DE3207203A1

DE3207203A1 - Verfahren und vorrichtung zur vergasung von hausmuell und aehnlichen abfaellen

Info

Publication number: DE3207203A1
Application number: DE19823207203
Authority: DE
Inventors: Artur Richard 6000 Frankfurt Greul
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-27
Filing date: 1982-02-27
Publication date: 1983-09-08

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver-
gasung von Hausmüll und ähnlichen Abfällen, wie hausmüllähnlichen Abfällen, Biomassen, wie z.B. Getreidestroh, Zuckerrohr oder Bagasse, Papier- und Pappabfälle, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bisher ist kein Verfahren bekannt, um die oben genannten Stoffe wirtschaftlich und umweltfreundlich zu verwerten.
Die bisher bekannten Müllverbrennungsanlagen weisen beispielsweise die Nachteile auf, daß sie hohe Investitions-und Betriebskosten erfordern, reparaturanfällig sind und eine hohe Schadstoffemission aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die oben genannten Abfallstoffe durch Vergasung wirtschaftlich und umweltfreundlich verwertet werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem die auf mindestens 50 mm Weilchengröße zerkleinerten Abfälle in verdichteter Ir'orm in eine Eisenschmelze eingedrückt werden, deren Temperatur in einem wassergekühlten Kupolofen auf ca. 1500 bis 16000C gehalten wird, wobei der Kupolofen mit einer leichten basischen Auskleidung versehen wird, und als Oxidationsmittel Luft, Sauerstoff oder Luft-Sauerstoff-Gemische zudosiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens geschaffen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren entsteht ein Gasgemisch aus CO und H2, das auch als Synthesegas bezeichnet wird, wodurch die oben genannten Abfälle einer totalen Verwertung zugeführt werden können. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die Abfälle zunächst auf eine Teilchengröße von etwa 50 mm oder kleiner vorzerkleinert werden, worauf sie dann durch eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Presse in einem Rohr verdichtet werden.
Durch das Verdichtungsrohr können die Abfallstoffe dann kontinuierlich oder diskontinuierlich unterhalb der Oberfläche einer Eisenschmelze in die Schmelze eingedrückt werden. Die Einführung des Preßstranges unter die Oberfläche der Schmelze kann in verschiedener Weise geschehen, wofür in denHerdboden oder die Herdwandung des für das erfindungsgemäße Verfahren benutzten Kupolofens eine entsprechende Einführöffnung vorgesehen werden muß. Der eingeführte Preßstrang löst sich nach Erreichen der Schmelze sofort schmelzend bzw. vergasend auf.
Als Oxidationsmittel wird durch mehrere Düsen unterhalb der Oberfläche der Schmelze dosiert Luft, Sauerstoff oder ein Luft-Sauerstoff-Gemisch eingeblasen. Falls das erzeugte Synthesegas stickstofffrei sein soll, wird vorzugsweise reiner Sauerstoff verwendet. Die Temperatur der Schmelze sollte auf ca. 1500 bis 1600°C gehalten werden.
Zur Aufnahme der Schmelze kann vorteilhaft ein wassergekühlter Kupolofen verwendet werden, welcher beim Anfahren mit einer leichten, basischen Auskleidung versehen ist, welche im Laufe des Betriebs unter Einfluß der Wasserkühlung durch eine Eisen-Schlackenkruste ersetzt wird. Die Schmelze kann auf diese Weise lange betrieben werden und ist nicht sehr reparaturanfällig. Das anfallende aufgeheizte Kühlwasser kann zur Beheizung von Räumlichkeiten oder aber als vorgewärmtes Speisewasser Verwendung finden.
Ein wassergekühlter Kupolofen ist z.B. in der DE-PS 1 095 471 beschrieben.
Der Kupolofen hat sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders geeignet erwiesen, da bei der Vergasung der Abfälle die Eisenschmelze unter Schaumbildung der Schlacke in starke Wallungen versetzt wird, was infolge des hohen Schachts des Kupolofens keinerlei Nachteile mit sich bringt. Der Abzug der entstehenden Gase, welche meist sehr staubhaltig sind, ist einfach. Nach ihrer Entstaubung können die Gase einem Rekuperator zugeführt werden, um ihren Wärmegehalt abzugeben, beispielsweise an das benötigte Oxidationsmittel. Die entstehende Schlacke, welche bei der Müllvergasung sehr umfangreich sein kann, wird kontinuierlich oder diskontinuierlich über eine Abstichöffnung abgezogen und einer wirtschaftlichen Verwertung, beispielsweise im Straßenbau, zugeführt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Aufbau des Herdes bzw. der Wanne gegenüber dem üblichen Kupolofen dadurch zu verändern, daß der gesamte Herd wassergekühlt wird. Durch die Wasserkühlung hinter dem Eisenmantel bildet sich eine Eisenkruste, deren Dicke durch die Intensität der Wasserkuhlung bestimmt wird.
Die Wanne kann auch aus einem hochfeuerfesten Material, wie aus einem keramischen Material bestehen. Bei diesem keramischen Material kann es sich z.B. um Aluminiumoxid handeln, was bis ca. 18000C standfest ist. Man kann diese Wanne aus einem Stück, aus produktionstechnischen Gründen aber auch aus Segment- oder Formteilen, bzw. aus Einzelsteinen fertigen oder zustellen. Zwischen dem auch hier benötigten äußeren Eisenmantel und der inneren, die Schmelze aufnehmenden, hochfeuerfesten Wanne ist in jedem Fall eine Hinterfütterung mit hochfeuerfestem Isoliermaterial notwendig.
Eine weitere Wasserkühlung des Eisenmantels könnte sich z.B.
aus Sicherheitsgründen ergeben.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Kupolöfen ist es gegenüber den bekannten Kupolöfenformen erforderlich, die Düsen zum Einblasen des Oxidationsmittels tiefer zu setzen. Die Düsen sind vorteilhaft in der unteren Hälfte der Schmelzwanne, unter der Oberfläche der Schmelze angebracht. Ihre Strahlrichtung sollte immer zur Eintrittsöffnung des Vergasungsgutes im Wannenboden gerichtet sein, so daß ein größtmöglicher Kontakt zwischen Vergasungsgut und Oxidationsmittel erzielt wird.
Das Anfahren des Ofens erfolgt wie bei einem Kaltwindkupolofen, wobei als Oxidationsmittel aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise Luft verwendet wird. Wenn die Düsen durch die Schmelze bedeckt werden, kann langsam über ein Luftsauerstoffgemisch auf Reinsauerstoff umgeschaltet werden, wobei durch Nachrutschen von Koks und Eisenschrott sich schmelzend das Eisenbad mit flüssiger Schlackenschicht bildet.
Der Horizontalschnitt des Kupolofens, insbesondere seiner Wanne, kann kreisförmig sein, er kann aber auch die Form einer Ellipse, eines Ovals, eines länglichen Ovals oder eines Rechtecks haben. Die letztgenannten Formen haben den Vorteil, daß die Schmelze in eine Vergasungszone und eine Beruhigungszone geteilt wird, wobei die Abstichöffnungen vorzugsweise in der Beruhigungszone angebracht werden können. Das Rohr für die Eingabe des Vergasungsgutes wird in diesem Fall vorteilhaft zentral in einer der Hälften des Ovals angebracht.
Bei der Vergasung von Müll und Abfällen muß beachtet werden, daß diese eine heterogene Zusammensetzung der verschiedensten Stoffe sein können, welche unter anderem auch Metalle, wie Kupfer und Zinn, enthalten kann, welche in die Schmelze gehen. Da der Müll aber auch Eisen enthält, wird sich die Schmelze mehren. Es muß aus diesem Grunde eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Abstichsmöglichkeit für Eisen vorhanden sein. Es wird vorteilhaft sein, dem Müll gewisse Mengen von zerkleinertem Eisenschrott zuzusetzen, um eine zu starke Verdünnung durch Kupfer und Zinn zu vermeiden, damit das Überschußeisen einen wirtschaftlichen Wert behält. Müll hat einen mittleren Anteil von ca. 28 %0 fixem Kohlenstoff, was aber auch wieder von Fall zu Fall starken Schwankungen unterworfen sein kann. Zur Verhinderung der Bildung zu großer C02-Mengen im Gasgemisch, welche z.B.
bei zu großem Feuchtigkeitsgehalt im Vergasungsgut entstehen, können dem Vergasungsgut Kohlenstoff, wie Kohle, oder kohlenstoffhaltige Medien; wie Biomasse (Holz, Stroh etc.) zugemischt werden. Bei Zugabe von Biomassen oder bei der Vergasung von Biomassen mit zu hohem Wassergehalt kann es vorteilhaft sein, diese einer Trocknung oder Teiltrocknung zu unterwerfen. Bei zu geringem Wassergehalt ist ein Wasserzusatz zur Temperatursteuerung in der Schmelze zweckmäßig.
Bei der Vergasung von Biomassen oder anderen Kohlenstoffträgern ist von Standort zu Standort zu prüfen, ob eine Zugabe von Eisenerzen oder Eisenschrott eine Roheisenerzeugung ermöglicht, welche die Errichtung eines sogenannten Ministahlwerkes zum Ziele haben könnte.
Bei der Vergasung von Müll sei noch darauf hingewiesen, daß dieser bleihaltig ist. Blei sammelt sich am tiefsten Punkt der Schmelze, da es keine Verbindung zu Eisen eingeht. Es kann also vorteilhaft in der sogenannten Ruhe zone der Wanne ein Blei snack geschaffen werden, aus welchem diskontinuierlich das sehr dünnflüssige Blei abgezogen werden kann. Hierbei ist höchste Vorsicht geboten, da die entstehenden Bleidämpfe hochgiftig sind.
Bei der Vergasung all dieser Stoffe muß beachtet werden, daß Zuschlagsstoffe notwendig sein können, die aber vom Fachmann vor Ort, nach Prüfurgseines Vergasungsgutes, bestimmt werden müssen. Sie sind dem Eisenverarbeiter bekannt, so daß sie nicht beschrieben werden müssen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß Kupolofen-Anlagen in den meisten Fällen aus zwei Öfen bestehen, während Entstauber und Rekuperator etc. für beide Öfen gemeinsam benutzt werden, da der Betrieb wechselseitig abläuft. Ein Ofen befindet sich immer in Mbrbereitung und wird für eine neue Schmelze hergerichtet. Dies wäre auch für die Vergasung von großem Nutzen, da so große Ausfall- und Standzeiten der Anlage verhindert werden.
Das entstehende Synthesegas CO (C02) und H2 kann mannigfaltig verwertet werden, wobei aber die Methanolerzeugung Vorteile böte, da hier die freiwerdende Energie noch einen zusätzlichen Nutzen erbrächte. Überraschenderweise ist das entstehende Synthesegas weitgehend schadstofffrei. Ein weiterer erwähnenswerter Einsatzpunkt wäre die Direktreduktion zur Erzeugung von Eisenschwamm.
Die Zeichnungen erläutern das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei gleiche Teile jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Es zeigt: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten modifizierten Kupolofen, Fig. 2 und 3 einen Schnitt durch die Wandung der Wanne des Kupolofens in zwei verschiedenen Ausführungen, Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die Wanne bei ovaler Wannenform und Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch die Wanne bei rechteckiger Wannenform.
Der konisch verlaufende, aus Stahlblech bestehende Schachtmantel 1 des modifizierten Kupolofens 2 bildet mit einem ihn mit Abstand umgebenden Stahlblechmantel 3 einen sich nach oben verjüngenden Ringraum 4, der oben z.B. durch eine dichtschließende Klappe (nicht dargestellt), welche nach Abschluß der Anfahrphase und mit Beginn der Vergasung geschlossen wird. Die anfallenden Synthesegase werden über Abgang 5 dem Entstauber und Rekuperator (nicht dargestellt) zugeführt.
Der Schachtmantel 1 geht mit dem Ringraum 4, in welchem sich das Kühlmittel Wasser befindet, fließend in die Schmelzwanne 6 über, wobei auch der Konsolenraum 7 unter der Schmelzwanne 6 wassergekühlt ist. Die Wanne 6 und gegebenenfalls der gesamte Kupolofen 2 haben einen länglich ovalen Querschnitt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Wasserkühlung kann ein Kreislauf sein, wobei der Zufluß bei Rohranschluß 8 im Konsolenraum 7 und der Abfluß bei Anschluß 9 im Oberteil des Ringraumes 4 angebracht ist.
Die Konsolen 10 sollten mit Bohrungen 11 versehen sein, um einen gleichmäßigen Wasserdurchfluß zu gewährleisten.
Bei der einfachen Ausführung der Wannen nur mit Wasserkühlung 12 bildet sich eine Eisenkruste 13. Bei der Verwendung einer Wanne aus hochfeuerfestem Material, wie Aluminiumoxid 14,ist zusätzlich eine hochfeuerfeste isolierende Hinterfütterung 15 notwendig, wobei der Eisenmantel zusätzlich durch eine Waserkühlung 16 gesichert werden sollte. Das zu vergasende Material wird über eine nicht dargestellte Verdichterpresse durch ein Rohr 17 in den unteren Bodenraum der Wanne in die 1500 bis 16O00C heiße Eisenschmelze 18 eingedrückt, wobei es sich sofort schmelzend und vergasend auflöst. Als Oxidationsmittel wird über Düsen 19 Sauerstoff zugegeben. Die Strahlrichtung der Düsen 19 sollte sich auf die Eintrittsöffnung 20 für das zu vergasende Gut konzentrieren.
Da bei der Vergasung von Müll oder anderen Medien mehr oder weniger Schlacke entsteht, muß über Abstichöffnung 21 kontinuierlich oder diskontinuierlich diese Schlacke 22 abgezogen werden.
Das den Müll beinhaltende Eisen sowie Eisenschrott oder Eisenerz, welche die Eisenschmelze vermehrt, muß über die Abstichöffnung 23 kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen werden. Da die beiden Abstichvorrichtungen 21 und 23 durch den Wassermantel führen, ist eine Isolierung 24 vorzusehen.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Hausmüll und ähnlichen Abfällen Patentansprüche 1. Verfahren zur Vergasung von Hausmüll und ähnlichen Abfällen, wie hausmüllähnlichen Abfällen, Biomassen, z.B.

Getreidestroh, Zuckerrohr oder Bagasse, Papier- und Pappabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß das auf mindestens 50 mm Teilchengröße zerkleinerte Vergasungsgut in verdichteter Form in eine Eisenschmelze unterhalb der Oberfläche der Eisenschmelze eingedrückt wird, deren Temperatur auf ca. 1500 bis 16000C gehalten wird, und als Oxidationsmittel Luft, Sauerstoff oder Luft-Sauerstoff-Gemische zudosiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Eisenschmelze in einem wassergekühlten Kupolofen befindet, wobei der Kupolofen mit einer leichten basischen Auskleidung versehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergasungsgut Eisen-Schrott und/oder Eisenerz zugegeben wird.
4. Verfahren mch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt des Vergasungsgutes durch Trocknung, Teiltrocknung oder Zugabe von Wasser geregelt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen modifizierten Kupolofen (2) mit einem Herd bzw. einer Wanne (6), ein im unteren Bereich der Wanne (6) angeordnetes Rohr (17) für die Zuführung des Vergasungsgutes, sowie Düsen (19) für die Zuführung des Oxidationsmittels unter der Oberfläche der Schmelze.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (6) und gegebenenfalls auch der Kupolofen (2) einen Querschnitt in Form einer Ellipse, eines Ovals, eines länglichen Ovals oder eines Rechtecks aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (6) wassergekühlt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (6) aus keramischem Material besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (17) für die Zuführung des Vergasungsgutes von unten in die Wanne mündet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (19) so an der Wanne (6) angebracht sind, daß ihre Strahlrichtung zur Eintrittsöffnung des Vergasungsgutes gerichtet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (19) unterhalb der Oberfläche der Schmelze in die Wanne münden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (17) zentral in einer der Hälften der Ellipse, des Ovals oder Rechtecks angebracht wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlackenabstichöffnung (21) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (6) einen Bleisack zur Abscheidung von Blei aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisenabstichöffnung (23) vorgesehen ist.