DE3217030A1 - Process for carbonising and gasifying carbonaceous solids - Google Patents
Process for carbonising and gasifying carbonaceous solidsInfo
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Abstract
Description
KMa 5163KMa 5163
1'% \ "- .'Verfahren zur Verschwelung und Vergasung von ' \ kohlenstoffhaltigen Feststoffen 1 '% \ "- . ' Process for the charring and gasification of '\ carbon-containing solids
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem \,. Oberbegriff des Anspruches 1 . . -• The invention relates to a method according to \ ,. Preamble of claim 1. . -
·*..χ·7 X · * .. χ · 7 X
-K-Zur Verschwelung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen,-K-For charring of carbonaceous solids,
insbesondere von Braunkohle und subbituminöser Kohle, ^ - .sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. Das Spül-. gas-Schwelverfahren liefert ein Gas, das durch die ;-"■especially of lignite and subbituminous coal, ^ -. Various methods are already known. The rinsing. gas smoldering process delivers a gas that is produced by the; - "■
Rauchgase der direkten Schwelerbeheizung verdünnt ist.:The flue gases of the direct smoldering heating are diluted .:
ι. Ein weiteres bekanntes Verfahren verwendet eine Wir- ;ι. Another known method uses a we-;
belschicht zur Entgasung feinkörniger Kohle. Die Kohle muß hierbei vorgetrocknet und in feinkörniger Form dem heißen, durch Luft bzw. Verbrennungsgase aufgewirbelten Koksbett zugeführt werden. Zur Verschwelung j von Braunkohle ist ferner ein Flugstrom-Verfahren bekannt, bei dem als Wärmeträger Feinkoks dient, der im Kreislauf geführt und durch Verbrennung von Gas oder Teer oder durch Teilverbrennung aufgeheizt wird. Auch hier muß die Kohle weitgehend vorgetrocknet werden.ventilation layer for degassing fine-grained coal. The coal must be pre-dried and in fine-grain form the hot coke bed swirled up by air or combustion gases. To smolder j of lignite, an entrained flow process is also known in which fine coke is used as the heat transfer medium, which is in the Circulation is performed and heated by combustion of gas or tar or by partial combustion. Even here the coal has to be largely pre-dried.
Es ist weiterhin auch bekannt, kohlenstoffhaltige Feststoffe in einem indirekt beheizten Drehrohrofen zu verschwelen (DE-PS 263 025 und 424 724). Der Drehrohrofen dient hierbei lediglich zur Verschwelung; die entgasten kohlenstoffhaltigen Feststoffe müssen daher zusammen mit den sonstigen nicht flüchtigen Rückständen der Verschwelung aus dem Drehrohrofen ausgetragen und einer gesonderten Weiterbehandlung zugeführt werden.It is also known to be carbonaceous To carbonize solids in an indirectly heated rotary kiln (DE-PS 263 025 and 424 724). The rotary kiln serves only for smoldering; the degassed carbonaceous solids must therefore together with the other non-volatile residues of the carbonization from the rotary kiln discharged and sent to a separate further treatment.
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Zur. Vergasung kohlenstoffhaltiger Feststoffe sind vor allem ein mit einem Schüttgutreaktor arbeitendes Druckverfahren bekannt, ein mit einer Wirbelschicht arbeitendes Verfahren sowie ein Flugstromverfahren. Der störungsfreie Betrieb dieser Verfahren ist stark ' von den Eigenschaften der eingesetzten Kohle, insbesondere von ihrem Aschegehalt, abhängig. Die hygroskopischen Eigenschaften der Asche führen zur Bildung von breiigen Massen, die die Gaskanäle leicht verstopfen und daher eine häufige Reinigung dieser Kanäle bedingen, was eine Unterbrechung des Generatorbetriebes zur Folge hat.To the. Gasification of carbonaceous solids are above all a printing process that works with a bulk material reactor is known, one with a fluidized bed working method as well as an entrained flow method. The trouble-free operation of these processes is strong ' on the properties of the coal used, in particular on its ash content. The hygroscopic Properties of the ash lead to the formation of pulpy masses, which easily clog the gas channels and therefore require frequent cleaning of these channels, which interrupts generator operation has the consequence.
Bei der Kohlevergasung im Schüttgutreaktor stellt es · ferner ein besonderes Problem dar, über den gesamten. Querschnitt des Reaktors gleiche Durchströmungsverhältnisse für die Gase zu erzielen; bei ungleichen Strömungswiderständen ergibt sich sonst leicht ein Durchbrennen der Beschickung (mit der bekannten Erscheinung des Oberfeuers). Das mit der Wirbelschicht arbeitende Verfahren führt zum Austrag einer beträchtlichen Menge von eingebrachtem Kohlenstoff mit dem Flugstaub.In the case of coal gasification in the bulk reactor, it also poses a particular problem over the whole. Cross-section of the reactor to achieve the same flow rates for the gases; at unequal Otherwise, flow resistances can easily result in the charge burning through (with the known phenomenon of the top fire). The process using the fluidized bed leads to a considerable discharge Amount of carbon introduced with the fly ash.
Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Verfahren zur Kohlevergasung besteht ferner darin, daß sie zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen mit hohem Aschegehalt nicht geeignet sind. Eine autotherme Gegenstromvergasung, wie sie für stückige Brennstoffe üblich ist, kann bei hochaschehaltigen Abfallbrenn-A major disadvantage of this known method for coal gasification is that they are used for Gasification of carbonaceous solids with high ash content are not suitable. An autothermal Countercurrent gasification, as is customary for lumpy fuels, can be used in the case of waste incinerators with high ash content.
heißenmean
stoffen (sog. Bergen) nicht angewandt werden. Die Vergasungsrückstände (die bis zu 75% des eingebrachtensubstances (so-called mountains) are not used. The gasification residues (up to 75% of the brought in
• 4 · *• 4 *
% \ - Brennstoffes betragen) würden die entgegenströmenden! .,,",Vergasungsmittel auf so hohe Temperaturen vorwärmen,· ;',. -Öaß- die Feuer zone des Generators nach kurzer Zeit vei' schlacken und der Betrieb zum Erliegen kommen würde. % \ - fuel) would be the countercurrent! . ,, ", Preheat gasification agent to such a high temperature, ·; ',. -Öass- the fire zone of the generator would cinder after a short time and operation would come to a standstill.
Zum Stand der Technik gehört weiterhin noch ei ''?'.;: Vorschlag, die in einem indirekt beheizten Drehrohr- ( öfen verschwelte Kohle anschließend in einem weiteren^ ;"_. gleichfalls indirekt beheizten Drehrohrofen zu ver- "- ' gasen (DE-PS 263 025). üer zur Verschwelung dienende : '\. Drehrohrofen soll hierbei mit einer Temperatur unter ·. 'ß 5 000C und der zur Vergasung dienende zweite Drehrohrofen (von wesentlich größerem Durchmesser) mit einer Temperatur über 85O0C betrieben werden. Dieses alte Verfahren hat sich jedoch in der Praxis nicht durchsetzen können. Die Verwendung von zwei gesonderten : Drehrohrofen zur Verschwelung und Vergasung (wozu : noch eine dritte Drehtrommel zur Vortrocknung der i "' Kohle kommt) stellt einen erheblichen technischen Auf-1 wand dar. Angesichts der hohen Temperaturdifferenz (von über 3500C) zwischen der Verschwelungszone und : The state of the art also includes a ''? '.;: Proposal to gasify the smoldered coal in an indirectly heated rotary kiln (DE -PS 263,025) üer serving to smoldering. '. \ rotary kiln should herein at a temperature below ·.' ß 5 00 0 C and the serving for gasification second rotary kiln (of substantially larger diameter) operated at a temperature of about 85O 0 C Choose this old method, however, has not become established in practice, the use of two separate.. rotary kiln for smoldering and gasification (including: a third rotary drum for pre-drying the i 'yet' coal comes) represents a significant technical up one wall In view of the high temperature difference (of over 350 0 C) between the charring zone and :
der Vergasungszone ist es bei dem bekannten Verfahrenthe gasification zone it is in the known method
i auch nicht möglich, die beiden Reaktionszonen in einem einzigen, indirekt beheizten Drehrohrofen unterzubringen. i also not possible to accommodate the two reaction zones in a single, indirectly heated rotary kiln.
Zum Stand der Technik gehört schließlich noch der Vorschlag, der Kohle vor ihrer Entgas.ung und Vergasung ; Kalkhydrat oder andere Metalloxide zuzusetzen, um hierdurch den freiwerdenden Schwefel zu binden (somitFinally, the state of the art also includes the proposal to remove the coal before it is degassed and gasified; Add hydrated lime or other metal oxides in order to bind the released sulfur (thus
schwefelfreies Gas zu erhalten) und den Vergasungs- | prozeß zu beschleunigen (DE-PS 11 300 und 430 904). !;to obtain sulfur-free gas) and the gasification | process to accelerate (DE-PS 11 300 and 430 904). !;
BADORIGiNAL -, |! INCOMPLETE DOCUMENT j.BAD ORIGiNAL -, |! INCOMPLETE DOCUMENT j.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Mangel der bekannten Verfahren ein neuartiges Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, mit wesentlich verringertem anlagentechnischen Aufwand bei hoher Zuverlässigkeit der Betriebsweise eine Verschwelung und Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen (einschließlich minderwertiger Abfallstoffe , wie Hausmüll und Klärschlamm), so dprchzuführe daß hierbei ein Gas von hohem Heizwert entsteht, das nur einen geringen Anteil an Schadstoffen und Staub enthält.The invention is based on the object of developing a novel method, avoiding the shortcomings of the known methods, which allows carbonization and gasification of carbon-containing solids (including low-quality waste materials such as household waste and waste materials) with significantly reduced plant engineering effort and high operational reliability Sewage sludge), so dprchzuführe that a gas with a high calorific value is produced, which contains only a small proportion of pollutants and dust.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved in a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 by the characterizing Features of claim 1 solved.
Erfindungsgemäß werden die Verschwelung und die Vergasung erstmals in zwei von den Feststoffen nacheinan der durchsetzten Zonen eines einzigen Drehrohrofens durchgeführt. Diese Verfahrensmaßnahme, die im Vergleich zum Stand der Technik (vgl. insbesondere DE-PS 263 025) zu einer wesentlichen Senkung der Anlagekosten führt, ist jedoch nur möglich, weil durc weitere erfindungsgemäße Merkmale eine wesentliche Verringerung der Temperaturdifferenz zwischen der Vergasungszone und der Schwelzone erzielt wird.According to the invention, the charring and the gasification for the first time in two zones of a single rotary kiln interspersed with solids one after the other carried out. This procedural measure compared to that to the state of the art (see. In particular DE-PS 263 025) to a significant reduction in the Leads to investment costs, but is only possible because additional features according to the invention are essential Reducing the temperature difference between the gasification zone and the smoldering zone is achieved.
Werden nämlich den kohlenstoffhaltigen Feststoffen sauerstoffhaltige Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle beigegeben, so stellen sich eine Reihe vorteilhafter Wirkungen ein, zu denen vor allem eine katalytische Wirkung dieser Zuschlagstoffe in beiden Reaktionszonen gehört. Durch Zugabe dieserNamely, the carbon-containing solids become oxygen-containing compounds of the alkali and alkaline earth metals admittedly, a number of beneficial effects arise, one of which is above all one of the catalytic effects of these additives in both reaction zones. By adding this
COPYCOPY
£. % .Zuschlagstoffe wird insbesondere die sich in der , Vergasungszone einstellende Wassergasreaktion kata- \ 4ytisch so beeinflußt, daß sich eine wesentliche Erniedrigung der notwendigen Vergasungstemperatur > ergi^fete. In der Vergasungszone genügt erfindungsgemäß j£. % .Surcharges will in particular be found in the , Gasification zone adjusting water gas reaction cat- \ 4ytically influenced so that there is a substantial lowering of the necessary gasification temperature > result. According to the invention, j is sufficient in the gasification zone
^., eine Außenwandtemperatur zwischen 600 und 8000C '■;■"-._. (d/ie Guttemperaturen im Drehrohrofen liegen 70 bis | 10:00C unter diesen Außenwandtemperaturen des indi- \- rekt beheizten Drehrohrofens). Da in der Schwelzone \ IQ erfindungsgemäß eine Au£enwandtemperatur zwischen · 500 und 7000C eingestellt wird, kann auf diese Weise die Temperaturdifferenz zwischen der Vergasungszone · und der Schwelzone kleiner als etwa 2000C gehalten werden. Dadurch können ohne große konstruktive Schwierigkeiten und unter Vermeidung von Betriebsstörungen durch stark unterschiedliche Wärmedehnungen die Vergasungszone und die Schwelzone in ein und dem- | selben Drehrohrofen untergebracht werden. ;·.. ^, An outer wall temperature between 600 and 800 0 C '■; ■ "-._ (d / ie material temperatures in the rotary kiln are 70 to | 10: 0 0 C under these outside wall temperatures of the indi- \ - rectly heated rotary kiln) Da. in the carbonizing \ IQ invention Au £ enwandtemperatur is set between × 500 and 700 0 C, can in this way the temperature difference between the gasification zone · and the carbonizing less than about 200 0 C are held. this allows without major structural problems and Avoidance of malfunctions due to very different thermal expansions, the gasification zone and the smoldering zone are housed in one and the same rotary kiln.; ·
Außer der katalytischen Wirkung (die vor allem eine Erniedrigung der Vergasungstemperatur zur Folge hat) ergeben sich durch die Beigabe sauerstoffhaltiger Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle noch weitere Vorteile.In addition to the catalytic effect (which mainly leads to a lowering of the gasification temperature) result from the addition of oxygen-containing compounds of the alkali and alkaline earth metals Other advantages.
So stellt man hierbei eine wesentliche Erhöhung der Ausbeute an Schwelgas und Teer bei der Schwelung und gleichzeitig eine Abnahme des Kondenswasservolumens fest. Dieser erwünschte Effekt kann darauf beruhen, daß - der Schwelung teilweise überlagert eine Vergasung des bereits gebildeten Schwelkokses mit der Eigenfeuchte der kohlenstoffhaltigen Feststoffe und mit dem bei der Pyrolyse entstehenden Spaltwasser auftritt.In this way, there is a substantial increase in the yield of carbonization gas and tar during the carbonization and at the same time a decrease in the volume of condensation water. This desired effect can be on it are based on the fact that - the smoldering is partially superimposed by a gasification of the smoldering coke that has already formed with the inherent moisture content of the carbonaceous solids and with that produced during pyrolysis Crack water occurs.
BAD ORlGINAU COPYBAD ORlGINAU COPY
-χ-χ
- /ο- / ο
?. "-. Durch die Zugabe der sauerstoff haltigen Verbindungen der"Alkali- und Erdalkalimetalle werden Schadstoffe (besonders Schwefelverbindungen-, aber auch Halogenwasserstoffsäuren) eingebunden und verbleiben im '.; festen^ückstand. Ebenso werden Phenole, die bei der , 'thermischen Kohleaufbereitung als sauer wirkende organische .Verbindungen entstehen, von den basischen Stoffen in die nicht flüchtigen Salze der Alkali- und Erdalkalimetalle überführt, die als Feststoffe im?. "-. By adding the oxygen-containing compounds the "alkali and alkaline earth metals are pollutants (especially sulfur compounds, but also hydrohalic acids) integrated and remain in the '.; solid residue. Phenols that are involved in 'thermal coal processing as acidic organic .compounds arise from the basic Substances converted into the non-volatile salts of the alkali and alkaline earth metals, which are present as solids in the
IQ Drehrohrofen zurückbleiben und infolge der langen Verweilzeit der Peststoffe im Drehrohrofen gecrackt werden. Diese toxisch wirkenden Phenole können somit nicht in das Kondensat der Gaswäsche gelangen. Ent-, sprechend wird durch Zusatz von basischem Stoffen der gasförmige Austrag an hochtoxischen Cyanid-Verbindungen sehr stark eingeschränkt. IQ rotary kiln remain behind and are cracked due to the long residence time of the pests in the rotary kiln. These toxic phenols cannot get into the gas scrubbing condensate. Correspondingly, the addition of basic substances greatly restricts the gaseous discharge of highly toxic cyanide compounds.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner, daß die Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf derart geregelt wird, daß sich in der Vergasungszone ein überdruck bis 1 bar einstellt. Bei den der Erfindung zugrundeliegenden eingehenden Untersuchungen hat sich nämlich herausgestellt, daß in diesem Bereich eines leichten Überdruckes das Optimum der Vergasungsreaktion liegt. Innerhalb dieses Druckbereiches kann einerseits der Wasserdampf in ausreichendem Maße an und in die Kohle diffundieren, während andererseits die Reaktionsprodukte aus der Kohle herausdiffundieren können.It is also essential for the method according to the invention that that the supply of water and / or steam is regulated so that in the gasification zone an overpressure of up to 1 bar is set. In the detailed investigations on which the invention is based namely it turned out that in this area of a slight excess pressure the optimum of the gasification reaction lies. Within this pressure range, on the one hand, the water vapor can rise to a sufficient extent and diffuse into the coal, while on the other hand the reaction products diffuse out of the coal can.
Innerhalb des genannten Druckbereiches hängt der für den Einzelfall zu wählende optimale Druck nicht nur von der Art der kohlenstoffhaltigen Feststoffe, sondern wesentlich auch von der Ausbildung des Drehroß©pyThe optimum pressure to be selected for the individual case does not only depend on the pressure range mentioned on the nature of the carbon-containing solids, but also essentially on the formation of the rotary horse © py
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-χ--χ-
ofens ab. Bei Verwendung eines mit Hubschaufeln versehenen Drehrohrofens, bei dem somit die Feststoffe weitgehend angehoben werden und frei durch den Gasraum des Drehrohrofens hindurchfallen, wird di Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf so geregelt1, j daß sich in der Vergasungszone ein überdruck zwischen' 10 und 1000 mm WS, vorzugsweise zwischen 40 und i 4 00 mm WS, einstellt. Bei Verwendung eines Drehrohr- \ ofens mit glatter Innenwand, bei dem somit der Ober- ■ flächenkontakt zwischen -len Feststoffen und der Gas ν pnase geringer ist, wird erfindungsgemäß in der Ver- ,-gasungszone ein Überdruck zwischen 100 und 5000 mm WS, vorzugsweise zwischen 250 und 3500 mm WS, eingestellt.·oven off. When using a provided with lifting vanes rotary kiln, in which thus the solids are largely lifted and pass freely fall through the gas space of the rotary kiln, di supply of water and / or water vapor is regulated 1, j that in the gasification zone a pressure between 10 'and 1000 mm WS, preferably between 40 and 400 mm WS. When using a rotary kiln \ furnace ν with a smooth inner wall, wherein thus the upper ■ surface contact between -LEN solids and the gas pnase lower, according to the invention in the past, -gasungszone a pressure between 100 and 5000, mm WS preferably between 250 and 3500 mm WS, set.
Die Temperatur in der Vergasungszone wird optimal zwischen 700 und 7500C gehalten.The temperature in the gasification zone is optimally kept between 700 and 750 ° C.
Als Zuschlagstoffe haben sich innerhalb der Gruppe !As additives within the group!
der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und . Erdalkalimetalle vor allem Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und Calciumoxid bewährt. Die Zugabe erfolgt zweckmäßig in feinkörniger Form.the oxygen-containing compounds of the alkali and. Alkaline earth metals especially calcium hydroxide, calcium carbonate and calcium oxide proven. The addition is expediently in fine-grain form.
Eingehende Untersuchungen über die Menge der Zuschlagstoffe ergaben, daß zweckmäßig 1 bis 7,5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der kohlenstoffhaltigen Feststoffe) zugesetzt werden.In-depth investigations into the amount of additives showed that it is expedient to use 1 to 7.5% by weight, preferably 1.5 to 2.5% by weight (based on the weight of the carbonaceous solids) may be added.
Für den Abzug der Gase aus dem Drehrohrofen bestehen verschiedene Möglichkeiten. Bei der Verschwelung und Vergasung von stark stickstoffhaltigen Feststoffen ist es besonders zweckmäßig, wenn das in der Schwelzone erzeugte Schwelgas und das in der VergasungszoneThere are various options for extracting the gases from the rotary kiln. When smoldering and Gasification of solids with a high concentration of nitrogen is particularly useful if this takes place in the smoldering zone carbonization gas generated and that in the gasification zone
-X --X -
-A--A-
'■".-. -._ \ erzeugte. Vergasungsprodukt an entgegengesetzten Enden \, des Drehrohrofens abgezogen werden. Bei dieser Be-•tfiebsweise^erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß der in den kohlenstoffhaltigen Feststoffen ' \ vorhandene Stickstoff in der Schwelzone durch die '■ ".-. -._ \ generated. Gasifier product at opposite ends \, the rotary kiln are deducted. In this loading • tfiebsweise ^ it proves to be particularly advantageous that in the carbon-containing solids' \ nitrogen present in the carbonizing through the
^•stark basische Wirkung der sauerstoffhaltigen Ver-' "-:v.,:,,.bindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle praktisch^ • Strongly basic effect of the oxygen-containing compounds "-: v.,: ,,. bonds of alkali and alkaline earth metals practically
vollständig in Form von Ammoniak ausgetrieben wird·. ·. .Dieser im Schwelgas enthaltene Ammoniak kann dann in einer nachgeschalteten Brennkammer durch unterstöchiometrische Verbrennung zum größten Teil unter Bildung von molekularem Stickstoff und Wasser zersetzt werden, so daß die aus Gründen des Umweltschutzes sehr unerwünschte Bildung von NO -Verbindüngen vermieden wird.is completely expelled in the form of ammonia ·. ·. The ammonia contained in the carbonization gas can then be converted into a downstream combustion chamber due to substoichiometric combustion for the most part Formation of molecular nitrogen and water are decomposed, so that the sake of environmental protection very undesirable formation of NO compounds is avoided.
Bei kohlenstoffhaltigen Feststoffen, die nur einen geringen Stickstoffanteil enthalten, können Schwelgas und Vergasungsprodukt auch gemeinsam aus dem Drehrohrofen abgezogen werden. Die eine Möglichkeit . besteht darin, Schwelgas und Vergasungsprodukt im Drehrohrofen im Gleichstrom zu den Feststoffen zu führen und an dem der Eintragsseite der Feststoffe abgewandten Ende des Drehrohrofens abzuziehen (Gleichstrombetrieb). Die andere Betriebsweise sieht vor, Schwelgas und Vergasungsprodukt im Drehrohrofen im Gegenstrom zu den Feststoffen zu führen und auf der Eintragsseite der Feststoffe aus dem Drehrohrofen abzuziehen.In the case of carbonaceous solids that contain only a small amount of nitrogen, carbonization gas can be used and gasification product can also be withdrawn together from the rotary kiln. One possibility . consists in adding carbonization gas and gasification product in the rotary kiln in cocurrent to the solids lead and pull it off at the end of the rotary kiln facing away from the entry side of the solids (direct current operation). The other mode of operation provides for carbonization gas and gasification product in the rotary kiln To lead countercurrent to the solids and on the entry side of the solids from the rotary kiln deduct.
Das erfindungsgomäße Verfahren eignet sich zur Verschwelung und Vergasung von kohlenstoffhaltigen Fest-The method according to the invention is suitable for charring and gasification of carbonaceous solids
BADORIGiNAL COPY BADORIGiNAL COPY
is ;''-%> ,-stoffen aller Art. Aus den oben erläuterten Gründen · λ ist es gerade für den Einsatz von ungetrockneter ; XiJräunkohle und/oder Torf mit einem Wassergehalt von f*is; '' -%> , substances of all kinds. For the reasons explained above · λ it is just for the use of undried; Lignite and / or peat with a water content of f *
- ι- ι
">. bis zu 65 Gew. -% geeignet. Versuche zeigten ferner·, An. * **">. Up to 65% by weight suitable. Tests also showed ·, An. * **
J-J5,, daß ;|ä8s Verfahren auch für kohlenstoffhaltige Abfall-JJ 5 ,, that ; | ä8s procedure also for carbon-containing waste
^fi^stoffe", wie Hausmüll und Klärschlamm, ferner für gas-; f-riy;.- reiche junge Kohle und/oder subbituminöse Kohle, vor-1^ fi ^ materials ", such as household waste and sewage sludge, also for gas; f-riy; .- rich young coal and / or subbituminous coal, before-1
teilhaft verwendbar ist. ■ |' ,is partially usable. ■ | ' ,
Bei der Trocknung, Verschwelung und Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen hoher Eigenfeuchte, i _' wobei der Schwelzone eine gesonderte Trocknungszone ! '■.', vorgeschaltet ist, ergibt sich eine· wesentliche Ener- ;' gieersparnis dadurch, daß die bei der Trocknung der kohlenstoffhaltigen Feststoffe entstehenden wasserdampfhaltigen Brüden in die Vergasungszone eingeführtIn the drying, charring and gasification of carbonaceous solids with high inherent moisture, i _ ' where the smoldering zone is a separate drying zone ! '■.', Preceded, results in an · essential energy; ' Energy savings due to the fact that the steam-containing vapors produced during the drying of the carbon-containing solids are introduced into the gasification zone
werden. ■ |will. ■ |
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene j Vergasungsprodukt kann nicht nur als Heizgas für die verschiedensten technischen Anwendungszwecke, sondern auch als Grundstoff für verschiedene chemische Verfahren verwendet werden. !The j obtained by the method according to the invention Gasification product can not only be used as heating gas for a wide variety of technical purposes, but can also be used as a raw material for various chemical processes. !
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger Beispiele. In der Zeichnung zeigenFurther features of the invention emerge from the following description of some examples. In the Show drawing
Fig.1 ein Schema einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.2, 3 und 4 Schemadarstellungen abgewandelter1 shows a diagram of a system for carrying out the method according to the invention; Fig. 2, 3 and 4 schematic representations of modified
Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen ;Systems for carrying out the invention;
Verfahrens.Procedure.
Die in Fig. 1 dargestellte: Anlage enthält einen in- ■The shown in Fig. 1: System contains an in- ■
direkt beheizten Drehrbhrofen 1, dessen Innenraumdirectly heated rotary kiln 1, its interior
in eine Schwelzone 2 und eine Vergasungszone 3 unterteilt ist. Eine Eintragsschnecke 4 dient zum Eintrag der bei 5 zugeführten kohlenstoffhaltigen Feststoffe. Eine Austragsschnecke 6 dient zum Austrag des bei 7 abgezogenen festen Rückstandes.is divided into a smoldering zone 2 and a gasification zone 3. An entry screw 4 is used for entry of the carbonaceous solids fed in at 5. A discharge screw 6 is used to discharge the at 7 drawn off solid residue.
Das in der Schwelzone 2 entstehende Schwelgas wird durch den Stutzen 8 abgezogen, das in der Vergasungszone 3 entstehende Vergasungsprodukt wird durch den Stutzen 9 abgezogen. In die Vergasungszone 3 wird durch eine Düseneinrichtung 10 Wasser und/oder Wasserdampf eingedüst.The carbonization gas produced in the carbonization zone 2 is drawn off through the nozzle 8, and that in the gasification zone 3 resulting gasification product is withdrawn through the nozzle 9. In the gasification zone 3 is water and / or steam are injected through a nozzle device 10.
Zur indirekten Beheizung des Drehrohrofens 1 dienen am Umfang des Ofens ortsfest angebrachte Brennkammern 11, denen beim dargestellten Ausführungsbeispiel Schwelgas über die Leitung 12 und eventuell zusätzlich (oder zum Anfahren) Heizgas über die Leitung 13 zugeführt wird. Der Abzug der zur indirekten Beheizung des Drehrohrofens 1 verwendeten Gase erfolgt über die Leitung 14.Fixed combustion chambers are used for indirect heating of the rotary kiln 1 on the circumference of the furnace 11, which in the illustrated embodiment, carbonization gas via line 12 and possibly additionally (or to start up) heating gas is supplied via line 13. The deduction of the indirect The gases used in the rotary kiln 1 are heated via the line 14.
Zu der in Fig. 1 dargestellten Anlage gehört weiterhin ein Zyklon 15 zur Entstaubung des Schwelgases,ein Zyklon 16 zur Entstaubung des Vergasungsproduktes, eine Brennkammer 17 sowie ein Abhitzekessel 18. In der Brennkammer 17 erfolgt unter dosierter Luftzufuhr (Pfeil 19) eine stufenweise Verbrennung des Schwelgases und des Vergasungsproduktes. Im oberen Teil der Brennkammer 17 erfolgt eine unterstöchiometrische Verbrennung des Schwelgases, um dadurch dasThe system shown in FIG. 1 also includes a cyclone 15 for dedusting the carbonization gas Cyclone 16 for dedusting the gasification product, a combustion chamber 17 and a waste heat boiler 18. In the combustion chamber 17 takes place with a metered air supply (arrow 19) a gradual combustion of the Carbonization gas and the gasification product. In the upper part of the combustion chamber 17 there is a substoichiometric rate Combustion of the carbonization gas, thereby the
fc · * *fc * *
' /ti-'/ ti-
im Schwelgas enthaltene Ammoniak unter Bildung von Stickstoff zu zersetzen und eine NO -Bildung zu vermeiden. Die aus der Brennkammer 17 austretenden Rauchgase (Pfeil 20) gelangen zusammen mit dem zur indirekten Beheizung des Drehrohrofens 1 verwendeten Gas (abgeführt über die Leitung 14) in den Abhitzekessel 18, wo die fühlbare Wärme dieser Gase zur Dampferzeugung ausgenutzt wird.The ammonia contained in the carbonization gas decomposes with the formation of nitrogen and NO formation avoid. The flue gases exiting from the combustion chamber 17 (arrow 20) come together with the to indirect heating of the rotary kiln 1 used gas (discharged via line 14) in the waste heat boiler 18, where the sensible heat of these gases is used to generate steam.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird somit das in der Schwelzone 2 erzeugte Schwelgas und das in der Vergasungszone 3 entstehende Vergasungsprodukt an entgegengesetzten Enden des Drehrohrofens 1 abgezogen (Pfeile 21, 22). Diese Betriebsweise ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn stark stickstoffhaltige Feststoffe verschwelt werden, so daß im Schwelgas ein hoher Anteil von Ammoniak enthalten ist. Es versteht sich, daß - im Unterschied zum dargestellten Ausführungsbeispiel - Schwelgas und Vergasungsprodukt auch einer gesonderten Verwertung zugeführt werden können.In the system shown in Fig. 1, the carbonization gas generated in the carbonization zone 2 and the Gasification product arising in the gasification zone 3 at opposite ends of the rotary kiln 1 withdrawn (arrows 21, 22). This mode of operation is particularly useful when highly nitrogenous Solids are carbonized, so that the carbonization gas contains a high proportion of ammonia is. It goes without saying that - in contrast to the illustrated embodiment - carbonization gas and gasification product can also be recycled separately.
Nicht dargestellt ist in Fig. 1 die Zugabe von sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle zu den kohlenstoffhaltigen Feststoffen. Die Zugabe dieser Zuschlagsstoffe kann bereits vor der Eintragsschnecke 4 erfolgen; möglich ist jedoch auch ein Zumischen in der Schwelzone .The addition of oxygen-containing compounds of the alkali and alkaline earth metals is not shown in FIG. 1 to the carbonaceous solids. The addition of these additives can be done before the feed screw 4 take place; however, it can also be mixed in in the smoldering zone.
Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.In the further exemplary embodiment shown schematically in FIG. 2, the same components are used for the same Reference numerals as used in FIG. 1.
- 112-<-- 112 - <-
Das in der Schwelzone erzeugte Schwelgas und das in der Vergasungszone 3 entstehende Vergasungsprodukt werden hier gemeinsam - im Gegenstrom zu den Feststoffen - durch den Stutzen 8 an der Eintragsseite des Drehrohrofens abgezogen (Pfeil 23). Ein Teil dieses Mischgases wird den Brennkammern 11 zur indirekten Beheizung des Drehrohrofens 1 zugeführt (Leitung 12). Der Rest des Mischgases wird über die Leitung 24 einer sonstigen Verwertung (beispielsweise in einer Brennkammer 17 wie in Fig. 1) zugeleitet.The carbonization gas generated in the carbonization zone and the gasification product formed in the gasification zone 3 are here together - in countercurrent to the solids - through the nozzle 8 on the entry side of the rotary kiln pulled off (arrow 23). A part of this mixed gas is fed to the combustion chambers 11 for indirect heating of the rotary kiln 1 supplied (line 12). The rest of the mixed gas will Via the line 24 to another recovery (for example in a combustion chamber 17 as in Fig. 1) forwarded.
Fig. 3 zeigt demgegenüber eine Variante, bei der das in der Schwelzone 2 erzeugte Schwelgas und das in der Vergasungszone 3 erzeugte Vergasungsprodukt im Gleichstrom mit den Feststoffen durch den Drehrohr- . ofen 1 geführt sind (Pfeil 25) und das Mischgas durch den Stutzen 9 abgezogen wird. Ein Teil dieses Mischgases (Leitung 12) wird wieder zur indirekten Beheizung des Drehrohrofens 1 verwendet, während das übrige Gas (Leitung 26) einer gesonderten Verwertung zugeführt wird.In contrast, Fig. 3 shows a variant in which the carbonization gas generated in the carbonization zone 2 and the in the gasification zone 3 produced gasification product in cocurrent with the solids through the rotary kiln. Oven 1 are guided (arrow 25) and the mixed gas is drawn off through the nozzle 9. Part of this mixed gas (Line 12) is used again for indirect heating of the rotary kiln 1, while the remaining gas (line 26) is fed to a separate recovery.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel,bei dem dem Drehrohrofen 1 ein Herdofen 27 zur Trocknung der kohlenstoffhaltigen Feststoffe vorgeschaltet ist. Die Kohle wird bei 28 dem Herdofen 27 aufgegeben und gelangt nach Trocknung über die Eintragsschnecke 4 in die Schwelzone 2 des Drehrohrofens 1. Aus der Schwelzone gelangen die Feststoffe in die Vergasungszone 3, die mit einer Düseneinrichtung 10 zur Zuführung von Wasser und/oder Wasserdampf versehen ist.Fig. 4 shows an embodiment in which the Rotary kiln 1 is preceded by a hearth furnace 27 for drying the carbonaceous solids. The coal is fed into the hearth furnace 27 at 28 and, after drying, passes through the feed screw 4 in the smoldering zone 2 of the rotary kiln 1. The solids pass from the smoldering zone into the gasification zone 3, which is provided with a nozzle device 10 for supplying water and / or steam.
feste Rückstand
Der wird durch die Austragsschnecke 6solid residue
It is produced by the discharge screw 6
ausgetragen. Das Schwelgas wird bei 29 und das Vergasungsprodukt bei 30 abgezogen.carried out. The carbonization gas is drawn off at 29 and the gasification product at 30.
Die in der Trocknungszone entstehenden, wasserdampfhaltigen Brüden werden über die Leitung 31 der Düseneinrichtung 10 zugeführt und unmittelbar in die Vergasungszone 3 eingebracht. Um eine Kondensation des von der Trocknungszone (Herdofen 27) der Vergasungszone 3 zugeführten Wasserdampfes zu vermeiden, ist die Leitung 31 zweckmäßig thermisch isoliert.The water vapor-containing substances that arise in the drying zone Vapors are fed via line 31 to the nozzle device 10 and directly into the Gasification zone 3 introduced. To a condensation of the drying zone (hearth furnace 27) of the gasification zone 3 supplied water vapor, the line 31 is expediently thermally insulated.
Die Erfindung sei weiterhin anhand einiger Verfahrensbeispiele erläutert.The invention will be further explained with the aid of a few examples of the method.
Beispiel 1 (Verschwelung und Vergasung von Braunkohle) : Example 1 (carbonization and gasification of lignite):
Kohlenstoffhaltige Feststoffe: Rheinische Braunkohle Carbon-containing solids: Rhenish lignite
Zusammensetzung: 21,5 % CComposition: 21.5% C
54 % H2O54% H 2 O
5 % Asche 18,5 % flüchtige Bestandteile5% ash, 18.5% volatiles
1 % S1% S.
a) Verschwelung und Vergasung unter Kalkzusatz:a) Carbonization and gasification with the addition of lime:
Verfahrensweise: Verwendung einer Anlage geProcedure: Use a plant ge
mäß Fig. 1 (gesonderter Gasabzug aus Schwelzone und Vergasungszone) according to Fig. 1 (separate gas discharge from the smoldering zone and gasification zone)
Zugabe von 12 kg Ca(OH)-Addition of 12 kg Ca (OH) -
je t Einsatzkohleper t of feed coal
Guttemperatur: 500 0CGood temperature: 500 0 C
Durchsatz: 0,4 t/hThroughput: 0.4 t / h
Druck: 1,01 bar im DrehrohrofenPressure: 1.01 bar in the rotary kiln
Schwelgas:Carbonization gas:
Zusammensetzung:Composition:
(trocken, ohne Wasserdampf-(dry, without steam
gehalt) H2 40content) H 2 40
CO 4 CO2 21 CH4 24 C2H4 1'3 CO 4 CO 2 21 CH 4 24 C 2 H 4 1 ' 3
Höhere Kohlenwasserstoffe 8Higher hydrocarbons 8
N2 1,3 H2S 0,4N 2 1.3 H 2 S 0.4
Heizwert: 18040 kJ/Nm3 trocken Dichte: 0,90 kg/Nm3 trocken Schwelgasmenge (trocken): 69 Nm3/h Staubgehalt: 420 mg/Nm3 trocken Schwelgasmenge (feucht): 331 Nm3/h,Calorific value: 18040 kJ / Nm 3 dry Density: 0.90 kg / Nm 3 dry carbonization gas volume (dry): 69 Nm 3 / h dust content: 420 mg / Nm 3 dry carbonization gas volume (moist): 331 Nm 3 / h,
H2S-Gehalt: 0,06 %
Staubgehalt: 110 mg/Nm3 feuchtH 2 S content: 0.06%
Dust content: 110 mg / Nm 3 moist
Vergasungsprodukt:Gasification product:
Zusammensetzung: H„ 67 %Composition: H "67%
CO2 30 % CO 3 %CO 2 30% CO 3%
Heizwert: 7224 kJ/Nm3 trockenCalorific value: 7224 kJ / Nm 3 dry
Dichte: 0,7 kg/Nm3 trockenDensity: 0.7 kg / Nm 3 dry
Gasmenge: 509 Nm3/h trockenGas quantity: 509 Nm 3 / h dry
Staubgehalt: 400 mg/Nm3 5Dust content: 400 mg / Nm 3 5
Austrag: 45 kg/h mit einem Glühverlust von 31 %Discharge: 45 kg / h with a loss on ignition of 31%
b) Verschwelung und Vergasung ohne Kalkzusatz (zum Vergleich)b) Carbonization and gasification without the addition of lime (for comparison)
1010
Verfahrensweise: wie unter a), jedoch Guttempera-Procedure: as under a), but good temperature
tur von 850 0Ctemperature of 850 0 C
Schwelgas:
15Carbonization gas:
15th
2020th
25.25th
Heizwert: 17910 kJ/Nm3 trockenCalorific value: 17910 kJ / Nm 3 dry
Dichte: 0,90 kg/Nm3 trocken Schwelgasmenge trocken: 59 Nm3/h Staubgehalt: 3000 mg/Nm3 trocken Schwelgasmenge feucht: 327 Nm3/hDensity: 0.90 kg / Nm 3 dry carbonization gas volume dry: 59 Nm 3 / h dust content: 3000 mg / Nm 3 dry carbonization gas volume moist: 327 Nm 3 / h
oOoO
H2S-Gehalt: 0,6 %, Staubgehalt: 54 0 mg/Nm3 H 2 S content: 0.6%, dust content: 54 0 mg / Nm 3
-■2ο-- ■ 2ο-
Austrag: 31 kg/h mit einem Glühverlust von 43 %Discharge: 31 kg / h with a loss on ignition of 43%
Ein Vergleich der Daten für das Schwelgas unter a) und b) zeigt die durch die Kalkzugabe erzielte wesentliche Verbesserung.A comparison of the data for the carbonization gas under a) and b) shows that achieved by adding lime substantial improvement.
c) Verschwelung und Vergasung mit gemeinsamem Gasabzug: c) Smoldering and gasification with common gas extraction:
Verfahrensweise: entsprechend der Fig. 2Procedure: according to FIG. 2
Guttemperatur: 500 0C Zugabe von 12 kg Ca(OH)2 je
t Einsatzkohle.
Als Vergasungsmittel wird die Eigenfeuchte der BraunkohleProduct temperature: kg 500 0 C the addition of 12 Ca (OH) 2 per ton of feed coal.
The natural moisture of the lignite is used as the gasification agent
verwendet (Zuführung der in der Trocknungszone ausgetriebenen Brüden in die Vergasungszone/ gemäß Fig. 4).used (feeding of the vapors expelled in the drying zone into the gasification zone / according to Fig. 4).
Mischgas (bestehend aus Schwelgas und Vergasungsprodukt) :Mixed gas (consisting of carbonization gas and gasification product):
Zusammensetzung H2 63 %Composition H 2 63%
CO 3 %CO 3%
CO2 29 %CO 2 29%
CH4 2 %CH 4 2%
Höhere Kohlenwasserstoffe 1 %Higher hydrocarbons 1%
N0 1,7 %N 0 1.7%
22
H2S 0,3 %H 2 S 0.3%
Heizwert : 8753 kJ/Nm3 trockenCalorific value: 8753 kJ / Nm 3 dry
Dichte: 0,74 kg/Nm3 trocken Menge: 554 Nm3/h trocken Staubgehalt: 280 mg/Nm3 feuchtDensity: 0.74 kg / Nm 3 dry Amount: 554 Nm 3 / h dry Dust content: 280 mg / Nm 3 moist
Austrag: 33 kg/h mit einem Glühverlust von 40 %Discharge: 33 kg / h with a loss on ignition of 40%
Beispiel 2: (Verschwelung und Vergasung von Klärschlamm)
10 Example 2: (carbonization and gasification of sewage sludge)
10
Kohlenstoffhaltige Feststoffe: zentrifugierter KlärschlammCarbon-containing solids: centrifuged Sewage sludge
Zusammensetzung: 75 % Wasser 18 % organischer AnteilComposition: 75% water 18% organic content
7 % anorganischer Anteil7% inorganic content
a) Verschwelung und Vergasung bei gesondertem Gasabzug
20a) Smoldering and gasification with separate gas vent
20th
Verfahrensweise: entsprechend Fig. 1 Guttemperatur: 500 0C Durchsatz: 0,5 t/h Druck: 1,02 bar im Drehrohrofen Kalkzusatz: 15 kg/t EinsatzgutProcedure: 1 product temperature corresponding to FIG. 500 0 C Flow rate: 0.5 t / h Pressure: 1.02 bar in the rotary kiln lime addition: 15 kg / t feedstock
Schwelgas:Carbonization gas:
Zusammensetzung (trocken): H~ 55 %Composition (dry): H ~ 55%
CO 3 %CO 3%
CO2 14 %CO 2 14%
CH4 17 %CH 4 17%
C2H6 4 %C 2 H 6 4%
,Höhere Kohlenwasserstoffe 5 %, Higher hydrocarbons 5%
N2 1/5 % N 2 1 /5%
H2S 0,5 %H 2 S 0.5%
Heizwert: 19500 kJ/Nm3
Dichte: 0,635 kg/Nm3
Schwelgasmenge trocken: 95 Nm3/hCalorific value: 19500 kJ / Nm 3
Density: 0.635 kg / Nm 3
Carbonization gas volume dry: 95 Nm 3 / h
feucht: 560 Nm3/hmoist: 560 Nm 3 / h
Vergasungsprodukt:Gasification product:
Zusammensetzung: H2 64 %Composition: H 2 64%
• 32 % CO 4 %• 32% CO 4%
Heizwert: 7000 kJ/Nm3
Dichte 0,7 kg/Nm3
Menge: 170 Nm3/hCalorific value: 7000 kJ / Nm 3
Density 0.7 kg / Nm 3
Amount: 170 Nm 3 / h
Austrag: 55 kg/h mit Glühverlust 14 %Discharge: 55 kg / h with loss on ignition 14%
b) Verschwelung und Vergasung mit gemeinsamem Gasabzugb) Smoldering and gasification with common gas extraction
Verfahrensweise: entsprechend Fig. 2Procedure: according to Fig. 2
Guttemperatur: 500 9C Kalkzugabe: 15 kg/t Einsatzgut Als Vergasungsmittel dient die Eigenfeuchte des zentrifugierten Klärschlammes.Material temperature: 500 9 C Addition of lime: 15 kg / t charge material The moisture content of the centrifuged sewage sludge serves as the gasification agent.
. , ·\ Zusammensetzung: H2 58. , · \ Composition: H 2 58
* CO 3* CO 3
CO2 15CO 2 15
CH4 14CH 4 14
C2H6 3C 2 H 6 3
Höhere Kohlenwasserstoffe 4Higher hydrocarbons 4
Heizwert: 11000 kJ/Nm3
Dichte: 0,65 kg/Nm3
Menge trocken: 265 Nm3/h
feucht: 730 Nm3/hCalorific value: 11000 kJ / Nm 3
Density: 0.65 kg / Nm 3
Dry amount: 265 Nm 3 / h
moist: 730 Nm 3 / h
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19823217030 DE3217030A1 (en) | 1982-05-06 | 1982-05-06 | Process for carbonising and gasifying carbonaceous solids |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19823217030 DE3217030A1 (en) | 1982-05-06 | 1982-05-06 | Process for carbonising and gasifying carbonaceous solids |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3217030A1 true DE3217030A1 (en) | 1983-11-10 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19823217030 Ceased DE3217030A1 (en) | 1982-05-06 | 1982-05-06 | Process for carbonising and gasifying carbonaceous solids |
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Country | Link |
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