DE19853717C2 - Verfahren und Vorrichtungen zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien - Google Patents
Verfahren und Vorrichtungen zur Vergasung kompaktierter organischer MaterialienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Vergasung kompaktierter
organischer Materialien zu einem H2- und CO-reichen Brenngas.
Die Vorrichtungen sind überall dort einsetzbar, wo nachwachsende landwirtschaftliche
sowie forstwirtschaftliche Produkte wie Stroh, Schilf, andere Halmprodukte, Reisigholz
u. ä., Altpapier, Textilien, Wolle und fasrige und stückige brennbare Stoffe wie
Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und Industrieabfällen zu einem Brenngas verarbeitet
werden sollen. Die Hauptmerkmale der zu verarbeitenden Stoffe sind
- - ihr annähernd trockener Zustand
- - ihre mangelnde Fließfähigkeit und Förderbarkeit,
- - ihre schwierige, teils nicht mögliche Zerkleinerbarkeit zu feinkörnigen Gütern.
Nach dem bekannten Stand der Technik müssen solche Materialien vor dem Vergasen
grob vorzerkleinert, thermisch homogenisiert, thermisch versprödet und anschließend in
einer Aufbereitungsstufe fein zerkleinert werden. Die thermische Behandlung erfolgt
üblicherweise in einer Pyrolysestufe, zu der eine aufwendige, problematische Trennung
der Pyrolyseprodukte in Pyrolysekoks, Pyrolysegas und Flüssigprodukte gehört. Solche
kombinierte Verfahren sind als THERMOSELECT-Verfahren aus EP 0520 086 A2, als
NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN aus DE 41 39 512 A1 und VTA-Flugstromvergasung
aus EP 0600923 B1 und DE 41 23 406 A1 bekannt. Wegen der der Flugstrom- und auch
der Festbettvergasung vorgeschalteten Zerkleinerungs-, Trocknungs-, Pyrolyse- und
ggf. Brikettierstufen fallen hohe Investitions- und Betriebskosten bei der Verwertung
von Restabfall oder anderer organisch und organisch toxischer Stoffe an, so daß die
annähernd schadstoffreie Produkte erzeugenden Vergasungsverfahren insbesondere
gegenüber der Kompostierung, Deponie oder auch gegenüber der Verbrennung nicht
konkurrieren können. Einfache, einstufige Vergasungsverfahren im technischen
Maßstab für nichtfließfähige, nichtförderbare Güter existieren nicht. Diese Stoffe sind
allenfalls ohne vorherige aufwendige Aufbereitung einer Verwertung in
Verbrennungsanlagen vorbehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zur Vergasung
von land- und forstwirtschaftlich nachwachsenden Produkten sowie fasrigen und
stückigen brennbaren Stoffen, wie Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und
Industrieabfällen, zu schaffen, wobei ein wasserstoff- und kohlenmonoxidreiches
Brenngas erzeugt wird, das frei von Kohlenwasserstoffen, Dioxinen und Furanen ist
und das einen ohne weitere Nachbehandlung verwertbaren oder einfach zu
deponierenden, festen Rückstand aus der mit dem Brennstoff eingetragenen Asche
liefert und wobei auf eine thermische Vorbehandlung und/oder Feinzerkleinerung
verzichtet wird.
Die Aufgabe wird durch Verfahren nach den Merkmalen des ersten und zweiten
Patentanspruches und Vorrichtungen nach den Ansprüchen 4 und 5 gelöst.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß in der Industrie und Landwirtschaft
vorbereitete, maßlich definierte Ballen von Land- und forstwirtschaftlich
nachwachsenden Produkten sowie fasrigen und stückigen brennbaren Stoffen wie
Fraktionen aus Haus-, Gewerbe- und Industrieabfällen in einen bei annähernd
Atmosphärendruck betriebenen, waagerecht liegenden Vergasungsraum gedrückt
werden. Die Temperatur im Vergasungsraum wird oberhalb der Schmelztemperatur der
mineralischen Bestandteile der zu vergasenden Stoffe gehalten, was beim Anfahren
des Vergasers allein durch einen Zünd- und Stützbrenner und im kontinuierlichen
Betrieb zusätzlich durch die partielle Oxydation der zu vergasenden Stoffe mit
Sauerstoff erfolgt. Primärsauerstoff wird einmal direkt am Brennstoffkanalende, d. h. bei
Eintritt in den Vergasungsraum in den zu vergasenden Brennstoff eingeblasen, und
zum anderen wird Sekundärsauerstoff während des Zerfalls des Brennstoffstranges
sowie bei seinem Fallen in die mit einem Kühlschirm umgebende Schlackewanne
aufgeblasen. Im Vergasungsraum wird eine reduzierende Atmosphäre
aufrechtgehalten. Wegen der Temperatur zwischen 1200°C und 1800°C werden
Kohlen- und Chlorkohlenwasserstoffe (Dioxine, Furane) total gespalten und
mineralische Bestandteile aufgeschmolzen. Die Schmelze sammelt sich in einer
Schlackewanne des Vergasungsraumes und läuft am senkrecht stehenden, in den
Vergasungsraum hineinragenden Schlackeablaufkörper über in den Quenchraum
hinein. Die Schlackewanne im Vergasungsraum wird durch einen Kühlschirm so
gebildet, daß sich über dem Kühlschirm durch Abkühlung der Schmelze der Schlacke
eine dicke und dichte, feste Schlackeschicht bildet, die den metallischen Teil des
Kühlschirms keramisch schützt. Auch das H2-/CO-reiche Vergasungsgas tritt über den
Schlackeablaufkörper in den Quenchraum ein, in dem das Vergasungs- bzw. Rohgas
mit Quenchwasser unter 100°C abgekühlt und die Schlacke glasartig, eluationsfest
granuliert wird. Das Rohgas tritt seitlich aus dem Quenchraum zur weiteren
Rohgasreinigung und -entschwefelung aus, und das Granulat fällt in eine
Wassertauchung, aus der es mechanisch ausgetragen wird.
Das Rohgas kann auch getrennt von der Schlacke über einen separaten Stutzen nach
oben abgeführt und der direkten oder indirekten Kühlung unterzogen werden.
Erfindungsgemäß werden die Umsetzung der Brennstoffe zu CO und H2, die
reduzierende Atmosphäre im Vergasungsraum und das Aufschmelzen der
mineralischen Bestandteile der Brennstoffe mittels einer verzögerungsfreien
Temperaturmessung des Rohgases vor Austritt aus dem Vergasungsraum überwacht
und gesteuert. In Abhängigkeit von dieser Temperatur werden der Brennstoffvorschub,
die Primär-/Sekundärsauerstoffzugabe geregelt und die Wasserdampfzugabe über den
Stützbrenner gesteuert. Für die Betriebsführung und -überwachung wird eine Messung
des Sauerstoffgehaltes des Rohgases nach der Quenchung genutzt, die als
Plausibilitätsnachweis für die Temperaturmessung und -regelung dient.
Das Rohgas wird einer Reinigung und Entschwefelung unterzogen und als Reingas
einem Gasmotor zur Elektroenergieerzeugung und das Granulat als Baurohrstoff der
Baustoffindustrie zur Verwertung zugeführt. Das eigenerzeugte Reingas kann auch als
Brenngas für den Pilot- und Stützbrenner verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung an zwei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens mit senkrechter Ballenzuführung und gemeinsamer Rohgas-
und Schlackeabführung aus dem Quenchraum,
Fig. 2 erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung mit senkrechter
Ballenzuführung und getrennter Rohgas- und Schlackeabführung
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vergasungseinrichtung, die geeignet ist,
Brennstoffballen zu vergasen. Diese werden über das Brennstoffaufgabegehäuse 1 in
den Brennstoffeinlaufkanal 2 aufgegeben, der durch Feststoffschieber 3 eine
Einschleusung der Brennstoffballen ermöglicht. Durch das Eigengewicht gleiten die
Brennstoffballen in den Vergasungsraum 4, in dem zentrisch Sauerstofflanzen 5 zur
Zuführung des Primärsauerstoffs angeordnet sind. Weiterhin münden in den
Vergasungsraum 4 eine Sekundärsauerstoffzuführung 6 sowie der Zünd- und
Pilotbrenner 7. Der Vergasungsraum 4 ist im Unterteil von einem Kühlschirm 8
umgeben, der eine Schlackewanne 9 bildet, in der sich die flüssige Schlacke sammelt,
die über einen gekühlten Schlackeablaufkörper 10 den Vergasungsraum 4 verlassen
kann. Unter dem Vergasungsraum 4 ist ein Quenchraum 11 angeordnet, in dem eine
direkte Abkühlung des Vergasungsgases sowie der schmelzflüssigen Schlacke durch
Einspritzen von Wasser vorgenommen wird. Das gekühlte Rohgas und die granulierte
Schlacke verlassen über den Rohgasaustritt 12 und die Schlackeabführvorrichtung 13
den Quenchraum 11.
Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung, bei der sich die
flüssige Schlacke in der Schlackewanne 9 sammelt und über den gekühlten
Schlackeablaufkörper 10 den Vergasungsraum 4 verläßt. Die flüssige Schlacke wird im
Quenchraum 11 durch Einspritzen von Wasser gekühlt und granuliert und über die
Schlackeabführvorrichtung 13 ausgetragen. Das Rohgas verläßt den Vergasungsraum
4 getrennt von der flüssigen Schlacke über den Rohgasaustritt 14 nach oben und kann
direkt durch Einspritzen von Wasser oder indirekt in einem Abhitzekessel unter
Erzeugung von Dampf gekühlt werden.
1
Brennstoffaufgabegehäuse
2
Brennstoffeinlaufkanal
3
Feststoffschieber
4
Vergasungsraum
5
Primärsauerstofflanzen
6
Sekundärsauerstoffzuführung
7
Zünd- und Pilotbrenner
8
Kühlschirm
9
Schlackewanne
10
Schlackeablaufkörper
11
Quenchraum
12
Rohgasaustritt aus dem Quenchraum
13
Schlackeabführungsvorrichtung
14
Rohgasaustritt aus dem Vergasungsraum
Claims (5)
1. Verfahren zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien zu einem CO- und
H2-reichen Brenngas, wobei die der Vergasungsvorrichtung zugeführten Materialien
nach definierten Maßen balliert vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass
- - zu vergasende Brennstoffballen über ein Brennstoffaufgabegehäuse (1) senkrecht einem Brennstoffeinlaufkanal (2) zugeführt werden, der durch die Abtrennung mit Feststoffschiebern (3) eine Einschleusung der Brennstoffballen in einen Vergasungsraum (4) erlaubt;
- - die zu vergasenden Brennstoffballen in einer Schlackewanne (9) aufsitzen und durch Zuführung von Sauerstoff über die Sauerstofflanzen (5), die konzentrisch um den Brennstoffballen angeordnet sind, der Hauptteil des für die Vergasung notwendigen Sauerstoffs zugeführt wird;
- - über eine Sekundärzuführung (6) Sauerstoff zur Regelung der Temperatur zugeführt wird;
- - zum Aufheizen und zur Inbetriebnahme der Vergasungsvorrichtung ein Zünd- und Pilotbrenner (7) verwendet wird;
- - sich die verflüssigte Schlacke in einer mit einem Kühlschirm (8) ausgekleideten Schlackewanne (9) sammelt und
- - durch Einspritzen von Wasser Rohgas und Schlacke im Quenchraum (11) gekühlt und das gekühlte Rohgas über eine Austrittsöffnung (12) und die gekühlte und granulierte Schlacke über eine Schlackeabführungsvorrichtung (13) aus dem Quenchraum (11) abgeführt werden.
2. Verfahren zur Vergasung kompaktierter organischer Materialien zu einem CO- und
H2-reichen Brenngas, wobei die der Vergasungsvorrichtung zugeführten Materialien
nach definierten Maßen balliert vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß
- - zu vergasende Brennstoffballen über ein Brennstoffaufgabegehäuse (1) senkrecht einem Brennstoffeinlaufkanal (2) zugeführt werden, der durch die Abtrennung mit Feststoffschiebern (3) eine Einschleusung der Brennstoffballen in einen Vergasungsraum (4) erlaubt;
- - zu vergasende Brennstoffballen in einer Schlackewanne (9) aufsitzen und durch Zuführung von Sauerstoff über Sauerstofflanzen (5), die konzentrisch um den Brennstoffballen angeordnet sind, der Hauptteil des für die Vergasung notwendigen Sauerstoffs zugeführt wird;
- - über eine Sekundärzuführung (6) Sauerstoff zur Regelung der Temperatur zugeführt wird;
- - zum Aufheizen und zur Inbetriebnahme der Vergasungsvorrichtung ein Zünd- und Pilotbrenner (7) verwendet wird;
- - sich die verflüssigte Schlacke in einer mit einem Kühlschirm (8) ausgekleideten Schlackewanne (9) sammelt und über einen Schlackeablaufkörper (10) in einen Quenchraum (11) gelangt;
- - durch Einspritzen von Wasser die Schlacke im Quenchraum (11) gekühlt und dabei granuliert und über eine Schlackeabführungsvorrichtung (13) ausgetragen wird und
- - das Rohgas den Vergasungsraum (4) nach oben über einen Rohgasaustritt (14) verläßt und durch Einspritzen von Wasser direkt oder durch Verwendung eines Wärmetauschers indirekt gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
durch Abkühlung der Schlackeschmelze in der Schlackewanne (9) eine dicke, dichte
und feste Schlackeschicht gebildet wird, die den Kühlschirm vor thermischer
Belastung und Korrosion schützt.
4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - ein Ballengehäuse (1) senkrecht über einem Brennstoffeinlaufkanal (2) angeordnet ist, welcher Feststoffschieber (3) zur Einschleusung von Brennstoffballen in einen Vergasungsraum (4) aufweist;
- - ein quer zum Brennstoffeinlaufkanal (2) liegender Vergasungsraum (3), eine mit Kühlschirm (8) ausgekühlte Schlackewanne (9) über der Sekundärzuführung für Sauerstoff zur Temperaturregelung aufweist, wobei im Vergasungsraum (4) konzentrisch über den Brennstoffballen Sauerstofflanzen (5) zur Zuführung von Sauerstoff sowie Zünd- und Pilotbrenner angeordnet sind und
- - sich an den querliegenden Vergasungsraum (4) nach unten ein Quenchraum (11) anschließt, der einen Rohgasaustritt (12) und eine Schlackeabführvorrichtung (13) aufweist.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - ein Ballengehäuse (1) senkrecht über einem Brennstoffeinlaufkanal (2) angeordnet ist, welcher Feststoffschieber (3) zur Einschleusung von Brennstoffballen in den Vergasungsraum aufweist;
- - ein quer zum Brennstoffeinlaufkanal (2) liegender Vergasungsraum (4) eine mit Kühlschirm (8) ausgekleidete Schlackewanne (9) über der Sekundärzuführung für Sauerstoff zur Temperaturregelung aufweist, wobei im Vergasungsraum (4) konzentrisch um den Brennstoffballen Sauerstofflanzen (5) zur Zuführung von Sauerstoff, Zünd- und Pilotbrenner sowie ein Rohgasaustritt (14) oberhalb des Quenchraums angeordnet sind und
- - sich an den querliegenden Vergasungsraum (4) nach unten ein Quenchraum (4) anschließt, der eine Schlackeabführvorrichtung (13) aufweist.
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