DE2833731A1

DE2833731A1 - Brikett aus kokskohle und festem organischem muell und verwendung desselben als beschickung bei einem verfahren zur heizgaserzeugung

Info

Publication number: DE2833731A1
Application number: DE19782833731
Authority: DE
Inventors: Helmut W Schulz
Original assignee: Dynecology Inc
Current assignee: Dynecology Inc
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1978-08-01
Publication date: 1979-02-22
Also published as: GB2005716B; DE2833731C2; US4152119A; FR2399477B1; GB2005716A; FR2399477A1

Description

kissen- oder torusförmig (ringförmig) geformt sein. Das Verhältnis von Kokskohle zu verkleinertem festem Stadtmüll wird so eingestellt, daß in der Mischung auf ]■- den Tr-il dor, überwiegend cellulosehaltigen organischen ft-cten /\tiailr. 0,5 bis

3,0 Teile gebrochene Kohle kommen. Geeignete Bindemittel sind unter anderem entwässerter .Abwasserschlamm (DSS ~ Dew-ltered sewage sludge), an Lignincierivaten reiche "Schwarzlauge" (black liquor), Restmelasse, Abfallöl unu Stärke. Die Bind*=·- mittelkonzentration liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis

6%. Wenn Kohlen mit hohem üchs/efelgehalt verarbeitet wilden sollen, kann der Brikettmischung eine wenigstens stöchiometrisch äquivalente Menge Dolomit zugesetzt werden, um einen Hauptteil des Schwefels mit der Schlacke zu entfernen.

Die Erfindung steht in Beziehung zu dem in aer US-PS 4 052 1 beschriebenen Verfahren des Anmelders. Auf die Offenbarung dieser Patentschrift vird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Das dort beschriebene Verfahren wird hiernach als "Simplex"-Verfahren bezeichnet. Kurz gesagt ist das Si.mplex-Verfanron ein Verfahren zur Herstellung eines an Wasserstoff und Kohlenmonoxid reichen Gasstroms aus einer Einsatzmischung eines kohleähnlichen Materials und eines festen organischen Mülls, wobei das Verfahren in einer senkrechten Reaktionszone durchgeführt wird, die nacheinander von oben nach unten eine Vorheiz- und Trocknungszone, eine Pyrolyse- und Verkokungszone, eine Hochtemperaturreaktionszone und eine Teilverbrennungszone aufweist, wobei das Verfahren folgende Stufen aufweist:

a) die kohleähnlichen Materialien und der feste organische Abfall werden in einem Verhältnis von 0,25 bis etwa 2,5 Teile des kohleähnlichen Materials auf 1 Teil des organischen festen Abfalls gründlich gemischt;

b) die gründliche gemischte Mischung des kohleähnlichen Materials und festen organischen Abfallsjwird dem obersten Abschnitt der senkrechten Reaktionszone zugeführt, und man läßt dann die Mischung durch die Vorheiz- und Trocknungszone nach unten

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fließen, währeηα die Temperatur am oberen Ende der Vorheiz- und Trorknung^c;zone bei etwa L>J Du. et^α 260° G unci -im unterm b'nde riesfer Zone bei et-.vo. 2io υ is 4 H'-⁵ ι' cichalccn vif!; c) iricin laßt die vorgewärmte und gni.rockiu.-tij frischunu citis Kon le.c hn liehen Materials la-cJ aus χ es Un ui ^mischen Ab Pall«?

nach unten in de Pyrolyse— und Verkokung <~7,οηο f > i f:.i:n, v/o

sie uireiit mit heißen Gasprodulcten ir teruhrunj kommt, v/oJrh v/a.';serstoff und ICohlenracmoxic: cr.Lhaltien unc auy der Tcilve»!·- brc-r^r.Ut:'js2out uurch aie Kcchremperarur—!ieakfioii^^orit: uuijlvicj './üüurch aie troctcne Lc-s till·-) ti or c.'S kühleuhnlichen Mat er id l.<; und die gleichzeitige Pyrolyse des organischen Abt'r.lLj zu kohlehaltigen Produkten, aie Xoks ima verkohlte Produkte (riolzl'ohle) enthalten, bev/irkt wird, indem die Pyrolyse- unci VerkoKiTngszone bei einer Temperatur von etwa 316 bis ^: ΐψ,ι .i;:'¹' in ihi f-in oberen Knde und einer Temperatur von etwa c-/\ bL-rj etv/d 1 Ü94° C an ihrem unteren Ende gehalten wird;

d) mein läßt die kohlehaltigen Proaukte aus der Pyrolyse- unr¹ Verkokungsζone nach unten m-chein&noer durch die Hochtemperaturzone uno die Teilvcrbrexmnngizone fließen;

e) rr.uii hält die Hochtemperatur—tteaiction'-.scme bei einer Tem per at Ui¹ von etwa 1 üb4 bis etwa 153 8° C;

f) man leitet in die Teilverbrennungszone ein oxydierendem Gas ein, das -wenigstens 75 Voiumen~% Sauerstoff enthält, um aie TeLIverbrennung eines Teils der kohlehaltigen Produkte zu bewirken und dadurch Kohlenmonoxid unci möglichst kleine Hetigen kohlendioxid zu erzeugen, wobei die Gesamtmenge des in der senkz'cchten ke a ic ti ons ζ one verwendeten oxydierenden üjjü'j in die 'I'eilverbrennungs2one eingeleitet wird;

n) man leitet in aie Teilverbrennungszone barnpf ein, u/n einen x-estlichen Teil der kohlehaltigen Produkte damit umzusetzen und so V/asserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen; h) man regelt die in die Teilverbrennungszone eingeleiteten Mengen an Lampf und oxydierendem Gas so, daß die exotherme Reaktionswärme der Reaktion des Sauerstoffs mit den kohlehaltigen Produkten ausgeglichen wird durch die endotherme Reaktionswärme der Reaktion des Dampfes mit den kohlehaltigen Produkten und dabei die Temperatur der Teilverbrennungszone bei etwa 1538 bis etwa 1760° C gehalten wird;

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i) man zieht vom oberen Teil der senkrechten keaktionzone Abgase ab, welche Wasserstoff und Kohlenmonoxid in einem Verhältnis nicht größer als etwa 1 enthalten und

j) man zieht geschmolzene Schlacke vom unteren Teil der senkrechten Reaktionszone ab.

Der feste organische Abfall ist vorzugsweise fester Stadtmüll, landwirtschaftlicher Abfall, cellulosehaltiges Material, Lebensmittelabfälle, Papierabfälle, Sägemehl- oder Holzabfälle.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Lias Simplex-Verfahren zur· synergistischen Vergasung von Kohle,

besonders Kokskohle, die eingeschlossen ist in einer Matrix vonjcellulosehaltigen Abfallstoffen, wie festem Stadtmüll (MSW)

oder Biomasse, ist sehr kostengünstig zur Erzeugung eines sauberen synthese- oder Heizgases. Dieses neue Verfahren ermöglicht zum ersten mal die Verwendung eines Schachtofens von

der geometrischen Gestalt und den Abmessungen eines Hochofens^ um hohe Produktivität in einem Fließbettvergaser zu erhalten, der bei Verschlackungstemperaturen betrieben wird.

Das Simplex-Verfahren liefert gleichzeitig eine umweltfreundliche Lösung eines Umweltverschmutzungsproblems,in~dem beispielsweise fester Stadtmüll (MSW), vorzugsweise mit entwässertem Klärschlamm (DSS) im Gemisch mit Kohle in eine Energiequelle verwandelt wird, und es liefert ein sauber brennendes Heizgas von mittlerem Heizwert zu einem Preis, der mit importiertem Erdöl wettbewerbsfähig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht das Simplex-Verfahren die wirksame Nutzung der reichlich vorhandenen energiereichen bituminösen Kokskohlen der östlichen Vereinigten Staaten (Eastern bituminous caking coals), welche bisher in einem einfachen Fließbettvergaser nicht verarbeitet werden konnten, da sie, wie allgemein bekannt_; beim Durchgang durch den Temperaturbereich von 482⁰C bis 704° C quellen, schmelzen, zusammenlaufen und polymerisieren. Die Verwendung der Kokskohle (Backkohle) wird dadurch ermöglicht, daß eine Mischung von zerkleinertem'luftklassifiziertem organischem festen Abfall mit gebrochener Kokskohle einschließlich des dieser beigemischten Kohlestaubs, sorgfältig

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gemischt wird und dann die Mischung entweder vor der Zuführung oder im Verfahren der Zuführung der Mischung zum Simplex-Vergaser gepreßt wird.

Es wurde nun gefunden, daß eine Anzahl unerwarteter Vorteile ' eintreteni wenn die Beschickung in der im folgenden beschriebenen Weise hergestellt wird.

So ist allgemein bekannt, daß das Lurgi-Verfahren zur Kohlevergasung, das heute in der Welt das am meisten verbreitete Kohlevergasungsverfahren ist, die folgenden Nachteile aufweist: 1 . Es kann keine Kokskohlen verarbeiten, da solche Kohlen die Neigung zum Agglomerieren,Brückenbildung und Polymerisieren zeigen, wenn sie auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der sie thermoplastisch werden.

2. Es kann keine Kohlestaub enthaltende gebrochene Kohle verarbeiten, sondern die Kohle muß gesiebt werden, um solches

Feingut zu beseitigen, das dann ein Verwertungs- und Abfallproblem bildet.

3. Die Aufwärtsgeschwindigkeit des Gasstroms ist durch die kleine Korngröße der verarbeiteten Kohle begrenzt, was seinerseits die zulässige Produktivität pro Quadratmeter des Konverterquerschnitts in der Vergasungszone begrenzt.

4. Es ist bisher hinsichtlich der maximalen praktikablen Ofengröße auf Gefäße von etwa 4.0 m Durchmesser begrenzt,

so daß 26 Lurgi-Konverter erforderlich sind, um das Synthesegas für eine einzige 250 Millionen SCFD SNG-Anlage zu erzeugen.

Die oben genannten Beschränkungen des erfolgreichen Lurgi-Vergasers traten in der Praxis in noch größerem Maßstab beim Hochofen auf, welcher das Herz der Stahlindustrie und eine der tragenden Säulen der industriellen Revolution ist. Der erfolgreiche Betrieb des Hochofens, der übrigens wie ein großer Vergaser arbeitet, hängt in kritischer Weise von der sorgfältigen Zubereitung seiner Drei-Komponenten-Beschickung ab, also der Mischung von Eisenerz, Koks und Kalkstein. Diese Komponenten müssen sorgfältig klassiert und gemischt werden, um ein störungsfreies Verhalten des nachunten sinkenden Betts zu gewährleisten, ohne daß zerstörende Kanalbildung durch das große

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Volumen der im Ofen erzeugten heißen aufsteigenden Gase eintritt. Eine sorgfältige Beschickungsvorbereitung hat es ermöglicht, solche gaserzeugenden Hochöfen bis zum erstaunlichen Durchmesser von 12»8 m zu betreiben. Die daraus folgende Wirtschaftlichkeit des Großbetrieb hat einen entscheidenden Einfluß auf die Kapital- und Produktionskosten.

Das Verpressen von Kohle zu Briketts ist seit einem Jahrhundert bekannt und wurde vor allem benutzt, um Kohlefeingut und Kohlestaub zu verwenden, indem man solches Materia? durch Pressen in die Form eines leichter zu handhabenden und zu lagernden Heizmaterials brachte. Ähnlich ist das Pressen von Haushaltsabfällen oder festem Stadtmüll bekannt. Lm Handel sind für die Benutzung im Haus bestimmte Vorrichtungen erhältlich, welche Abfälle und Müll zu größeren Pellets formen, welche sich

wirksamer lagern und transportieren lassen und weniger kaum in einer Müllgrube einnehmen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, statt Abfälle zusammen mit Abfallkohleprodukten zu pressen oder zu pelletisieren. So beschreibt die US-PS 3 910 775 (jackman) das Brikettieren von Kohle, einschließlich Kohlestaub, mit organischen Abfällen. Diese Patentschrift gibt kein Verhältnis von Kohle und organischem Abfall an und erwähnt nicht die Probleme, welche bei. der Verwendung von Kokskohle auftreten. Tatsächlich wird kein Unterschied zwischen der Verwendung verschiedener Arten von Kohle gemacht. Im Vordergrund steht die Möglichkeit, Abfallkohle mit hohem Schwefelgehalt und insbesondere Kohlestaub (Feingut) zu verwenden, jedoch wird die Verwen-, dung von gebrochener Kohle nicht erwähnt.

Anscheinend dient bei diesem bekannten Verfahren die Verwendung kleinerer Mengen an saurem Kohlestaub, der von Waschkohle oder "schmutziger schwefelreicher unbrauchbarer Kohle¹¹ gewonnen wurde, zum Herabsetzen des pH-Werts des Abwasserstroms, der durch die hergestellten Briketts gefiltert wird, um die im Abwasser vorhandenen Phosphate auszufällen. Die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Merkmale des Verhältnisses der Komponenten, der physikalischen Eigenschaften der neuen geformten Gegenstände, die Hauptfunktion dieser Gegenstände und die Wahl des Kohlebestandteils in bestimmten Ausführungsformen

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der Erfindung sind in diesel* früheren Patentschrift überhaupt nicht erwähnt«

in der US-PS 3 841 851 ist auch bereits vorgeschlagen worden, feste organische Abfälle mit Kohle, welche öl enthalten kann, zu verwenden. Jedoch ist das Brikettieren nicht erwähnt. Außerdem ist von Bedeutung, daß in dieser Patentschrift, welche etwa gleichseitig mit der erwähnten US-PS 3 910 775 ist, im Ausfuhrungsbeispiel in den Spalten 8 und 9 nur 10 % Kohle, 10 % restliches Heizöl und 80 % getrockneter Haushaltsmüll verwendet werden.

Aufgabe und Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verarbeitung von wesentlichen Anteilen von gebrochener Kokskohle im Fließbett der Beschickung in einem Vergaser von Hochofengeometrie zu ermöglichen, ohne daß nachteilige Brückenbildung, Kanalbildung, Agglomeration oder Verfestigung des Fließbettes auf treten. Dabei soll ferner durch Regelung von Form und Abmessungen des Beschickungsmaterials eine gleichförmige Gasverteilung auch bei Verwendung eines sehr großen Fließbett-Vergasers von z.B. 6 bis 12,2 m Durchmesser und 1ö bis 37 m Höhe gewährleistet werden.

Ferner soll erfindungsgemäß das Beschickungsmaterial zu extrudieren Körpern, Briketts oder Pellets mit genügender Strukturfestigkeit geformt werden, um den Druck- und Abreibkräften zu widerstehen, die in einem Schachtofen der angegebenen Geometrie und Größe auftreten, ohne daß das Beschickungsmaterial zu Feingut zerbrochen oder abgerieben wird, welches die xreie und rasche Aufwärtsbewegung von Gas verhindern könnte.

Weiterhin sollen erfindungsgemäß der Mischung der Beschickungsmaterialien bestimmte billige oder schädliche Abfallmaterialien beigemischt werden, um einerseits diese in einer umweltfreundlichen Weise zu beseitigen und andererseits sie als Bindemittel

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zu benutzen, v/elche den strukturellen Zusammenhalt der extrudierten Körper, Briketts oder Pellets erhöhen.

Weiterhin sollen erfindungsgemäß dem Beschickungsmaterial ausgewählte Substanzen, z.B. gebrochener Dolomit, zugesetzt werden, welche mit bestimmten in der Kohle oder dem festen Stadtmüll vorhandenen möglichen Verunreinigungen, z.B. Schwefelverbindungen, reagieren und diese so mit der Schlacke entfernen.

Erfindungsgemäß soll ferner die Beschickungsmischung, welche teilweise aus verfaulbarem festem Stadtmüll oder Biomasse gewonnen ist, in eine stabilere Gestalt geformt werden, die leichter transportierbar und lagerbar ist.

Schließlich soll die Durchführung des Simplex-Verfahrens einfacher, wirksamer, produktiver und kostengünstiger gestaltet werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Brikett und dessen Verwendung bei einem Verfahren zur Heizgaserzeugung. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In einem ihrer Aspekte ist die Erfindung gerichtet auf eine Verbesserung des Simplex-Verfahrens zur gleichzeitigen Vergasung von Kohle und festem organischem Abfallmaterial, wie in der US-PS 4 052 173 beschrieben. Die Verbesserung besteht darin, daß bei diesem Verfahren das Beschickungsmaterial in Form neuer einzeln gepreßter Gegenstände, z.B. Briketts, von besonderer Zusammensetzung und geometrischer Gestalt, wie hiernach beschrieben, benutzt wird. Die Erfindung betrifft auch diese neuartigen Briketts.

Der Ausdruck Briketts umfaßt hier die kompaktierten (gepreßten) erfindungsgemäßen Gegenstände ohne Rücksicht auf ihre Form, ob massiv oder mit einem Loch, und ohne Rücksicht auf die Art des Kompaktierens oder Pressens. In der Beschreibung und den Ansprüchen umfaßt der Ausdruck Briketts, falls nicht anders angegeben, extrudierte Körper, Pellets und andere Formen, welche dem erforderlichen Pressen unterworfen waren.

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Diese hergestellten Gegenstände oder BriVetts sind weiter gekennzeichnet durch ein annehmbares Mindestmaß von strukturellem Zusammenhalt und Festigkeit, das beispielsweise mindestens ausreicht, um ihren Zusammenhalt zu erhalten, bis sie durch die Trocknungs- und Pyrolysezonen zu den Hochtemperaturreaktionsuna Teilverbrennungszonen im Simplex-Verfahren herabgesunken sind. Die gewünschte strukturelle Festigkeit kann teilweise durch Anwendung eines hohen Preßdrucks und teilweise durch die Verwendung geeigneter Bindemittel in der Beschickungsmischung erreicht werden. Die Verwendung von Bindemitteln ist freigestellt, jedoch bevorzugt. Wenn große Mengen an Kohlestaub vorhanden sind, ist die Verwendung eines Bindemittels sehr zu empfehlen.

Die Zusammensetzung der Beschickungsmischung ist wichtig, um aie Ziele der Erfindung zu erreichen. Das feste organische Abfallmaterial weist vorzugsweise einen hohen Anteil an Cellulosehaltigen! Material, wie Altpapier in festem Stadtmüll oder Holzabfälle und Pflanzenstengel in landwirtschaftlichem Abfall, auf. Solcher landwirtschaftlicher Abfall kann einen hohen Pentosangehalt aufweisen, z.B. Maiskolben, Haferspelzen, Pflanzenstengel, oder einen hohen Gehalt an Lignocellulose, z.B. Holzabfälle. Es ist erwünscht, daß der organische feste Abfall wenigstens ijO % cellulosehaltiges Material enthält. Der feste Stadtmüll wird normalerweise in einem Shredder oder in einer Hammermühle zerkleinert. Er kann dann zur Rückgewinnung von ferromagnetischen Metallen über eine magnetische Trennvorrichtung geleitet werden oder luftklassiert werden, um eine leichte brennbare organische Fraktion von einer schweren unbrennbaren anorganischen Fraktion, die hauptsächlich Glas und Metalle enthält, zu trennen. Die Rückgewinnung von wieder brauchbaren sekundären Materialien durch weitere Verarbeitung der anorganischen Fraktionen ist bekannt.

Das erwähnte Simplex-Verfahren der US-PS 4 052 173 ist besonders vorteilhaft, indem es die wirksame Vergasung von Kokskohlen ermöglicht.

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Das Verfahren arbeitet gleich gut mit nicht kokenden Kohlen, jedoch ist die Vorbereitung des BeschickungsmateriaIs in Form vorgeformter Briketts oder Pellets dann nicht so kritisch. Die Erfindung ist daher besonders gerichtet auf die Herstellung von neuen geformten Gegenständen, die eine wesentliche oder überwiegende Menge an Kokskohle plus Müll, vorzugsweise mit einem Bindemittel, enthalten. Es wurde durch Versuche gefunden, daß bei der erfindungsgemäßen Herstellung solcher Gegenstände das Verhältnis von stark kokender Kohle zu stark cellulosehaltigen! organischem Abfallmaterial so hoch wie 3 : 1 liegen kann, jedoch vorzugsweise 5 : 2 oder weniger beträgt, je nach dem Grad der Zerkleinerung, der Wahl der Kohle und der Zusammensetzung des festen Stadtmülls (M3W). Der Müll enthält vorzugsweise wenigstens 50 % Cellulose und/oder Pentor-ane und/oder Lignocellulose. Andererseits, wenn das Verhältnis von Kohle zu Stadtmüll (MSv/) oder anderem organischem Abfall mit hohem Cellulosegehalt weniger als ungefähr 0,5 bis 1 beträgt, fehlt den pyrolysierten Briketts oder Pellets zunehmend die strukturelle festigkeit, um in der Teilverbrcnnungszone aes Vergasers im Simplex-Verfahren die gewünschten hohen Wassergaserzeugungsgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten.

Die extrudierten Körper, Briketts oder Pellets, können einen kreisförmigen oder regelmäßig oder unregelmäßig vieleckigen Querschnitt aufweisen, und ihr Durchmesser kann zwischen 2,54 und 30,5 cm liegen. Briketts ähnlicher Größe können beispielsweise in Form von Sätteln, Kissen, Hohlzylindern oder Ringen gestampft oder gepreßt sein. Es wurde gefunden, daß

ein Preßdruck über 70 kg/cm (1000 psi) beim Formen der geformten Gegenstände gute Ergebnisse liefert. Vorzugsweise liegt der Druck im Bereich von 140 bis 703 kg/cm*" (2000 bis 10.000 psi) Die obere Grenze des Drucks ist nicht kritisch. Praktisch wird

er gewöhnlich 352 kg/cm nicht übersteigen, l/enn eine Extrudiervorrichtung benutzt wird, ist sie vorzugsweise mit einem Verschluß oder Abschneider ausgerüstet, der abwechselnde Ver·- dichtungs- und Auspreßzyklen des Kolbens oder der Strangpresse ermöglicht, um eine Regelung des erforderlichen Kompaktierungsdrucks zu ermöglichen.

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Fester Stadtmüll (MS,V) enthält normalerweise 25 bis 30 % Feuchtigkeit, die teilweise aus Lebenrmittelabfallen und Gartenabfällen stammt. Beim Pressen dieser Materialien können die ausgepreßten Säfte in der Mischung Bindemitteleigenschaften enthalten, besondez^s wenn hohe³ Preßdrücke angewandt weraen. Jedoch werden im allgemeinen vorzugsweise besonaers ausgewählte Bindemittel als Zusatzstoffe verwendet, um die strukturelle Festigkeit der getrockneten und pyrolysierten Pellets zu erhöhen unci ihre wirksame Vererbeitung in den unteren Vergasungszonen de.? Scheicntof ens zu verbessern. Solche Bindemittel sind besonders erwünscht, wenn sie gleichzeitig eine Möglichkeit bieten, ohne Umweltverschmutzung unangenehme Abfallprodukte, wie entwässerten Klärschlamm (DSb = dewatered sewage sludge) of.ier Abwässer der Papierindustrie, wie ligninha.lt ige Schwarzlauge, oder Sulfitablauge zu beseitigen. Besonders entwässerter Klärschlamm und schwarze Ligninlauge haben sich als wirksam erwiesen. So wurae beispielsweise gefunden, daß bef lieaigencie Briketts erhalten werden bei Verwendung von 50 Teilen einer Pittsburgh Seam Kokskohle, >j Teilen Huftklassiertem festem Stadtmüll (MSW) der Stadt Baltimore und 3 Teilen Klärschlammfeststoffen von einer Abwasserkläranlage der Stadt New York. Es sei bemerkt, daß das Verhältnis von 50 : 3 repräsentativ für das Verhältnis ist, in welchem MSV/ und Klarschlanua-Feststoffe in einer amerikanischen Stadt anfallen. Andere befriedigende Bindemittel sind Abfallöl, Re_~tmelasse und Abfallströme der Stärkeherstellung. Bei der Verwendung von wäßrigen Bindemitteln bei der Herstellung der Beschickungsmischung wird überschüssiges Wasser während des Extrudier- oder Pelletisiervorgangs ausgepreßt, so daß die grünen oder Rohbriketts oder Pellets normalerweise etwas luftfeuchtigkeit, z.B. 10 bis 20 % Feuchtigkeitsgehalt beim Verlassen des Extruders oder der Presse aufweisen. Die Menge an Bindemittel kann 2 bis 6 % auf Trockenbasis betragen. Sie sollte ausreichen, daß das Brikett im nach unten strömenden Fließbett seinen strukturellen Zusammenhalt behält. Das Bindemittel ist besonders nötig beim Kontaktieren von Kohlestaub bei den höheren KoHe/Müll(MSW)-Verhältnissen. Alle Teile und Prozent-

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angaben beziehen sich im übrigen auf Gewicht, soweit nicht anders angegeben.

Das Trocknen der Rohbriketts erfordert eine erhebliche Verweilzeit im Schachtofen, je nach Größe und Gestalt des Briketts. So wurde in Versuchen gefunden, daß ein Brikett von 76 mm Durchmesser und 76 min Höhe eine Verweilzeit von 76 Minuten braucht, um von 21⁰C (70⁰F) auf 316°C (600°F) vorgeheizt und vollkommen getrocknet zu v/erden. Viel größere Briketts, die zwar vom Gesichtspunkt der Produktionskosten erwünscht wären, würden eine zusätzliche Verweilzeit und somit eine kostspielige größere Konverterhöhe für angemessenes Vorheizen und Trocknen benötigen. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, ein Brikett von solcher Gestalt zu verwenden, daß es kurze Diffusionswege für Gase und Dampf bietet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Brikett daher in Form von regelmäßigen hohlen Vielecken oder Hohlzylindern extrudiei't, die beispielsweise einen Außen~"Durchmesser" von 229 mm und einen Innendurchmesser von 76 mm haben. Ein solcher Hohlzylinder von 229 x 229 mm hat das 30-fache Volumen eines massiven 76 χ 76 mm-Zylinders, jedoch die gleiche Trocknungszeit, da die maximale Weglänge für den diffundierenden Dampf bei beiden Gestalten 38 mm beträgt. Zusätzlich bieten Hohlzylinder einen freien Durchgang £ür die aufsteigenden heißen Vergasungsund Pyrolyseprodukte. Andere Formen mit ausgedehnter Oberfläche, wie Berl-Sättel, wurden den gleichen Zweck erfüllen.

Die Hohlbriketts bieten ungewöhnliche Wärmeübertragungsvorteile. Alle Brikettypen können nicht nur mit Kokskohlen sondern auch mit Anthrazitkohlen, nicht kokenden bituminösen Kohlen, sub-bituminösen Kohlen und Ligniten (Braunkohlen) hergestellt werden.

Wie oben erwähnt, enthalten bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die neuartigen hergestellten Gegenstände die reichlich vorhandene, energiereiche, jedoch bisher nicht zu verarbeitende Kokskohle im Gemisch mit festem Stadtmüll

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(MSW) oder einer anderen Quelle für iellulosehaltige Abfälle, wie Waldabfälle oder Biomasse, vorzugsweise mit einem Bindemittel dafür.

Die neuen erfindungsgemäßen extrudierten Körper, Briketts oder Pellets sind besonders zusammengesetzt, geformt und hergestellt, um.die funktioneilen und Betriebsbedingungen als Beschickungsmaterial zu erfüllen, welche die Leistung des in der US-PS 4 052 173 beschriebenen neuartigen Vergasungsverfahrens verbessern. Diese neuartigen Briketts enthalten in einer bevorzugten Ausführungsform erstklassige bituminöse Kokskohle der östlichen USA (prime Eastern bituminous caking coal) als wesentlichen und vorzugsweise Hauptbestandteil, ein Bindemittel und einen luftklassierten festen Stadtmüll (MSW) oder äquivalentes Material, welches eine cellulosehaltige einschließende Matrix liefert, um ausgeschwitzte oder kondensierte Teere und Öle zu absorbieren und zurückzuhalten, bis diese zu nicht kondensierbaren gasförmigen Produkten gekrackt und hydroformiert sind. Das erhaltene gasförmige Produkt hat nur 5 bis 1O % des Volumens üblicher Verbrennungsprodukte von äquivalentem Energiegehalt, so daß es kostengünstig durch Waschen von möglicherweise luftverschmutzenden Bestandteilen befreit werden kann. Das gasförmige Produkt hat einen Heizwert von 2 937 bis 3 916 kcal/m³ (330 bis 440 BTU/SCF) und brennt mit der gleichen Flammentemperatur wie Erdgas. Das sind sehr brauchbare Heizwerte. Das Gasprodukt kann auf bekannte Weise in Gas von Pipeline-Qualität umgewandelt werden. Die Beimischung von 1 Teil Kohle pro Teil festem Stadtmüll (MSW) liefert ein Gas mit dem vier- bis fünffachen Energieäquivalent als das von MSW allein Erhältliche, wobei eine bisher als unbefriedigend angesehene Kohle, nämlich Kokskohle, verwendet wird. Das Verfahren verwandelt also ein Umweltverschmutzungsproblem in eine Energiequelle und verbessert die Verwendbarkeit der großen Reserven an Eastern Kokskohle.

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Wie oben erwähnt, kann dem Beschickungsmaterial Dolomit zugesetzt werden, um mit bestimmten möglichen, die Umwelt verunreinigenden Bestandteilen, die in der Kohle oder dem Müll enthalten sind, z.B. Schwefelverbindungen, zu reagieren und sie damit zu beseitigen. Die Dolomit-Menge hängt von der Schwefelmenge ab. Im allgemeinen wird der Dolomit in stöchiometrisch äquivalenter Menge zum Schwefelgehalt der Kohle eingesetzt. Der Dolomit kann entweder durch Beimischung im Brikett oder getrennt als ein Beschickungsmaterial eingesetzt werden.

Im Vergleich mit der Bedeutung der Beschickungsbereitung im Hochofenbetrieb ist der wirtschaftliche Erfolg durch die erfindungsgemäße Beschickungszubereitung, welche auf dem Kompaktieren (Verpressen), Extrudieren, Brikettieren oder Pelletisieren einer gut gemischten Mischung von gebrochener Kohle, besonders einer Kokskohle, und einem cellulosehaltigen orgemisehen Abfallmaterial in vorbestimmten Anteilen beruht, für die Kohlevergasung von gleicher sehr bedeucemier Größenordnung. Die neuartigen Briketts müssen so zusammengesetzt, gestaltet und hergestellt sein, daß sie bestimmten Bedingungen entsprechen, wie durch die Erfindung definiert. Besonders müssen die Briketts so gestaltet und zusammengesetzt sein, daß sie eine Anzahl von wesentlichen funktionellen Erfordernissen erfüllen. So müssen bei der Vervendung im Simplex-Verfahren die Rohbriketts ihre mechanische Festigkeit behalten und gleichzeitig in der Vorheiz- und Trocknungszone des Konverters eine wirksame Trocknung ermöglichen. Wie oben erwähnt, wurde gefunden, daß diese Bedingungen entweder durch Anwendung eines genügend hohen Preßdrucks ohne Bindemittel oder durch Zusatz eines billigen Bindemittels zur Mischung und Anwendung eines niedrigen Preßdrucks erfüllt werden können. Der Zerkleinerungsgrad des festen organischen Abfallmaterials hat auch einen unmittelbaren Einfluß auf die strukturelle Festigkeit des Briketts. Im allgemeinen ist die Festigkeit des grünen oder getrockneten Briketts umso größer» je feiner das Material zerkleinert wurde.

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In aer Praxis sollte das Verhältnis von Brikett-Durchmesser zur Teilchengröße dos zerkleinerten Stadtmülls 6 Dis ö betragen. So kann man ein 305 mm-Brikett mit Abf'allmaterial von 38 mm in der längeren Abmessimg herstellen, während 51 mm-Brikett s aus Abfallmaterial, das auf 6,4 nun Teilchengröße zerkleinert wurde, hergestellt werden sollten.

Das Brikett muß im Simplex-Verfahren auch eine angemessene strukturelle Unversehrtheit zeigen, nachdem es die Pyrolyseuna Verkokungszone durchlaufen hat, so daß das durchgehend verkokte Brikett durch das Gewicht der darüber befindlichen Beschickung nicht zerdrückt oder übermäßig zu Feinkorn abgerieben wird, während es zur Teilverbrennungszone absinkt. Es wurde gefunden, daß oie Festigkeit des verkokten Briketts von aer Menge der in der Mischung vorhandenen Kohle abhängt. Hohe Verhältnisse von Kohle zu festem organischem Abfall, z.B. MSV/, führen zu festeren verkokten Briketts als niedrige Verhältnisse, wie oben erwähnt, wurde £\ls praktische· Grenv-e gefunden, daß Kohle/Müll(MSW)—Verhältnisse? unter 1 :2 zu Briketts mit ungenügender Druckfestigkeit oae^r Abriebfestigkeit führen.

Andererseits wurde gefunden, daß Kokskohle?/Müll(MSv/)-Verhält-" nis'jti von übex· etwa 5 : 2 (oder in einigen Fällen 3 : 1 ) keinen ausreichenden Schutz gegen unerwünschte Agglomeration dor Charge bieten, wenn diese in die Pyrolyse- und Verkokungszonc gelangt. Der Kohlegehalt wirkt also wie ein ¹Iv er-ähnl iches Bindemittel, das dem verkokten Brikett die gewünschten Struktureigenschaf ten eines Petrolc.umkoks verleiht, der dem Abrieb einer nach unten sinkenden Hochofenbeschickung -vider.-steht. Das vorhandene rellulosehaltige Abfallmaterial wirkt als ein absorbierende»; "Löschblatf-Material, das die ausge-schwitzUn oder kondensierten Teere und üle aufnimmt und zurückhält, hi ζ sie bei den höheren Temperaturen der Pyrolyse- und Vtrkokutupzone pyrolysiert werden.

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Ein anderer unerwarteter Vorteil der erfinciungsgemäß formulierten neuen Briketts ist, daß sie einen reaktionsfähigeren festen Reaktionspartner liefern als der aus der gleichen Kohle gebildete Koks. So wurde durch Versuche gefunden (vgl. Beispiel 4)» daß ein verkoktes Brikett, das Kohle und Müll (MSW) im Verhältnis 1 : 1 enthielt, die 2,5-fache Reaktionsfähigkeit eines 100%igen Kohlebriketts aus dem gleichen Kohletyp. zeigte, wenn mit Dampf bei einer Temperatur von 1316°C (2400⁰F) umgesetzt wurde. Ähnlich wurde gefunden, daß ein verkoktes Simplex-Brikett der Zusammensetzung 3 : 2 (Kohle/ MSW) die 2,8-fache Reaktionsfähigkeit eines 100%igen Kohlebriketts der gleichen Kohle bei der Umsetzung mit Kohlendioxid bei einer Temperatur von 1482°C (2700⁰F) zeigte (Beispiel 5). Die Bedeutung dieser überraschenden und erfindungsgemäß benutzten Tatsache ist, daß ein einziger Simplex-Konverter von 12,2 m Durchmesser die gleiche Produktionskapazität wie 26 konventionelle Lurgi-Vergaser haben würde.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung anhand von praktischen Ausführungsformen. Teile und Prozente beziehen sich auf Gewicht, soweit nicht anders angegeben.

Beispiel 1

100 Teile einer Pittsburgh Seam Kokskohle, welche feuchtigkeitsfrei die folgenden Analysenwerte zeigte: flüchtige Stoffe. 38,6 %·, fixierter Kohlenstoff, 54,2 %; Asche 7,2 %, und die folgenden Elementaranalysenwerte: C: 76,4 %i H: 5,2 %', 0: 7,7%; N: 1,5% und S:2,0% werden gebrochen, so daß sie durch ein 4»7 mm (4-mesh)-Sieb gehen und zu 50 Teilen eines vom Bureau of Mines of College Park, Maryland, erhaltenen luftklassierten festen Stadtmülls gegeben. Die verschiedenen, typischerweise gewonnenen Fraktionen desselben sind im erzeugten Gewichtsverhältnis kombiniert und liefern die folgende Analyse: Aluminium 0,5 %} Leder und Kautschuk 1,3 %i Kunststoffe 7f5 %', Textilien (fabric) 4>6 %; Wellpappe 4,7 %; Papierprodukte 70»5 %; Hofmüll 6,7 %i Abfallfett und Schmutz 4.2 %.

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Dieser feste Stadtmüll wird auf kleiner als 6,35 mm zerkleinert und der gebrochenen Kohle in einemZementmischer beigemischt. L»rei Gewichtsteile eines Ligninderivats werden in Form einer von der Papierpulpindustrie stammenden Schwarzlauge mit 48,9 % Feststoffgehalt zugesetzt. Nach gründlxchem Mischen wird die Mischung zur Herstellung von zylindrischen Briketts mit 82,5 mm (3,25") Durchmesser χ 76,2 mm (3") Höhe unter Verwendung einer hydraulischen Presse und einer zylindrischen Form von 203,2 mm Höhe verwendet. Es wurde ein Kompaktierungsdruck von 176 kg/cm (2500 psi) und eine Preßzeit von 2 Minuten angewandt. Der Feuchtigkeitsgehalt der grünen oder Rohbriketts wird durch 24 Stunden Trocknen in einem Ofen bei 121⁰C bestimmt und beträgt demnach 15,2 %. Bei der Prüfungaif Druckfestigkeit verformt sich das Rohbrikett ohne Bruch unter einer axialen Druckbelastung von 6804 kg (10.000 lbs). Das getrocknete Brikett verformt sich bei dem gleichen unbegrenzten Belastungstest ebenfalls ohne Bruch zu einem Pfannenkuchen. Nach vollständiger Verkokung des Briketts in einem Stickstoffstrom bei einer Temperatur von 1093°C (2000°F) während 45 Minuten widersteht das verkokte Brikett einer Druckbelastung von 134 kg (295 lbs) oder 2,52 kg/cm (36 psi), bevor es in drei Stücke zerbricht.

Das Brikett wurde durch Umsetzung mit Sauerstoff und Dampf bei 1649°C (3000⁰F) vollständig vergast und hinterließ die Kohlenasche und die aus dem festen Müll stammenden nicht reagierenden Stoffe in Form einer geschmolzenen Schlacke.

Beispiel 2

Es wurde eine Pittsburgh Seam Kokskohle mit etwa den gleichen Analysenwerten wie die in Beispiel 1 und ein kommerziell verarbeiteter fester Stadtmüll, das Produkt Eco-Fuel 11 der Arthur D. Little, Inc., verwendet, um eine Anzahl von zylindrischen Briketts mit 31,8 mm Durchmesser χ 25,4 mm Höhe unter einem Druck von 126 kg/cm (I800 psi) aus gut gemischten Mischungen herzustellen, welche die folgenden Verhältnisse von gebrochener Kohle zu Eco-Fuel 11 aufwiesen: 100 : 0; 75 : 25; 66 : 33 und 50 : 50. Jeder Mischung wurde ein Stärkebindemittel in einer Menge von drei Gewichtsteilen auf Trockenbasis zugesetzt.

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Die grünen oder Rohbriketts jeder der obigen Zusammensetzungen wurden in Stapeln von jeweils drei Briketts Höhe zusammengestellt und in einen Ofen besonderer Bauart gebracht, der die Beobachtung der Briketts durch ein Schauglas ermöglichte, während diese einem Stickstoffstrom von 7O5°C (1300⁰F) ausgesetzt waren. Thermoelemente waren vorgesehen, um sowohl die Innentemperatur des Briketts als auch die Temperatur der Gasatmosphäre zu messen.

Sobald die Temperatur der Briketts den Bereich von 482 bis 649°C (900 bis 1200⁰F) erreichte, quoll der Stapel der 100%-Kohlebriketts sichtbar auf mehr als das Doppelte saines ursprünglichen Volumens. Seine ursprüngliche geometrische Form wurde durch plastischem Fluß vollkommen verformt, und drei getrennte Briketts verschmolzen zu einem einzigen mißgestalteten Klumpen. Dagegen behielten die drei Stapel der unter Beimischung von festem Müll (MSV/) hergestellten Briketts während der gleichen Behandlung ihre strukturelle Unversehrtheit, und der geringe Schwellungsgrad bedeutete einen VοIumen-Zuwachs von weniger als 10 %. Nach dem Abkühlen konnten die Stapel der Briketts mit der Gewichtszusammensetzung 50 : und 66 : 33 leicht ohne jedes Ankleben voneinander getrennt werden. Der Stapel der Briketts mit der Zusammensetzung 75 : konnte auch ohne weiteres getrennt werden, zeigte jedoch etwas Haftung an den Grenzflächen der Briketts.

Beispiel 3

Es wurde eine Pittsburgh Seam Kokskohle der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 und zerkleinerter luftklassierter fester Stadtmüll von der gleichen Quelle wie in Beispiel 1 verwendet, um Briketts in der Form eines Hockey Pucks von 50,8 mm (2") Durchmesser χ 25,4 mm (1") Höhe unter Verwendung einer hydraulischen Presse wie in Beispiel 1 herzustellen. Die hergestellten Mischungen entsprachen Kohle/Müll(MSW)-Mischungsverhältnissen von 1 : 3» 1 :2,1 : 1, 2 : 1 und 5:2. Ein ligninhaltiges Schwarzlaugen-Bindemittel äquivalent zu 3 % auf Trockenbasis wurde in jedem Fall zugesetzt.

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Die Briketts wurden in den Pr öl-ofen gestellt, ge trockne:· t und bis auf eine schließliche VerkokungsLUSipcruLur von i üi>3 C (200O⁰F) pyrolysiert. Lie Gesamterhitzungozoit betrug 60 Minuten. Die Strukturfestigkeit der Briketts wurde bestimmt durch ciie Druckfestigkeit bei einem I/rucktest ohne begrenzung auf einem Instron-Druckprufer. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in aer folgenden Tabelle angegeben:

Briket tzusammensetzung Druckfestigkeit

in 0,0703 kg/cm' Axiale- Richtung

Verhältnis Kohle/Müll (MSW') in O_tO7O3 kg/cm² (psi)

15	: 8
2i>	: 6
37	: 4

1 : 3 1 : 2

1 : 1

2 : 1 41 : 2 5:2 4ü : 7

lie is pie L 4

Ls wurden eine Pittsburgh Seam Kokskohle und zerkleinerter luftklassierter Stadtmüll (MSW) der gleichen Quelle und Zusammensetzung wie die im Beispiel 1 verwendet, und unter Zusatz von 3 % Klärschlamm-Feststoffen als Bindemittel wurden unter einem Lruck von 21 I kg/cm*" (3000 psi) Briketts in Form von Hockey Pucks von 50,8 mm (2") Durchmesser χ 25,4 mm (1") Höhe geformt. Die Briketts wurden mit Kohle/Müll(MSW)-Verhältnissen von 100 : 0, 66 : 33 und 50 : 50 hergestellt und in einem S tic lest off strom bei 1O93°C (2000°F) verkokt.

Die verkokten Briketts zeigten nach dem Abkühlen einen guten Strukturzusammenhalt. Sie wurden gewogen, wieder in den Ofen gebracht, in einem Stickstoffstrom auf 1316°C (2400°F) erhitzt und dann bei dieser Temperatur mit Dampf umgesetzt, indem man ein gleiches Volumen Dampf dem vorgeheizten Stickstoffstrom zusetzte. Die relativen Reaktionsgeschwindigkeiten der drei Brikettmischungen mit Dampf wurden aus dem Gewichtsverlust berechnet, den jedes Brikett nach 15 Minuten Behandlung in der

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100	: 0
66	: 33
50	: 50

gleichen Umgebung aufwies. Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Reaktionsgeschwindigkeiten paßten zu den durch gaschromatographische Analyse im Abgasstrom bestimmten Kohlenmonoxid- und Wasserstoffkonzentrationen.

Brikettzusammensetzung Relative Reaktions— Verhältnis Kohle/Müll(MSW) geschwindigkeit %, C/Minute

2,75 3,41 3,87

Beispiel 5

Vollständig verkokte Briketts der gleichen Abmessungen und Zusammensetzung wie die in Beispiel 4 wurden in einem speziellen Prüfofen, der mit einer elektrischen Lichtbogenheizung versehen war, in einem Stickstoffstrom auf eine Temperatur von 1482°C erhitzt. Ein gleiches Volumen von Kohlendioxid wurde dann als Nebenstrom eingeleitet, und die Energiex zufuhr wurde so geregelt, daß die gewünschte Reaktionstemperatur von 1482^OC erhalten bieb. Nach 12 Minuten Einwirkung dieses 50-50 N₂/C0p-Stroms wurden die Briketts in einem kalten Stickstoffstrom abgeschreckt. Die abgekühlten Briketts wurden aus demQFen entnommen, und es wurde ihr Gewichtsverlust bestimmt. Ausgedrückt als Prozentanteil des durch die Reaktion mit CO₂ verbrauchten Kohlenstoffgehalts waren die relativen Reaktionsgeschwindigkeiten wie folgt:

Brikettzusammensetzung Relative Reaktions-Verhältnis Kohle/Müll(MSW) geschwindigkeit %,

C/Minute

100	: ß	2,28
66	: 33	3,90-
50	: 50	4,21

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Beispiel 6

Es v/urden 50 Teile zerkleinerter luftklassiertcr Stadtmüll (MSviO ^üer gleichen ungefähren Zusammensatzung wie in Beispiel 1 , 50 Teile einer gebrochenen Pittsburgh Seam Kohle mit 4»6 % Schwefelgehalt, 3 Teile gekochtes Stärkebindemittel (Trockenbasis) und 7,2 Teile fein gebrochener Dolomit gut gemischt und die Mischung mit einem Druck von 211 kg/cm zu Briketts von 76,2 mm (3") Durchmesser χ 76,2 mm (3") Höhe geformt. Eine Charge von 200 solcher Briketts wurde in einem Versuchs-Schachtofen verarbeitet, indem man der Basis des Vergasers eine Mischung von Sauerstoff und Dampf zuführte, um in der Herdabteilung eine V erschlaclcungs temperatur aufrechtzuerhalten. Das Produktgas wurde auf schwefelhaltige Verunreinigungen analysiert. Bin ähnlicher Lauf wurde mit einer Brikettcharge ähnlicher Zusammensetzung, jedoch ohne die Beimischung von gebrochenem Dolomit, durchgeführt, und das erhaltene Produktgas wurde wiederum auf schwefelhaltige Verunreinigungen analysiert. Ein Vergleich der Ergebnisse zeigte, daß der Lauf mit dolomitbeladenen Briketts ein Produktgas erzeugte, das nur 21 ,2 % der schwefelhaltigen Verunreinigung im Vergleich mit dem Produktgas des Vergleichslaufs ohne Dolomitzusatz enthielt.

Beispiel 7

Es wurde ein zerkleinerter luftklassierter Stadtmüll (MSW) und gebrochene Pittsburgh Seam Kohle der im Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung mit einem Kohle/Müll-Verhältnis von 3 : 2 und 3 % eines Abfallölbindemittels (bezogen auf das trockene Gewicht der gesamten Mischung) eingesetzt, um unter einem Druck von 189 kg/cm (2700 psi) ein großes Brikett mit einer Höhe von 228,6 mm (9"), einem Außendurchmesser von 228,6 mm (9") und einem konzentrischen zylindrischen Loch mit einem Durchmesser von 76,2 mm (3") zu formen.

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Dieses Brikett wurde in einen Trockenofen gebracht, der mit einem schwachen 8tickstoffstrom gespült und bei einer Temperatur von 316⁰C gehalten wurde. Aus den gleichen Bestandteilen und mit den gleichen Konzentrationen wie dieses Hohlbrikett wurde ein massives zylindrisches Brikett von 76,2 mm Durchmesser χ 76,2 mm Höhe (3" χ 3") hergestellt und zur gleichen Zeit in den gleichen Ofen gegeben. Beide Briketts waren mit Chromel-Alumel-Thermoelementen versehen. Im 76,2 mm-Brike-tt war dieses Thermoelement längs der Achse in 3 8,1 mm Abstand von jeder Seitenflähe angeordnet. Im größeren Hohlbrikett, das etwa die 30-fache Menge des kleineren massiven Briketts enthielt, waren drei Thermoelemente in etwa 3 8,1 mm radialem Abstand von der Peripherie und in Winkelabständen von etwa 120° eingesetzt, die jeweils 50,8 mm (2"), 114»3 mm (4,5") und 177,8mm (7") von der Unterseite endeten. Eine Aufzeichnung der Zeit-Temperatur-Profile zeigte ausgeprägte. Trocknungsstufen, während der die Temperatur bei etwa 100⁰C (212°F) blieb. Die Länge der Trocknungsstufe des kleinen massiven Briketts betrug 46 Minuten, während die des größen höhten Briketts 49 Minuten betrug.

Beispiel 8

Es wurden zerkleinerter luftklassierter fester Stadtmüll und gebrochene Pittsburgh Seam Kokskohle von den gleichen Quellen und mit der gleichen Zusammensetzling wie im Beispiel 1 verwendet. Zylindrische Briketts von 57,1 mm (2,25") Durchmesser χ 50,8 mm (2¹¹) Höhe wurden unter Zusatz einer kleinen Menge Wasser und Anwendung eines Preßdrucks von 4Ο6Ο kg/cm (5800 psi) mit Kohle/Müll(MSW)-Verhältnissen von 1 : 1 , 2 : 1 und 3 : 1 hergestellt. Alle drei Brikettmischungen zeigten befriedigende strukturelle Unversehrtheit sowohl im "grünen·· Rohzustand (mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ca. 13 %) und nach Trocknen in einem Ofen bei 121⁰C (250⁰F) während 24 Stunden. Nach Verkoken in einem Stickstoffstrom bei 1O38°C (190O⁰F), zerbrachen die Briketts unter Drucklasten von 2,73, 1,96 und 1,40 kg/cm (39, 28 und 20 psi) in absteigender Folge des Kohlegehalts.

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Beispiel 9

EJs wurden 50 Teile einer Gestern Kohle aus Rosebud County, Montana, mit der folgenden ungefähren Analyse: Feuchtigkeit 20,6 %; flüchtige Bestandteile 30,6 %; fixierter Kohlenstoff 41,2 %', Asche 7,4 % und der folgenden Elementaranalyse (auf trockener Basis): Wasserstoff 4,5 %; Kohlenstoff 68,7 %', Sauerstoff 15,7 %', Stickstoff 0,9 %; Schwefel 0,9 A sowie 50 Teile grob gemahlener Holzpulpe und vier Teile Abfall-Kurbelgehäusoöl eingesetzt, um unter einem Druck von 224 kg/cm (3200 psi) massive Brikett!, von 82,5 mm Durchmesser unci 76,2 mm Höhe (3,25"x 3") zu formen. 180 der getrockneten Briketts wurden geviertelt, indem man sie in beiden Richtungen mit einer Bandsäge halbierte, und in einen Schachtofen von 3,05 m (lo¹) Höhe mit einem Querschnitt von 522,6 cm (81 sq. inches) gegeben. Die Säule der Briketts wurde von einem Lirconoxidgitter nahe der Basis des Ofens gehalten. Eine elektrische Lichtbogenfackol wurde benutzt, um die untere Schicht der BrLkettcharge in einem Stickstoffstrom auf 53ö C (1000 F) zu erhitzen. Dann wurden tier Basis aes Schachtofens getrennte Ströme von 50 % Sauerstoff in Stickstoff und Dampf zugeführt, und man lien die Temperatur in aer Teilverbrennungszone bei gelöschter Lichtbogenfackel auf 1593°C (290ü°F) ansteigen. Der Lauf wurde ÖS Minuten forgesetzt, und während dieser Zeit wurden 75 % der Chcirge verbraucht. Im Verlauf dieses Chargenlauf's wurde kein Anzeichen von /vgglomerierung (Zusammenbacken, Brückenbildung oder Kanalbildung) beobachtet. Eine etwa nach der halben Laufzeit des Versuche genommene Gasprobe zeigte die folgenden Amilysenwerte: CO: 42,5 %i H_?: 37,6 %; CO₂: 12 %; CII₄: 5,7 %; CH: 1,5 %; H₂S: 0,4 %.

Diese Analysenwerte sind ausgedrückt auf einer stickstoff— und feuchtigkeitsfreien Basis.

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Claims

PATENTANWALT

DR. HANG ULRICH MAY

D S MOMCHEN 2ü. THlfcKSCHiJRAöSE 27

TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN

TELEX B2 448V PATOP

TELEFON CORQ) 22 SO Sl

München, 1 .August 1978 Dr.M./m

Dynecology Incorporated in Harrison,New York 10528/USA

Brikett aus Kokskohle und festem organischem Müll und Verwendung desselben als Beschickung bei einem Verfahren zur

Heizgaserzeugung

Patentansprüche

1 . Brikett enthaltend eine gepreßte Mischung eines festen organischen Mülls (Biomasse), von Kokskohle und gegebenenfalls einem Bindemittel, wobei das Gewichtsverhältnis von Kokskohle zu Biomasse zwischen 0,5 und 3,0 zu 1 liegt.
2. Brikett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unter einem Druck von 70 bis 703 kg/cm² gepreßt wurde, das Biomassematerial aus der Gruppe fester Stadtmüll, landwirtschaftliche Abfälle, Lebensmittelabfälle, Papierabfalle, zerkleinertes Holz, Holzabfälle oder andere cellulosereiche Materialien und

das Bindemittel aus der Gruppe Wasser, Klärschlamm, ligninhaltige Ablaugen, Teerölkondensat, Rest melasse oder andere stärkehaltige Abfallmaterialien ausgewählt ist.
3. Brikett nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer genügenden Menge vorhanden ist, um den

Zusammenhalt des Briketts in der Trocknungs- und Pyrolysezone eines Vergasers zu erhalten.
4. Brikett nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Calciumverbindung, welche eine Base bilden

kann, in einer Menge im wesentlichen äquivalent zum Schwefelgehalt in den anderen Bestandteilen des Briketts enthält.

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ORIGINAL INSPECTED

^ 2H33731
5. Brikett nach einem der Anspruch?» 1 bir. 4, dadurch gekennzeichnet, üciß es die geometrische Foim ^ines gelochten

festen Körpers hat.
6. Verfahren zur Herstellung eines Heizgases mit hohem Wasserstoff- und Kohlenmonoxidgehalt aus einer Einsät/,mischung von kohleähnlichem Material und organischem festen Hull unter Verwendung von Briketts nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Beschickung einer senkrechten Reaktionszone, die πscheinender von oben nach unten eine Vorheiz- und Trocknungszone, dann eine Pyrolyse- und Verkokungszone, eine Hochtemperaturreakticns-

zone und eine Teilverbrennurigszone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man

a; die Briketts am Kepi der senkrechten keatctionssone einführt und die Mischung durch oie Verheiz- und Trocknungszone nach unten fließen laßt, wobei diesr Zone on ihrem oberen Lnde bei einer Temperatur ^on etwa 93° C bis etwa 260 C und an ihrem unteren Ende bei einer Temperatur von etwa 316° C bis etwa ■ iö2 U gehalten wird;

b) die vorgeheizten una getrockneten Briketts nach unten in die Pyrolyse- und Verkokungszone fließen läßt, wo die Mischung unmittelbar mit heißen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukten in Berilhrung gebracht wird, die aus eier Teilverbrennungszone durch die Hochtemperaturreaktionszone aufsteigen und dadurch die trockne Destillation der Kokskohle und die gleichzeitige Pyrolyse des festen organischen Mülls zu Koks und Teer enthaltenden kohlenstoffhaltigen Produkten bewirkt wird und die Temperatur der Pyrolyse— und Verkokungszone an ihrem oberen Ende bei etwa 316°C bis etwa 482° C und an ihrem unteren Ende bei etwa 871°Cbis 1093°C gehalten wird;

c) die kohlenstoffhaltigen Produkte aus der Pyrolyse- und Verkokungszone nacheinander durch die Hochtemperaturreaktionszone und die Teilverbrennungszone nach unten fließen läßt;

d) die Hochtemperaturreaktionszone bei einer Temperatur von etwa 1093° C bis etwa 1530° C hält;

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BAD ORIGINAL

283373]

e) m aie Teilverbrennungszone ein υ-cyüierendes Gas, das wenigstens etwa 75 Volumen—% Sauerstoff enthält, einleitet, v(r\ durch Teχ!verbrennung eines Teils der kohl en? tnff hai tiger)

Produkte Kohlenmonoxid und möglichst kleine Kengen an Kohlendioxid zu erzeugen, wobei die Gesamtmenge des in der r.c-nkr echten üe a k ti ons ζ one benutzten oxydierenden Gases in e:<? Teilverbrenrmngszone eingeleitet wird;

£') in die Te i !verbrennung sz one L-ampf einleitet, der mit einem restlichen Teil der kohlenstoffhaltigen Produkte unter Bildung von wasserstnff und Kohlenmonoxid reagiert;

g) die in die Teilverbrennungszone eingeleiteten Mengen an Dampf und oxydierendem Gas so regelt, daß die exotherme Reaktionswärme der Reaktion zwischen Sauerstoff und den kohlenstoffhaltigen Produkten die endotherme Reaktionswärme der Reaktion des Dampfs mit den kohlenstoffhaltigen Produkten ausgleicht und die Tei!verbrennungszone bei einer Temperatur von etwa 1533° C bis etwa 1760° C gehalten wird;

h) vom oberen Teil der senkrechten Reaktionszone Abgase abzieht, die Wasserstoff und Kohlenmonoxid in einem Verhältnis von nicht mehr als etv/a 1 enthalten und

i) vom "unteren Teil der senkrechten Reaktionszone geschmolzene Schlacke abzieht.
7. Verfahren nach Anspruch 6 unter Verwendung von Briketts nach Anspruch 2.

6. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine CaIciumverbindung, welche eine Base bildet, in die üeaktionszone in einer Menge im wesentlichen äquivalent zu dem in den Brikettbestandteilen enthaltenen Schwefel eingeführt wird.

SQ98Q8/0792

BAD ORDINAL