DE19960075A1

DE19960075A1 - Verfahren zur Verwertung halogenartiger Rest- und Abfallstoffe

Info

Publication number: DE19960075A1
Application number: DE19960075A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schingnitz; Juergen Goerz; Heinz Hackel; Dietmar Adler
Original assignee: KRC Umwelttechnik GmbH; Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Current assignee: Future Energy GmbH
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-07-05
Also published as: US20020031467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung halogenhaltiger Rest- und Abfallstoffe durch Vergasung, wobei der genannte Rest- und Abfallstoff und ein freien Sauerstoff enthaltendes Vergasungsmittel in Form einer Flammenreaktion bei einem erhöhten Druck zu einem kohlenmonoxid-, wasserstoff- und halogenwasserstoffhaltigen Rohgas umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Rest- und Abfallstoff bestehende Vergasungsgut oder das aus Rest- und Abfallstoff und einem Zusatzbrennstoff bestehende Vergasungsgut einen Heizwert größer 6 MJ/kg aufweist und dass das bei einer Endtemperatur von mindestens 1100 DEG C erzeugte Rohgas mit einer Wassermenge in Kontakt gebracht wird, wobei das Rohgas gekühlt und durch Verdampfung einer Teilmenge des Wassers mit Wasserdampf gesättigt wird und der unverdampft bleibende Rest der Wassermenge feste, flüssige und im Wasser lösliche gasförmige Bestandteile des Rohgases aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung halogenhaltiger Rest- und Abfallstoffe nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.

Die Erfindung ist geeignet zur schadlosen Verwertung organischer und anorganischer Rest- und Abfallstoffe unter Erzeugung von Wertstoffen und eines kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltigen Gases durch Vergasung nach dem Prinzip der partiellen Oxidation im Flugstrom. Unter halogenhaltigen Rest- und Abfallstoffen sind mit organischen Halogenverbindungen belastete Kohlenwasserstofföle, halogenhaltige Lösungsmittel und Kunststoffe, als Reste oder Zwischenprodukte anfallende halogenhaltige Kohlenwasserstoffe, halogenhaltige Salze oder ihre Lösungen sowie halogenhaltige Farben, Lacke, Pestizid- und Herbizidabfälle zu verstehen.

Es ist bekannt, kohlenstoff- und halogenhaltige Rest- und Abfallstoffe unter Nutzung der entstehenden Wärme sowie unter Gewinnung von Halogensäuren oder halogenhaltigen Salzen zu verbrennen. Es besteht jedoch die Gefahr, dass sich während des Verbrennungsvorganges oder der nachfolgenden Abkühlung hochtoxische Substanzen bilden, deren Entfernung oder Zerstörung mit hohem Aufwand verbunden sind. Eine zusammenfassende Übersicht enthält "Thermische Abfallbehandlung", K. J. Thomé-Kozmiensky, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1994.

In der Technik der Gaserzeugung ist die Vergasung von Rest- und Abfallstoffen, die sich im fließfähigen Zustand befinden oder in diesen Zustand überführt werden können, durch partielle Oxidation im Flugstrom bekannt. DE 41 09 231 C2 beschreibt ein Verfahren zur Vergasung halogenbelasteter kohlenstoffhaltiger Materialien und Abfallstoffe mit dem vorrangigen Ziel, ein vielseitig einsetzbares kohlenmonoxid- und wasserstoffreiches Gas zu erzeugen. Dazu werden die halogenhaltigen Abfallstoffe in einem Flugstromverfahren mit einem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei erhöhtem Druck zu einem kohlenmonoxid- oder wasserstoffhaltigen Rohgas umgesetzt. Dieses Rohgas wird mit einer mit einem Zusatz eines alkalisch reagierenden Additivs versehenen Wassermenge in Kontakt gebracht und gekühlt. Die im Rohgas enthaltenen Halogenwasserstoffsäuren werden im Wasser gelöst und mit dem alkalisch reagierenden Additiv zu Alkalihalogeniden gebunden. Weiter wird der pH- Wert des Wassers gemessen und durch Zugabe des alkalisch reagierenden Additivs so geregelt, dass keine Halogenwasserstoffsäure mit dem gekühlten Rohgas abgeführt wird. Die Alkalihalogenide befinden sich im Abwasser und werden durch entsprechende Methoden entfernt oder gewonnen.

Diese Methode der Verwertung halogenhaltiger Materialien ist auf relativ geringe Halogenkonzentrationen beschränkt. Bei höheren Konzentrationen, wie sie bei mehrfach halogenierten Kohlenwasserstoffen auftreten, wäre die Salzfracht im Abwasser zu hoch. Außerdem besteht bei mehrfach halogenierten Kohlenwasserstoffen die Gefahr, dass unter bestimmten Bedingungen der Umsatz zu Halogenwasserstoff nicht vollständig abläuft und es zur Bildung elementarer Halogene kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, halogenhaltige Rest- und Abfallstoffe auch bis zu hohen Halogenkonzentrationen durch partielle Oxidation im Flugstrom unter vorzugsweiser Gewinnung von Halogenwasserstoffsäuren und eines kohlenmonoxid- und wasserstoffreichen Gases zu verwerten, wobei die thermodynamische Rußbildung sowie die Bildung höher toxischer halogenfreier und halogenhaltiger Kohlenwasserstoffe sowie die Bildung elementarer Halogene auszuschließen ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach den kennzeichnenden Merkmaien des 1. Patentanspruches gelöst.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Erfindungsgemäß wird der vollständige Umsatz der halogenhaltigen Rest- und Abfallstoffe zu Halogenwasserstoff ohne Bildung elementarer Halogene, ohne Bildung thermodynamischen Rußes und ohne Bildung toxischer halogenhaltiger und halogenfreier Kohlenwasserstoff erreicht, wenn das Vergasungsgut einen Heizwert größer 6 MJ/kg aufweist und die Vergasungstemperaturen mindestens 1100°C betragen. Erreicht das Vergasungsgut "halogenhaltige Rest- und Abfallstoffe" diesen Heizwert nicht, so können flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe zugesetzt und simultan mit dem Rest- und Abfallstoff vergast werden. Das die Flugstromvergasung verlassende heiße halogenwasserstoffhaltige Rohgas wird mit Wasserüberschuss gewaschen und gekühlt, wobei vorzugsweise Halogenwasserstoffe unter Bildung von Halogenwasserstoffsäuren gelöst werden. Die Kühlung kann gleichfalls mit im Kreislauf geführter Halogenwasserstoffsäure erfolgen, wodurch höhere Konzentrationen entstehen. Es ist zweckmäßig, niedergeschlagene Feststoffe aus den im Kreislauf geführten Halogenwasserstoffsäuren zu entfernen. Das wasserdampfgesättigte Rohgas wird nachfolgend weiteren Waschprozessen unterzogen, um die Halogenwasserstoffe aus dem Rohgas zu entfernen und möglichst vollständig zu gewinnen. Durch weitere Maßnahmen, z. B. Entschwefelung oder Konditionierung kann das kohlenmonoxid- und wasserstoffreiche Rohgas nach dem Stand der Technik zu energetischem Gas oder zu speziellen Synthesegasen aufbereitet werden.

Zur Moderation der Flammentemperatur kann der Vergasungsstoff gemeinsam mit Wasserdampf dem Vergasungsreaktor aufgegeben werden.

Zur Gewinnung von Abwärme ist es gleichfalls möglich, das den Flugstromreaktor mit einer Temperatur größer 1100°C verlassende Rohgas zunächst indirekt in einem Wärmetauscher zu kühlen und anschließend mit Wasser zur weiteren Kühlung und zur Entfernung der löslichen Bestandteile in Kontakt zu bringen.

Vorteilhaft für die Erfindung ist es, dass das mindestens 1100°C heiße Rohgas folgende Kühlstufen durchläuft:

- Teilkühlung durch Kontaktierung mit einer begrenzten Wassermenge, die vollständig verdampft und in das Rohgas übergeht;
- indirekte Kühlung in einem Wärmetauscher mit Gewinnung von Dampf oder Heißwasser
- und Abkühlung auf Umgebungstemperatur, kombiniert mit der Absorption löslicher Gasbestandteile.

Als Alternative dazu kann die Kontaktierung des heißen Rohgases mit Kreislaufwasser geschehen, das bereits gasförmige Bestandteile des Rohgases aufgenommen hat.

Weiterhin vorteilhaft für das Verfahren ist es, dass das Kreislaufwasser vor seiner Kontaktierung mit dem Rohgas von mitgeführten Feststoffen befreit wird.

Das Rohgas kann nach der Kühlung zur weiteren Aufnahme von aus dem Rohgas löslichen gasförmigen Verbindungen mit Wasser oder im Kreislauf von Wasser in dem bereits gasförmige Bestandteile des Rohgases enthalten sind, intensiv in Kontakt gebracht werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das mit den gasförmigen Bestandteilen aus dem Rohgas angereicherte Wasser zu Wertstoffen verarbeitet wird.

Das CO- und H₂-reiche Restgas kann nach vollständiger oder teilweiser Entfernung im Wasser löslicher Komponenten zu energetischem oder Synthesegas aufbereitet werden.

Vorteilhaft kann es auch sein, der Vergasung im Flugstrom simultan mehrere ineinander lösliche oder unlösliche flüssige sowie flüssige und feste oder feste halogenartige Rest- und Abfallstoffe zuzuführen.

Die Erfindung sei an nachfolgenden Ausführungsbeispielen mit den Fig. 1 und 2 erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die Vergasung halogenhaltiger Rest- und Abfallstoffe durch direkte Kühlung mit Wasserüberschuss

Fig. 2 die Vergasung halogenhaltiger Rest- und Abfallstoffe mit indirekter Kühlung

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Rest- und Abfallstoff 14 gemeinsam mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel 15 und gegebenenfalls dem Temperaturmoderationsmittel Wasserdampf 16 dem Flugstromreaktor 1 zugeführt, in dem die Reaktion zu einem Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Halogenwasserstoff enthaltenden Rohgas abläuft. Der Rest- und Abfallstoff kann als Mischung verschiedener Komponenten oder als Mehrstoffstrom in separaten Leitungen zugeführt werden. Durch die Zuführung eines zusätzlichen Brennstoffes 20 wird gesichert, dass der Heizwert der Vergasungsstoffe Rest- und Abfallstoff plus Zusatzbrennstoff größer 6 MJ/kg ist, um den vollständigen Umsatz der halogenhaltigen Anteile zu Halogenwasserstoffen zu sichern. Das den Flugstromreaktor 1 verlassende Rohgas mit einer Temperatur von mindestens 1100°C wird durch Einspritzen von Frischwasser 19 und im Kreislauf geführten, schon mit löslichen Gaskomponenten angereichertem Wasser 13 im Quenchkühler 2 gekühlt. Das bereits angereicherte Wasser 13 kann als Wertstoff in Form von Halogenwasserstoffsäure 10 abgegeben oder zur weiteren Aufnahme löslicher Komponenten dem Absorber 4 aufgegeben werden. Zur Entfernung auch von Halogenwasserstoffspuren gelangt das Rohgas in die Feinreinigung 5, die mit Frischwasser 19 beaufschlagt wird. Der Ablauf 11 der Feinreinigung 5 wird zum Absorber 4 geführt. Das von Halogenwasserstoffen befreite Rohgas 7 wird indirekt im Kühler 6 gekühlt und steht als kohlenmonoxid- und wasserstoffreiches Reingas 8 der weiteren Verwertung zur Verfügung. Das im Kühler 6 ablaufende Kondensat 9 kann gemeinsam mit dem Frischwasser 19 in den Kühl- und Waschprozess zurückgeführt werden.

Die Zuführung der Rest- und Abfallstoffe 14, des freien Sauerstoff enthaltenden Reaktionsmittels 15, des Wasserdampfes 16 und des Zusatzbrennstoffes 20 nach Fig. 2 entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Das mindestens 1100°C heiße Rohgas erfährt durch Einspritzen einer begrenzten Menge Kondensat 9 oder Frischwasser 19 eine begrenzte Abkühlung, wobei die gesamte zugeführte Menge 9 und 19 verdampft. Das teilabgekühlte, aber auch heiße Rohgas 7 gelangt in den Wärmetauscher 17, in dem durch Dampferzeugung eine weitere Abkühlung erfolgt. Eventuell mitgerissene Staubpartikel werden im Heißgasfilter 18 abgeschieden. Es ist leicht erkennbar, dass durch unterschiedliche Frischwasser- 19 und Kondensatmengen 9 die Temperatur des Rohgases in weiten Bereich geregelt werden kann. Verzichtet man auf die Frischwasser- 19 und Kondensatzufuhr 9 gänzlich, wird das Rohgas 7 mit der Austrittstemperatur aus dem Flugstromvergaser von größer 1100°C dem Abhitzekessel 17 zugeführt. Nach dem Heißgasfilter 18 erfolgt die Waschung des Rohgases 7 zur Aufnahme löslicher Gaskomponenten im Absorber 4 und der Feinreinigung 5. Der Absorber wird mit Frischwasser 19 und dem Ablauf der Feinreinigung 5 beaufschlagt. Gleichfalls kann das Kondensat 9 in den Kreislauf zurückgeführt werden. Die restliche Kühlung geschieht in 6, danach steht das Reingas 8 zur Anwendung oder weiteren Bearbeitung zur Verfügung.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Flugstromreaktor

2

Quenchkühler

3

Sammelbehälter

4

Absorber

5

Feinreinigung

6

Kühler

7

Rohgas

8

Reingas

9

Kondensat

10

Halogenwasserstoffsäure

11

Ablauf der Feinreinigung

12

Wasser des Quenchkühlers zum Absorber

4

13

Wasser des Quenchkühlers

14

Rest- und Abfallstoffe

15

Oxidationsmittel

16

Wasserdampf

17

Wärmetauscher

18

Heißgasfilter

19

Frischwasser

20

Zusätzlicher Brennstoff

Claims

1. Verfahren zur Verwertung halogenhaltiger Rest- und Abfallstoffe durch Vergasung, wobei der genannte Rest- und Abfallstoff und ein freien Sauerstoff enthaltendes Vergasungsmittel in Form einer Flammenreaktion bei einem erhöhten Druck zu einem kohlenmonoxid-, wasserstoff- und halogenwasserstoffhaltigen Rohgas umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Rest- und Abfallstoff bestehende Vergasungsgut oder das aus Rest- und Abfallstoff und einem Zusatzbrennstoff bestehende Vergasungsgut einen Heizwert größer 6 MJ/kg aufweist und dass bei einer Endtemperatur von mindestens 1100°C erzeugte Rohgas mit einer Wassermenge in Kontakt gebracht wird, wobei das Rohgas gekühlt und durch Verdampfung einer Teilmenge des Wassers mit Wasserdampf gesättigt wird und der unverdampft bleibende Rest der Wassermenge feste, flüssige und im Wasser lösliche gasförmige Bestandteile des Rohgases aufnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens 1100°C heiße Rohgas zunächst unter Wärmegewinnung indirekt gekühlt wird, bevor es mit Wasser zur weiteren Kühlung in Kontakt gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens 1100°C heiße Rohgas folgende Kühlstufen durchläuft:

- Teilkühlung durch Kontaktierung mit einer begrenzten Wassermenge, die vollständig verdampft und in das Rohgas übergeht;
- indirekte Abkühlung in einem Wärmetauscher mit Gewinnung von Dampf oder Heißwasser;
- Abkühlung auf Umgebungstemperatur, kombiniert mit der Absorption löslicher Gasbestandteile.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung des heißen Rohgases mit Kreislaufwasser geschieht, das bereits gasförmige Bestandteile des Rohgases aufgenommen hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufwasser vor seiner Kontaktierung mit dem Rohgas von mitgeführten festen Stoffen befreit wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgas nach der Kühlung zur weiteren Aufnahme von aus dem Rohgas löslichen gasförmigen Verbindungen mit Wasser oder im Kreislauf von Wasser, in dem bereits gasförmige Bestandteile des Rohgases enthalten sind, intensiv in Kontakt gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mit gasförmigen Bestandteilen aus dem Rohgas angereicherte Wasser zu Wertstoffen verarbeitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das CO- und H₂-reiche Restgas nach vollständiger oder teilweiser Entfernung im Wasser löslicher Komponenten zu energetischem oder Synthesegas aufbereitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasung im Flugstrom simultan mehrere ineinander lösliche und unlösliche flüssige sowie flüssige und feste oder feste halogenhaltige Rest- und Abfallstoffe zugeführt werden.