Fließschema des Verfahrens.Design options of the process are with the help of Drawing explained. The drawing shows a flow diagram of the Procedure.
Einem Vergasungsreaktor (1) wird durch die Leitung (2) zu vergasendes, kohlenstoffhaltiges Material zugeführt. Sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft wird durch Leitung (3) herangeführt und dient gleichzeitig auch als Fluidisierungsgas. Im Reaktor (1) erfolgt die Vergasung in der zirkulierenden Wirbelschicht, wobei ein Gas-Feststoff-Gemisch durch den Kanal (4) ständig zu einem Rückführ-Zyklon (5) geführt wird. Abgeschiedene Feststoffe gelangen durch die Leitung (6) zurück in den unteren Bereich des Reaktors (1), ein Teil der Feststoffe wird durch die Leitung (7) abgezogen.A gasification reactor ( 1 ) is fed through the line ( 2 ) to be gasified, carbon-containing material. Oxygen-containing gas, e.g. B. air or oxygen-enriched air is introduced through line ( 3 ) and also serves as a fluidizing gas. In the reactor ( 1 ), gasification takes place in the circulating fluidized bed, a gas-solid mixture being continuously fed through the channel ( 4 ) to a return cyclone ( 5 ). Separated solids pass through line ( 6 ) back into the lower region of the reactor ( 1 ), and some of the solids are drawn off through line ( 7 ).
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist die spezielle Ausgestaltung der Vergasung nicht wesentlich. Die Vergasung kann z. B. in der zirkulierenden Wirbelschicht, in der stationären Wirbelschicht, unter Verwendung eines Drehrohrs oder eines Wanderrostes oder in anderer Weise erfolgen, bei der ein staubhaltiges Abgas entsteht.The special is for the method according to the invention Design of the gasification is not essential. The gasification can e.g. B. in the circulating fluidized bed, in the stationary Fluidized bed, using a rotary tube or a Moving rust or in some other way take place at the dust-containing exhaust gas is generated.
Aus dem Rückführ-Zyklon (5) zieht man durch die Leitung (9) feststoffhaltiges Abgas mit einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1100°C ab. Dieses Abgas leitet man in den Abscheidezyklon (10), der speziell ausgestaltet ist. Der untere Bereich des Zyklons (10) geht in einen relativ weiten Kanal (11) über, der üblicherweise einen Innendurchmesser im Bereich von 100 bis 500 mm aufweist. Dadurch gelangen nicht nur die im Zyklon abgeschiedenen Feststoffe sondern auch ein Partialstrom des Abgases von 5 bis 30% des Abgases der Leitung (9) in den Kanal (11). Die Feststoffe und der Abgas-Partialstrom werden durch den Ejektor (12) angesaugt und mit Hilfe des Treibgases aus der Leitung (13) in die Oxidationskammer (15) gedrückt. Die überstöchiometrische, stöchiometrische oder unterstöchiometrische Oxidation in der Kammer (15) erfolgt unter Zufuhr von Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder auch technisch reinem Sauerstoff, die man als Treibgas verwendet oder durch die Leitung (16) zuführt. Das Treibgas der Leitung (13) wird durch das Gebläse (17) herangeführt. Für die Praxis ist die Verwendung eines Ejektors nicht unbedingt nötig und man kann z. B. durch Einstellen des Druckverlustes in der Leitung (22) darauf verzichten.From the return cyclone ( 5 ), exhaust gas containing solids at a temperature in the range from 700 to 1100 ° C. is drawn off through line ( 9 ). This exhaust gas is passed into the separating cyclone ( 10 ), which is specially designed. The lower area of the cyclone ( 10 ) merges into a relatively wide channel ( 11 ), which usually has an inside diameter in the range from 100 to 500 mm. As a result, not only the solids separated in the cyclone but also a partial flow of the exhaust gas of 5 to 30% of the exhaust gas of the line ( 9 ) get into the channel ( 11 ). The solids and the exhaust gas partial flow are sucked in by the ejector ( 12 ) and pressed with the aid of the propellant gas from the line ( 13 ) into the oxidation chamber ( 15 ). The over-stoichiometric, stoichiometric or substoichiometric oxidation in the chamber ( 15 ) takes place with the supply of air, oxygen-enriched air or also technically pure oxygen, which is used as a propellant gas or supplied through line ( 16 ). The propellant gas of the line ( 13 ) is brought in by the fan ( 17 ). In practice, the use of an ejector is not absolutely necessary and you can e.g. B. dispense with it by adjusting the pressure loss in the line ( 22 ).
In der Oxidationskammer (15) herrschen Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1800°C und vorzugsweise 1500 bis 1600°C. Flüssige Schlacke wird aus der Kammer (15) durch die Leitung (18) abgezogen und in ein nicht dargestelltes Wasserbad geleitet. Der Oxidationskammer (15) kann man zusätzlich durch die Leitung (19) im Verfahren anfallende Asche, Stäube und/oder die Schlackebildung unterstützende Additive zuführen. Bei den in der Kammer (15) herrschenden hohen Temperaturen wird der Kohlenstoff-Gehalt der zugeführten Feststoffe praktisch restlos umgesetzt, auch werden mit dem Abgas herangeführte Kohlenwasserstoffe gespalten. Temperatures in the range from 1300 to 1800 ° C. and preferably 1500 to 1600 ° C. prevail in the oxidation chamber ( 15 ). Liquid slag is withdrawn from the chamber ( 15 ) through the line ( 18 ) and passed into a water bath, not shown. The oxidation chamber ( 15 ) can additionally be supplied with ashes, dusts and / or additives supporting the formation of slag through the line ( 19 ) in the process. At the high temperatures prevailing in the chamber ( 15 ), the carbon content of the supplied solids is converted practically without residue, and hydrocarbons brought in with the exhaust gas are also split.
Aus der Oxidationskammer (15) zieht man durch die Leitung (20) ein heißes Rauchgas oder Brenngas ab. Dieses Gas leitet man in eine Mischkammer (21) und führt der Mischkammer durch die Leitung (22) auch das aus dem oberen Bereich des Abscheidezyklons (10) abgezogene Abgas zu. Die Gase aus den Leitungen (20) und (22) werden in der Mischkammer (21) gemischt, wobei man für Temperaturen im Bereich von 900 bis 1200°C und vorzugsweise mindestens 1000°C sorgt. Gleichzeitig wird die Verweilzeit des Gasgemisches in der Mischkammer (21) auf mindestens 0,5 sec und üblicherweise 1 bis 4 sec eingestellt. Dadurch erreicht man, daß restliche Kohlenwasserstoffe sowie insbesondere auch Dioxine und Furane im Gasgemisch zerstört werden. Um die Oxidationsreaktionen in der Mischkammer (21) noch zu fördern, kann es zweckmäßig sein, Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reinen Sauerstoff zusätzlich durch die Leitung (23) heranzuführen, doch wird dies zumeist nicht erforderlich sein.A hot flue gas or fuel gas is drawn off from the oxidation chamber ( 15 ) through line ( 20 ). This gas is passed into a mixing chamber ( 21 ) and the mixing chamber is also fed through the line ( 22 ) with the exhaust gas drawn off from the upper region of the separating cyclone ( 10 ). The gases from the lines ( 20 ) and ( 22 ) are mixed in the mixing chamber ( 21 ), with temperatures in the range from 900 to 1200 ° C. and preferably at least 1000 ° C. being ensured. At the same time, the residence time of the gas mixture in the mixing chamber ( 21 ) is set to at least 0.5 sec and usually 1 to 4 sec. As a result, residual hydrocarbons and in particular also dioxins and furans in the gas mixture are destroyed. In order to further promote the oxidation reactions in the mixing chamber ( 21 ), it can be expedient to additionally introduce air, air enriched with oxygen or technically pure oxygen through line ( 23 ), but this will usually not be necessary.
Das aus der Mischkammer (21) abgezogene Gasgemisch gelangt durch die Leitung (24) zu einem Abhitzekessel (25) und von da zu einer nur schematisch dargestellten Entstaubung (26). Abgeschiedenen Staub kann man durch die Leitung (27) der Oxidationskammer (15) aufgeben. Gekühltes und entstaubtes Gas zieht man in der Leitung (28) ab und kann es einer an sich bekannten, nicht dargestellten Gasreinigung zuführen. Eine Möglichkeit, wie man das Gasgemisch der Leitung (24) kühlen und entstauben kann, ist detailliert in DE-A-44 12 004 beschrieben.The gas mixture withdrawn from the mixing chamber ( 21 ) passes through the line ( 24 ) to a waste heat boiler ( 25 ) and from there to a dedusting device ( 26 ), which is only shown schematically. Separated dust can be fed through the line ( 27 ) to the oxidation chamber ( 15 ). Cooled and dedusted gas is drawn off in line ( 28 ) and can be supplied to a gas cleaning system which is known per se and is not shown. One way of cooling and dedusting the gas mixture in line ( 24 ) is described in detail in DE-A-44 12 004.
Es wird in einer der Zeichnung entsprechenden Anlage ohne die
Leitungen (19) und (23) gearbeitet, wobei man dem
Vergasungsreaktor (1) pro Stunde 5880 kg kommunalen Müll
zuführt, den man bei 900°C mit O₂ angereicherter Luft (O₂-Gehalt
30 Vol.%) zu einer Menge von 1906 Nm³/h Schwachgas vergast. Die
nachfolgenden Daten sind teilweise berechnet:
Feststoff-Umlauf durch Leitung (6): 200 t/h;
Feststoff-Abzug durch Leitung (7): 4 t/h;
das Abgas in der Leitung (9) in einer Menge von 6160 Nm³/h
enthält pro Nm³ 100 g staubförmige Feststoffe; durch den Ejektor
(12) gelangen pro Stunde 1200 Nm³ Abgas und 800 kg Feststoffe in
die Oxidationskammer (15), welcher man 915 Nm³/h O₂ zuführt. Die
Temperatur in der Kammer (15) liegt bei 1600°C, es werden 1980
Nm³/h Rauchgas und 2550 kg/h Schlacke abgezogen. Das Gasgemisch
in der Mischkammer (21) in einer Menge von 6940 Nm³/h hat eine
Mischtemperatur von 1.100°C und eine Verweilzeit von 2 sec. Das
in der Leitung (24) abströmende Gas ist weitestgehend frei von
Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen.It works in a system corresponding to the drawing without the lines ( 19 ) and ( 23 ), with 5880 kg of municipal waste being fed to the gasification reactor ( 1 ) per hour, which is enriched with O₂-enriched air at 900 ° C (O₂ content 30 Vol.%) Gasified to an amount of 1906 Nm³ / h lean gas. The following data are partially calculated:
Solids circulation through line ( 6 ): 200 t / h;
Solids withdrawal through line ( 7 ): 4 t / h;
the exhaust gas in line ( 9 ) in an amount of 6160 Nm³ / h
contains 100 g of dust-like solids per Nm³; 1200 Nm³ of exhaust gas and 800 kg of solids pass through the ejector ( 12 ) into the oxidation chamber ( 15 ), which is supplied with 915 Nm³ / h O₂. The temperature in chamber ( 15 ) is 1600 ° C, 1980 Nm³ / h flue gas and 2550 kg / h slag are withdrawn. The gas mixture in the mixing chamber ( 21 ) in an amount of 6940 Nm³ / h has a mixing temperature of 1,100 ° C and a residence time of 2 seconds. The gas flowing out in the line ( 24 ) is largely free of hydrocarbons, dioxins and furans.
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