DE3307938A1

DE3307938A1 - Verfahren und einrichtung zum thermochemischen aufbereiten von rest- und abfallstoffen in einem wirbelschicht-reaktor mit aufcracken der phenole

Info

Publication number: DE3307938A1
Application number: DE19833307938
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FRITZ WERNER IND AUSRUESTUNG
Current assignee: FRITZ WERNER IND AUSRUESTUNG
Priority date: 1983-03-05
Filing date: 1983-03-05
Publication date: 1984-09-06

Description

"Verfahren und Einrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermochemischen AuSbereiten von Rest- und Abfallstoffen in einem Wirbelschicht-Reaktor mit gleichzeitigem Aufcracken der Phenole.
In der Verfahrenstechnik der Physik stellen die Rest- und Abfallstoffe eine besondere Problematik dar. Diese Problematik hat sich bei dem ständig steigenden Papierabfall und den papierartigen Reststoffen, die auch aus Biomassen stammen können, als besonders schwierig herausgestellt.
Von den beiden bisher möglichen Aufbereitungsarten für solche Stoffe, nämlich der thermochemischen und der biologischen, hat die biologische Verwertungsart, die Kompostierung, deshalb enge Grenzen, weil das C/N-Verhältnis nur einen bestimmten kleineren Teil des Papieranteiles zuläßt. Die andere Verwertungsart durch Verbrennen in einer Feuerung ist deshalb schwierig, weil das relativ leichte Gewicht der Papier stoffe und der notwendige Schon, steinzug im Endeffekt die vollständige Verbrennung so erschweren, daß der Anteil unverbrannter Teile unzulässig hoch ausfällt. "Verfahren und Einrichtung Das ist wegen der verschärften Umweltschutzbestimmungen nicht mehr zulässig.
Außerdem gehört zu einer einigermaßen befriedigenden Verbrennung das besonders eng begrenzte Mischungsverhältnis zwischen dem quartierabhängigen MUilanfall und dem Papieranfall, weil sich das Papier auf dem Feuerrost sehr unterschiedlich verhält und vielfach zu sogenannten Schornsteinzügen in der zu verbrennenden Masse führt, die dann dazu rühren, daß Unverbranntes in den Schornstein gelangt.
An die Verbrennung von Papierabfällen industrieller Art, wie sie beispielsweise in papierverarbeitenden Betrieben wie in der Bücherherstellung tätigen Betrieben eigen ist, konnte überhaupt nicht in nennenswertem Umfange gedacht werden.
Nun ist jedoch die Energiegewinnung aus Rest- und Abfallstoffen wie Altpapier, Industriepapier, Holzabfällen, Kunststoffabfällen hochinteressant, wenn das Verfahren der thermischen Vergasung mit nachgeschalteter Xårmekraftkoppelung zum Erzeugen von elektrischer und thermischer Energie angewandt wird. Dieser rationellste Prozeß für kleine und mittelgroße Anlagen würde eine Energienutzung von 24% elektrisch und 51% thermisch zulassen; ein Wert, der bisher als nicht erreichbar galt.
Eine befriedigende Vergasung der Reststoffe bei Einhalten der sich weiter verschärfenden Umweltbedingungen ist nur dann möglich, wenn auch die bei dem Vergasungsprozeß vielfach auftretenden Phenole in einer Wirbelschicht, in der keine Schornsteinzüge :"Verfahren und Einrichtung...." auftreten, aufgecrackt werden.
Nun hat sich bei der Lösung dieser Aufgabe eine Schwierigkeit herausgestellt, die nicht vorhersehbar war. Es ist üblich, einem Reaktor die zu vergasenden Stoffe fertig gemischt zuzufukren, das ist aber der Natur des sehr heterogenen Stoffgemisches nach deshalb nicht durchführbar, weil selbst bei sorgfältiger Mischung in den Zufuhrorganen in kürzester Zeit eine Entmischung stattfindet.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Vergasen und das Aufcracken der erwähnten Rest- und Abfallstoffe in einem Reaktor mit Wirbelschicht zu ermöglichen, wobei das Zumischen der Rest- und Abfallstoffe zu einem inertfreien körnigen Trägerstoff in weiten Grenzen möglich gemacht werden soll, ohne daß vor der Wirbelschicht bereits Entmischungen auftreten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie von einem Verfahren zum thermochemischen Aufbereiten von Rest- und Abfallstoffen in einem Wirbelschicht-Reaktor, gegebenenfalls mit Aufcracken der Phenole ausgeht, und sie kennzeichnet sich dadurch, daß die Wirbelschicht aus inertfreien, körnigen Trägerstoffen besteht, der vergasungsfähige Rest- und Abfallstoffe, gegebenenfalls auch aus Biomasse, in der Wirbelschicht getrennt, jedoch untereinander mengenabhängig, zugemischt sind. Vorzugsweise besteht der inertfreie Trägerstoff aus körniger Stein- oder Braunkohle, dem gegebenenfalls Kalk in Pulverform zugesetzt ist. Der Zumischanteil der Rest- und Abfallstoffe kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 50 und 90% der Gewichtsanteile betragen.
Inertfrei heißt in dieser Beschreibung, daß der Stoff praktisch :"Verfahren und Einrichtung...." frei von Bestandteilen ist, die reaktionsträge sind.
Die Figuren stellen ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung dar.
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung die Apparaturenfolge des Verfahrens, Fig. 2 einen Schnitt durch die Auslaßspitze des Dosierbunkers für Rest- und Abfallstoffe mit Transportkolbenaustrag und -Fig. 3 die Draufsicht aus dem reversierenden Kolbenaustrag.
Der im rechten Teil der Figur 1 dargestellte Reaktor 10 erhält das erfindungsgemäße Rest- und Abfallstoffgemisch durch die Zufuhröffnung 12 und das Vergasungsmittel thermischer Art durch die Zufuhrleitung 13. Der Kohlegrieß wird durch die Zufuhröffnung 14, üblicherweise durch eine Förderschnecke, in die Wirbelschicht eingeführt. In der Wirbelschicht erfolgt überraschend günstig eine homogene Mischung der heterogenen Rest- und Abfallstoffe mit den grießförmigen Brennstoffen. Die durch das Vergasungsmittel im Wirbelzustand gehaltene Wirbelschicht bewirkt oberhalb der Wirbelschicht eine Gaswirbelzone, in der sich auch Aufcrackvorgänge für Phenolbestandteile abwickeln. Die aus der Gaswirbelzone 11 kommenden Gase treten mit etwa 900°C in einen Gaskühler 20 ein, in dem diese etwa auf 3500C abgekühlt werden. Die so abgekühten Gase werden in einen Schlauchfilter 30 mit pneumatischer Abreinigung geleitet. Die Filterschläuche werden in üblicher :"Verfahren und Einrichtung...." Weise in Abständen, die nach Sekunden bemessen sind, durch pneumatische Luftstöße in das Innere der Filterschläuche über das Ventil 31 von dem außen an den Filterschläuchen haftenden Staub befreit.
Der Staub sammelt sich im Konustrichter des Filtergehäuses 30 und gelangt über eine gasdichte Zellenradschleuse in eine luftgefüllte Kammer 40, deren Zuluft über die Rohleitung 32 erfolgt.
Um den Vergasungsprozeß, der sich aus körnigen, fasrigen und staubförmigen Partikelchen zusammensetzenden Rest- und Abfallstoffe zu stabilisieren, werden vorzugsweise Braunkohleteilchen als Gemischträger in der Größenklasse, die man als Grieß bezeichnet, in einer Menge zwischen 10 und 50% zugemischt. Der Heizwert des Gesamtgemisches liegt beispielsweise dann zwischen 15.500 und 17.000 KJ/kg. Nun ergaben Betriebsversuche mit dieser Mischung überraschend einen höheren Gas-Heizwert des Gemisches gegenüber dem Gas-Heizwert der einzelnen Produkte. Diese überraschende Erscheinung ist nur so erklärlich, daß in den einzelnen Verfahrensstufen eine Nachvergasung eintritt. Außerdem wird durch den relativ hohen Kalkgehalt, den das Papier hat, der in der Kohle enthaltene Schwefel bereits in der Asche zu CaS0 gebunden.
Die Ohlorbestandteile, die selbst bei geringen Mengen von PVC im Gasgemisch entstehen, werden innerhalb des Prozeßverlaufs während der Gaskühlphase im Temperaturbereich 500 - 350" durch den dem Gas zugemischten Kalk gebunden. In einer Kammer 40, die unterhalb des Filters angeordnet ist und als Ascheschleuse ausgebildet wurde, findet eine Umwandlung des CaS0 durch Luftbeimischung zu CaS04 statt. Werden beschleunigte chemische Umwandlungen :"Verfahren und Einrichtung...." des sich in dem Konusteil sammelnden CaS0 zu CaS04 in der Kammer 40 gewünscht, so kann deren Zuluft durch den Lufteinlaß 41 erwärmt oder erhitzt sein.
Die meisten Reststoffe der geschilderten Art sind relativ trocken und die als Zumischanteil erwähnte Braunkohle ist relativ feucht.
Es hat sich herausgestellt, daß die Unterschiede der Wassergehalte sich im Gesamtgemisch sehr gut ausgleichen. Es hat sich weiter ergeben, daß der relativ hohe Methanwert aus dem hohen Anteil der flüchtigen Bestandteile im Gemisch resultiert.
Ein weiterer Vorteil de Gemisches resultiert aus dem glücklichen Mischungsverhältnis in den aufgezeigten Verhältnissen. Die meisten Rest- und Abfallstoffe sind auch noch schlecht zu bunkern und schlecht zu transportieren. In diesem Bereich hat sich ferner ergeben, daß die Entzündlichkeit der Gesamtmischung geringer ist als bei reinem Kohlenstaub.
Es hat sich herausgestellt, daß die erwähnten Werte auch praktisch im Dauerbetrieb erzielbar sind. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß nunmehr sehr hohe prozentuale Anteile der Rest- und Abfallstoffe zuverlassig, ohne die Umwelt zu belasten, verarbeitbar sind.
:" Verfahren und Einrichtung...." Be zugsziffernverzeichnis 10 Reaktor 11 Gas-Staub-Wirbelzone 12 Zufuhröffnung zu 10 (für Rest- und Abfallstoffe) 13 Zufuhrleitung für Gas 14 Zufuhröffnung zu 10 (für Kohle) Dosierbunkerspitze (für Rest- und Abfallstoffe) 16 Dosierkolben (Zufuhr zu 10) 20 Gaskühler 30 Schlauchfilter 31 Reingasventile 32 Schleuse (Austrag des Staubes aus 30) 40 Luftgefüllte Kammer (Ascheschleuse) L1 Lufteinlaß für 40 42 Schleuse (Austrag CaS04) 50 Container

Claims

"Verfahren und Einrichtung zum thermochemischen Aufbereiten von Rest- und Abfallstoffen in einem Wirbelschicht-Reaktor mit Aufcracken der Phenole" Patentansprüche Verfahren zum thermochemischen Aufbereiten von Rest- und Abfallstoffen in einem Wirbelschicht-Reaktor mit Aufcracken der Phenole, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht aus inertfreien, körnigen Trägerstoffen besteht, der vergasungsfähige Rest- und Abfallstoffe, gegebenenfalls aus Biomassen, in der Wirbelschicht getrennt, jedoch untereinader mengenabhängig, zugemischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der intertfreie Trägerstoff aus körniger Stein- oder Braunkohle, gegebenenfalls unter Zusatz von Kalk, besteht.
3. Verfahren nach den Ansrüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zumischungsanteil der Rest- und Abfallstoffe 50 bis 90% des Gewichtanteiles beträgt.
:"Verfahren und Einrichtung 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Vergasung freiwerdende Kalk sowie der gegebenenfalls zugemischte Kalk gemeinsam die schwefeligen Anteile in der Asche zu CaSO bindet, das nach folgend in einer luftgefluteten Kammer zu CaS04 umgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Wirbelschicht kommenden Gase nach verlassen des Reaktorraumes eine Nachvergasung erfahren.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktorraum (10) ein Heißgasfilter (30) nachgeschaltet ist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Reaktor (io) und Heißgasfilter (30) ein Gaskühler (20) angeordnet ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgasfilter (30) als Schlauchfilter mit pneumatischer Abreinigung ausgeführt ist.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Staubauslaß des Heißgasfilters (30) :"Verfahren und Einrichtung...." eine luftgefüllte Kammer (40) zugeordnet ist.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubaustragungsschleusen (32,42) gasdichtend ausgebildet sind.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eintrag der Rest- und Abfallstoffe zwei räumlich voneinander getrennte Einfuhröffnungen angeordnet sind.
12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfuhr der Rest- und Abfallstoffe mittels eines reversierenden Kolbens (16) erfolgt.