DE3151477C2

DE3151477C2 - Schachtvergaser zur kontinuierlichen Erzeugung von Brenngas aus organischem Material

Info

Publication number: DE3151477C2
Application number: DE19813151477
Authority: DE
Inventors: Manfred 2800 Bremen Henfling; Heinz 5172 Linnich-Tetz Mallek; Ernst-August Rose
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1985-10-10
Also published as: FR2519017A1; FR2519017B1; GB2115537B; DE3151477A1; GB2115537A

Abstract

Bei einem Schachtofen, der zur kontinuierlichen Erzeugung von Brenngas aus organischem Material dient, ist zur Stütze einer vom zu vergasenden Material gebildeten Schüttgutsäule im unteren Bereich des Schachtofens eine sich gegen die Schüttgutschicht konisch verjüngende Austrageinrichtung angeordnet, die gekühlt und drehbar gelagert ist. In der Schüttgutsäule wird das Material zunächst getrocknet und anschließend unter Zuführung von Vergasungsmitteln vergast. Dabei bildet sich oberhalb eines zwischen der Austrag einrichtung und der Schachtwand ausgebildeten Austragspaltes zum Austrag des vergasten Gutes ein Glutbett aus, in dem die teerigen und öligen Bestandteile des im Schachtofen aus dem organischen Material gebildeten Schwelgases zu flüchtigen Verbindungen gekräckt werden. Zur Erzielung einer hohen Gasqualität mündet zur Zufuhr von Vergasungsmittel am Konuskopf (19) der Austrageinrichtung (3) in die Schüttgutschicht eine Primärzuführung (12) und im Bereich des Austragsspaltes (5) eine Sekundärzuführung (14), wobei die über die Primärzuführung und die Sekundärzuführung zugeführten Vergasungsmittelmengen unabhängig voneinander regelbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schachtvergaser zur kontinuierlichen Erzeugung von Brenngas aus organischem Material nach der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art

Die Erzeugung von Brenngas aus Holz, Kohlen oder Koks ist bekannt. Das Brenngas wird durch unvollständige Verbrennung des Gutes in einem Schachtvergaser erzeugt, in den als Vergasungsmittel Luft, Sauerstoff und/oder Wasserdampf eingeleite« wird. Als brennbare Gasanteile weist das entstehende Brenngas im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie einen geringen Anteil Methan auf. Der Gaserzeugungsprozeß verläuft endotherm. Es wird angestrebt, die Generatorgasbildung bei möglichst hohen Temperaturen durchzuführen, um hohe Kohlenmonoxid- und Wasserstoffanteile zu erhalten.

Bei kontinuierlichem Materialaustrag aus dem Schachtvergaser ist es bekannt, das Vergasungsmittel von unten in den Schachtvergaser einzuführen und das gebildete Brenngas am Schachtkopf zu entnehmen. Bei dieser Verfahrensv/eise enthält das Brenngas erhebliche Teeranteile.

Bei umgekehrter Strömungsführung, also dann, wenn das Vergasungsmittel das vom zu vergasenden Material gebildete Schüttgutbett in Richtung des Materialtransports durchströmt und das Brenngas nach unten aus dem Schachtvergaser abgezogen wird, vergleiche beispielsweise DE-PS 6 12 247 und DE-OS 31 12 975, werden bei der Vergasung des Materials entstehende teerige und ölige Bestandteile beim Durchtritt des Schwelgases durch das im Schachtvergaser gebildete Glutbett weitgehend zu flüchtigen Verbindungen gecrackt. Das Aufbrechen hochmolekularer Verbindungen ist temperaturabhängig. Je höher die Temperatur der von den entstandenen Gasen zu durchdringenden Glutbettzonen ist, um so höherwertig ist der Brennwert der dem Schachtvergaser entnehmbaren Brenngase. Es konnte festgestellt werden, daß die Qualität von in einem Schachtvergaser erzeugtem Brenngas zunimmt je gleichmäßiger das Temperaturprofil innerhalb des Schüttgutbettes ausgebildet ist Dies läßt sich durch Zugabe von Vergasungsmitteln unmittelbar ir. das Glutbett erreichen. Bei Gegenstroin-Schachtvergasern ist es aus DE-PS 9 68 532 und DD-PS 27 661 bekannt das Vergasungsmittel als Primär- und Sekundärgasstrom in das Schüttgutbett einzuleiten, wobei die einströmende Vergasungsmittelmenge getrennt steuerbar ist Nachteilig ist jedoch, daß insbesondere der Sekundärgasstrom, der in das Glutbett eingegeben wird, nicht ausreichend temperiert ist und in seinem Eintrittsbereich Kaltzonen im Glutbett erzeugt

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schachtvergaser der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein vom Primär-Vergasungsmittelstrom getrennt steuerbarer Sekundär-Vergasungsmittelstrom im Wärmeaustausch mit den abströmenden heißen Brenngasen vorgewärmt wird.

Diese Aufgabe wird beim vorgenannten Schachtvergaser gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch angegebene Ausbildung gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert das in der Zeichnung schematisch wiedergegeben ist

In der Zeichnung ist ein Schachtvergaser 1 dargestellt dem zu vergasendes organisches Material, insbesondere organische Abfälle zuführbar sind. Im Inneren des Schachtvergasers wird vom eingebrachten Material ein Schüttgutbett 2 gebildet. Im Schachtvergaser bewegt sich das Material unter Einwirkung der Schwerkraft von oben nach unten. Es wird im oberen, in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Bereich im Schachtvergaser erwärmt, getrocknet und bis auf ca. 200⁰C erhitzt

In dem Schachtvergaser 1 befindet sich unten eine drehbare Austragvorrichtung 3, die das Schüttgutbett 2 abstützt Die Austragvorrichtung 3 ist zentral im Schacht angeordnet und verjüngt sich gegen die Durchlaufrichtung des Schüttgutes konisch zum Schüttgutbett 2 hin. Am Fuße 4 der konischen Austragvorrichtung befindet sich ein Austragspalt 5 als Ringspalt zwischen Rand des Fußes 4 und Schachtwand 6. Durch den Austragspalt 5 hindurch fällt das entgaste Gut in einen Ascheaustragraum 7 auf ein Aschebett 8 und wird dort mit Schaufeln 9, die an der Unterseite der Austragvorrichtung 3 befestigt sind und bis zum Boden des Aschebettes 8 reichen, beim Drehen der Austragvorrichtung zwangsweise zur Ascherutsche 10 geschoben. Die Ascherutsche mündet in einen in der Zeichnung nicht dargestellten, für die Zwischenlagerung der Asche geeigneten Aschekasten.

Am Ascheaustragraum 7 ist auch eine Ableitung 11 für das im Schachtofen gebildete Brenngas angeschlossen. Die im Schüttgutbett 2 gebildeten Gase strömen im Schachtvergaser in Durchlaufrichtung des Materials von oben nach unten und werden nach Umsetzung als Brenngase über die Ableitung 11 und gegebenenfalls einen Zwischenspeicher zu einer Brennkammer geführt. Zwischenspeicher und Brennkammer sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Zentral durch die Austragvorrichtung 3 ist eine Primärzuführung 12 für einen Primärstrom des Vergasungsmittels geführt. Der Primärstrom ist in der Zeichnung durch Strömungspfeile mit gestricheltem Linienzug angedeutet Er strömt am Auslaß 12' am Kopf der Austragvorrichtung 3 in den Schachtvergaser 1 oberhalb einer im Schüttgutbett 2 gebildeten Vergasungszo-

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ne 13 ein. In der Vergasungszone wird unter Zufuhr von Austragsspalt 5 ausgeti «igen werden.
Vergasungsmittel ein Teil des in der Vorwärmzone im Die maximale Temperatur im Glutbett 16 ist vorzugs-Schachtvergaser entstehenden Schwelgases verbrannt weise auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwi- und die Temperatur im Schüttgutbett 2 erhöht Bei einer sehen 900 bis 1000⁰C eingestellt Ein in die Schüttgut-Temperatur im Bereich zwischen 400⁰C und 1000°C 5 schicht eingeführter Temperaturfühler 18 mißt eine Rewird das organische Abfallmaterial vergast, ferenztemperatur im Schachtvergaser oberhalb des

Unterhalb der Vergasungszone 13 wird über eine Se- Glutbettes 16, die sich analog mit der Reaktionstempe-

kundärzuführung 14 ein Sekundärgasstrom des Verga- ratur im Glutbett verändert Der Temperaturfühler 18

sungsmittels, der in der Zeichnung durch Strömungs- steht im Ausführungsbeispiel in Wirkve.-bindung mit

pfeile mit durchgezogenen Linien angedeutet ist, in den io dem Durchflußregler 15 der Sekundärzuführung 14 für

Schachtvergascr eingeführt Im Ausführungsbeispiel das Vergasungsmittel.

strömt das Sekundär-Vergasungsmittel über Auslaß 14' Der Durchfluß des Vergasungsmittels in der Sekunam Fuße 4 der konischen Austrageinrichtung 3 Ln das därzuführung 14 läßt sich aber auch in anderer Weise Schüttgutbett ein. Der Sekundärgasstrom wird 25 bis regulieren, beispielsweise durch Änderung des Saug-30 cm oberhalb des Austragspaltes 5 in das Schüttgut- 15 druckes in der Ableitung 11 oder in Kombination mit bett eingeleitet Die in der Sekundärzuführung 14 über Durchflußregler 15 und Einstellung des Unterdrucks im eine Zuleitung 14" strömende Vergasungsmittelmenge Ascheaustragraum 7. Wird die gewünschte Temperatur ist über einen Durchflußregler 15 unabhängig vom Pri- im Glutbett überschritten, wird die Zufuhr von Vergamärgasstrom des Vergasungsmittels einstellbar. Der sungsmittel gedrosselt, bei Temperaturabfall wird der Primärstrom wird vom Durchflußregler 15a geregelt 20 Zufluß von Luft oder Sauerstoff gesteigert Die Tempe- und strömt über eine Zuleitung 12" zur Primärzufüh- ratur im Glutbett 16 läßt sich auch durch die Zusamrung 12. Die zuzuführende Sekundär-Vergasungsmittel- mensetzung des Vergasungsmittels regulieren. Mit domenge wird über die sich im Glutbett 16 oberhalb des sierter Zugabe von Luft, Sauerstoff, Wasserdampf oder Austragspaltes 5 einstellende Temperatur gesteuert Kohlendioxid ist eine sichere und infolge der unmittel-Die Vergasungsmittelmenge ist so eingestellt, daß die 25 baren Zufuhr Ues Vergasungsmittels in die Schüttgut-Glutbettemperatur für das Cracken der teer- und öligen schicht oberhalb des Glutbettes 16 auch eine rasch rea-Bestandteile des im Schüttgutbett 2 gebildeten Gases gierende Steuerung des Vergasungsprozesses erreichausreichend ist bar.

Bei der Erzeugung von Brenngas strömen die beim Die Sekundärzuführung 14 des Schachtvergasers 1

Trocknen und Entgasen des Materials im Schüttgutbett 30 mündet in am Fuße 4 der konischen Austrageinrichtung

im Schachtvergaser gebildeten Gase zunächst durch die angeordnete Vergasungsmittelleitungen, deren Vertei-

Vergasungszone 13. Diese Zone, deren Umfang in der lerkanal 19 als Auslaß 14' für das Vergasungsmittel die-

Zeichnung schematisiert dargestellt ist, weist ein Tem- se über den Fußumfang verteilt und dazu schlitzförmige

peraturgefälle von innen nach außen auf: An der Ein- öffnungen zur Einführung des Vergasungsmittels in das

trittssteile des Primärstromes des Vergasungsmittels am 35 Glutbett 16 aufweist In den Vergasungsmittelleitungen

Konuskopf 17 der Austragvorrichtung 3 wird das Mate- 20 wird der Sekundärstrom des Vergasungsmittel aus

rial bis auf etwa 1000⁰C erhitzt im Wandbereich des der Sekundärzuführung 14 heraus am Boden 21 der

Schachtvergasers werden je nach Größe des Schacht- Austrageinrichtung 3 entlanggeführt Der Boden 21 bil-

querschnittes Temperaturen im Bereich zwischen 600 det einen Wandbereich der Vergasungsmittelleitungen

und 700⁰C erreicht Nur der Teil des im Schüttgutbett 40 20, der als Wärmeleitwand für einen Wärmeaustausch

gebildeten Gases, der die Glutzone im 900 bis 1000° C- zwischen dem im Ascheaustragraum 7 strömenden hei-

Temperaturbereich durchströmt wird weitgehend ge- ßen Brenngas und dem Sekundär-Vergasungsmittel

crackt. Der übrige Anteil der Gase bleibt zunächst un- dient Dieses Vergasungsmittel wird dadurch in den

vollständig aufgeschlossen. Erst im Glutbett 16, durch Vergasungsmittelleitungen 20 vor Eintritt in die Schütt-

das das gesamte Gas vor Austritt durch den Austrag- 45 gutschicht im Gegenstrom zum Brenngas von diesem

spalt 5 geleitet wird, werden die hochmolekukren Be- vorgewärmt Die Vergasungsmittelleitungen 20 sind

standteile auch dieses Gasanteils aufgebrochen. Das zweckmäßig aus rechteckig geformten Kanälen glei-

Einleiten des Sekundärstroms in das Schüttgutbett und chen Querschnitts ausgebildet die von der Mündung

die damit verbundene Ausbildung des Glutbettes 16, der Sekundärzuführung 14 bis zum Rande des Fußes 4

dessen Umfang in der Zeichnung in gleicher Weise wie 50 der Austrageinrichtung 3 verlaufen,

der Umfang der Vergasungszone 13 schematisiertange- Das die Austragvorrichtung 3 durchströmende Pri-

geben ist, führt somit zu einer hohen Brenngasqualität märvergasungsmittel wirkt als Kühlmittel und verhin-

des aus dem Schachtvergaser abgezogenen Brenngases. dert eine Überhitzung des Konus der Austragvorrich-

Neben einer hohen Brenngasqualität wird durch das tung. Zugleich wärmt sich das Primärvergasungsmittel

Einleiten des vom Primärstrom unabhängig steuerbaren 55 vor Eintritt in die Schüttgutschicht auf. Eine Abdeckung

Sekundärstroms zur Ausbildung des Glutbettes 16 zu- 22 am Konuskopf 17 verhindert das Eindringen von

gleich eine Homogenisierung des zu verarbeitenden Schüttgut in die Primärzuführung. Austragvorrichtung

Materials erreicht. Dies wird erleichtert durch die Ein- 3, Primärzuführung 12 sowie Sekundärzuführung 14 bil-

stellung der Spaltweite des Austragspaltes 5. die in Ab- den im Ausführungsbeispiel gemeinsam eine um eine

hängigkeit von sich im unteren Bereich des Schüttgut- 60 Achse 23 drehbare Einheit Motor und Getriebe für den

bettes 2 im Glutbett 16 ausbildender Stückigkeit des Antrieb dieser Einheit sind in der Zeichnung nicht dar-

Gutes sowie vom erforderlichen Gutdurchsatz be- gestellt Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Drehung

stimmt ist. Zur Vergasung von Feingut, beispielsweise der Einheit schrittweise.

von Reisschalen, ist eine Spaltweite zwischen Rand des Der Vergasungsprozeß läßt sich durch Steuerung der

Fußes 4 und Schachtwand 6 von etwa 3 bis 5 mm zweck- 65 Zufuhr von Primär- und Sekundär-Vergasungsmittel

mäßig. Im Glutbett 16 wird vom Schüttgut eine siebartig und Regulierung des Gutaustrags optimal einstellen,

wirkende Struktur gebildet so daß nur genügend kleine Die im Schüttgutbett entstehenden Gase reagieren mit

Materialteilchen, die weitgehend entgast sind, durch den dem Vergasungsmittel und bilden durch Einführung des

Sekundärgasstroms unmittelbar oberhalb des Austragsspaltes ein Glutbett, das die Schwelgase und die übrigen Gaskomponenten zwangsweise passieren müssen. Die hochmolekularen Anteile der Gase werden dabei gecrackt Durch Aufteilung der Vergasungsmittelzufuhr in einen Primär- und Sekundärgasstrom läßt sich der Umfang des Reaktionsvolumens im Schüttgutbett und damit die zu produzierende Brenngasmenge aussteuern. Die maximal zuzuführende Primär-Vergasungsmittelmenge wird von der gewünschten Kapazität des Schachtvergasers bestimmt. Die Menge des Sekundärgasstromes wird in Abhängigkeit von der zur Aufspaltung der Gasanteile erforderlichen Temperatur im Glutbett 16 gesteuert Bei niedrigem Brenngasbedarf genügt die Zufuhr von Sekundär-Vergasungsmittel. Das Reaktionsvolumen im Schachtvergaser wird dann allein auf das Glutbett unmittelbar oberhalb des Austragsspaltes reduziert Der Regelbereich für die zu erzeugende Brenngasmenge liegt etwa bei 5 :1 bei gleichbleibender Brenngasqualität

Für verschiedene Materialien werden Konusform und Spaltweite der Austragvorrichtung sowie die Reaktionszone angepaßt In ein und demselben Schachtvergaser lassen sich — bevorzugt durch einfaches Auswechseln der Austragvorrichtung — Materialien verschiedenster Struktur und unterschiedlichsten Vergasungsverhaltens zur Erzeugung von Brenngas eingeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schachtvergaser zur kontinuierlichen Erzeugung von Brenngas aus organischem Material, insbesondere Abfällen, mit am Schachtkopf angeordneter Materialaufgabe zu einem vom zu vergasenden Material gebildeten Schüttgutbett, das von einer am Ascheaustrag zentral im Schacht angeordneten, sich gegen das Schüttgutbett konisch verjüngenden Austragvorrichtung gestützt wird, die drehbar gelagert ist und durch die Vergasungsmittel zu einem als Primärzuführung dienendem Auslaß am Kopf der Austragvorrichtung und zu einem als Sekundärzuführung dienenden Auslaß im Bereich des Austragsspaltes strömt, wobei unterhalb der Austragvorrichtung eine Ableitung für das erzeugte Brenngas angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Primärzuführung (12) und die Sekundärzuführung (14) getrennte, steuerbare Zuleitungen (12", 14") für das Vergasungsmittel vorgesehen sind, wobei für die Sekundärzuführung (14) auf der Unterseite der Austragvorrichtung (3) radial verlaufende, im Wärmeaustausch mit dem abströmenden Brenngas stehende Vergasungsmittelleitungen (25) angeordnet sind.