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Gaswandler
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Die Erfindung betrifft einen Gaswandler zur therrnischen Umwandlung
eines hochmolekularen Kohlenwasserstoffe enthaltenden Schwelgases in Spaltgas, bestehend
aus einem feuerfest dusgemauerten Schacht, der einen Schwelgaseinlaß und eine freie
Brenn- und Reaktionskammer in seinem oberen Abschnitt sowie ein von den teilverbrannten
heißen Schwelgasen durchströmtes Feststoffbett aus einem schüttfähigen körnigen
Material aufweist, in dessen oberem Bereich sich eine ca. 1000 bis 1200 °C heiße
Reaktionszone ausbildet, und bei dem unterhalb dieses Feststoffbettes ein Spaltgasabzug
und ein Ascheaustrag vorgesehen ist.
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Ein derartiger Gaswandler wird in einer aus der DE-PS 2 432 504 bekannten
Pyrolyseanlage eingesetzt, in welcher hochreine Brenngase aus Haus- und Industriemüll,
Altreifen, Kunststoffabfällen oder anderenorganische Substanzen enthaltenden Materialien
durch eine zweistufige thermische Behandlung erzeugt werden. Die ggf. vorzerkieinerten
Abfullstoffe werden in einer indirekt beheizten Drehtrommel bei Tcmperaturen bis
zu 600 "C verschwelt. Die über einen Zyklon von den Feststoffen getrennt abgezogenen
Schwelgase enthalten eine Vielzahl von höherwertigen Kohlenwasserstoffen und werden
beim Einströmen in den freien Reaktionsrallrrl dez C;aswandlers durch Zumischen
von Luft unterstöchiometrisch bei Tertiperaturen bis ca. 1400° teilverbrannt, was
zu einer Aufspaltung dieser höherwertigen
Kohlenwasserstoffe fü2ert.
Ein wesentlicher Anteil an diesen Crack-Vorgängeri hat das irn Gaswandler vorgesehenc
Feststoffbett, das vorzugsweise aus oberflächenaktiven körnigen Materialien, insbesondere
Koks, in einer losen Schüttung von vorbestimmter möglichst gleichmäßiger Schichthöhe
besteht.
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Die dieses Feststoffbett durchströmenden heißen teilverbrannten Schwelgasc
erwärrnen die oberen Zonen dieses Feststoffbettes bis auf Temperaturen von 1000
bis 1200 "C und erzeugen damit eine heiße Reaktionszone, in welcher die Restbestandteile
an Kohlenwasserstoffen und anderen Substanzen des teilverbrannten Schwelgases durch
chemo-physikalische Oberflächenreaktionen an den einzelnen Feststoffkörnern gespalten
werden, ohne daß diese direkt an diesen Reaktionen teilnehmen und/oder verbrennen.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß sich nach längeren Betriebszeiten des Gaswandlers
an den Oberflächen der Feststoffpartikel Substanzen an lagern, die die Poren verstopfen
und zu einem Zusammensintern der Feststoffpartikel in der obersten Schicht führen,
wodurch der Wirkungsgrad der Reaktionszone herabgesetzt wird. Bei dem vertikal stehenden
Schacht des bekannten Gaswandlers hat es sich als schwierig und zeitaufwendig herausgestellt,
diese oberste Feststoffschicht irn Betrieb zu entfernen, weil dies nur von oben
durch die Eintragsöffnung hindurch vorgenommen werden konnte.
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Auch das vollständige Ersetzen eines Feststoffbettes ohne Betriebsunterbrechung
war nur durch die oberen Eintragsöffnungen des Schachtes vorzunehmen und das Herstellen
der notwendigen gleichmäßigen Schichthöhe des Feststoffbettes bereitete Schwierigkeiten.
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Auf gabe der Erfindung ist es, einen Gaswandler der eingangs genannten
Gattung zu schaffen, bei dem Teile oder das gesarnte Feststoffbett schnell und einfach
aus dem Schacht entfernt und durch neues Material ersetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dicse Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schacht
und damit das Feststoffbett zur Vertikalen geneigt angeordnet ist und im Bereich
der heißen Reaktionszone an seiner schräg nach unten weisenden Wand einen Feststoffaustrag
für die nicht mehr reaktionsfähigen Materialien sowie an seiner gegenüberliegenden
schräg nach oben weisenden Wand einen Feststoffeintrag für neues schüttfähiges Material
aufweist.
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Durch die Schrägstellung des Gaswandlers wird erreicht, daß die nicht
mehr ausreichend reaktionsfähigen Materialien nach Öffnen des Austrages selbsttätig
unter Beibehaltung einerparalellen Schichtdicke ablaufen, wenn der Neigungswinkel
des Gaswandlers und somit die Roststellung ausreichend groß gewählt wird. Nachdem
eine vorgegebene Schichthöhe des Feststoffbettes ausgetragen worden ist, kann nach
Schließen des Schiebers durch Öffnen der I3eschickungselnri( htung neues körniges
Reaktionsrnaterial in den Schachtinnenraum eingeführt werden, ohne daß hierzu besondere
Aggregate notwendig sind.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sollte der Neigungswinkel
des Schachtes etwa dem Schüttwinkel der das Feststoffbett bildenden Materialien
entsprechen, was die selbsttätige Ausbildung eines gleichmäßig hohen Feststoffbettes
ergibt. Aus bautechnischen Gründen kann der Neigungswinkel beispielsweise 450 betragen,
wodurch n sich die konstruktive Ausführung und Montage des Gaswandlers vereinfacht,
wobei dieser Winkel in etwa dem Schüttwinkel von Koks einer bestimmten Körnung entspricht.
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Eine einfache Einstellung der jeweils auszutragenden Schichthöhe
des Feststoffbettes läßt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
dadurch erreichen, daß der Feststoffaustrag eine durch einen Schieber verschließbare
Wandöffnung von einstellbarer Öffnungshöhe und einen daran anschließenden Fallschacht
mit wahlweise betätigbaren Absperrorganen umfaßt. Da dieser Schieber zumindest teilweise
den hohen Temperaturen in der Brenn- bzw. Reaktionskarrlmer sowie in der Reaktionszone
ausgesetzt ist, sollte er an seiner Innenfläche mit Feuermindestens gleich festmaterialien
ausgekleidet sein und einen Öffnungsweg haben, der / der Schichtdicke des Feststoffbettes
ist, damit durch eine Öffnungsbewegung in Richtung der Schachtlängsachse nach unten
nicht nur die oberen Schichten sondern auch das gesamte Feststoffbett aus dern Schachtinneren
entfernt werden kann, was beispielsweise bei größeren Instandsetzungsarbeiten oder
bei einer erheblichen Änderung der Schwelgaszusammensetzung notwendig ist.
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Ein schnelles und einfaches Auffüllen des Feststoffbettes wird durch
eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung erreicht, bei welcher der Feststoffeintrag
eine Wandöffnung mit einem angeschlossenen Trichter ist, welcher mindestens einen
Schieber enthält und an den ein Beschickungsbehälter angeschlossen werden kann.
Der während des Gaswandlerbetriebes mit körnigem Reaktionsmaterial gefüllte und
durch einen Schieber abgedichtete Behälter wirkt als Schleuse und ermöglicht, wenn
erforderlich, durch Öffnen der Schieber ein Nachfüllen von neuem Material während
des Wandlerbetriebes.
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Der durch mindestens einen Schieber verschlossene Einfülltrichter
ermöglicht ferner die Verwendung eines geschlossenen Beschickungsbehälters, der
z.B. mittels eines Kranes an dem oberen Trichterstutzen während des Wandlerbetriebes
aufgesetzt und angeflanscht werden kann.
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Um eine gleichmäßige Schichthöhe des Feststoffbettes zu gewährleisten
und ggf. zu Klumpen zusammengesinterte Teile des Feststoffes aus ihrem Verband zu
lösen und damit leichter austragen zu können, kann in einer vorgegebenen Höhe oberhalb
des Feststoff bettes ein von außerhalb des Gaswandlers in Längsrichtung betätigter
Rechen höhenverstellbar in der Brennkammer angeordnet sein, der bei Normalbetrieb
des Gaswandlers in einer entsprechenden Auskehlung einer Seitenwand sitzt.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
einen Gaswandler schernatisch im Vertikalschnitt zeigenden Zeichnung ausführlich
beschrieben.
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Der dargestellte Gaswandler besteht aus einem Schacht 1, der mit
seiner Längsachse um einen Winkel d; zur Vertikalen geneigt angeordnet ist. Die
Seiten-, Decken- und Bodenwände 2 des Schachtes 1 sind feuerfest und wärmeisoliert
ausgernauert und der Außenmantel 3 ist durch Profileisen versteift abgestützt. Am
oberen Schachtende ist ein Einzig 4 iri Form eines mit Feuerfestmaterial 5 beschichteten
Injektors 4
angeordnet, an dem ein wärmeisoliertes Schwelgasrohr
6 mit einem zentralen Luftzufuhrrohr 7 angeschlossen ist. Zum Ausgleich von Wärmedehnungen
ist die Ausmauerung 2, 8 mit Dehnschlitzen 9 versehen. Am Übergang der Stirnwand
10 in den konischen Einströmteil II des Injektors 4 sitzt ein geson<lerter Zündbrenner
12 für den Anfahrbetrieb des Gaswandlers.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, mündet der inströmteil 11 des
Injektors 4 in eine von Einbauten freie Reaktions- und Brennkammer 15, die den größeren
Teil des Schachtinnenraumes einnimmt. Unterhalb dieser Brenn- und Reaktionskammer
15 befindet sich ein Feststoffbett 16 aus einem oberflächenaktiven körnigen Schüttgut,
das in Betrieb in seiner gesamten, gleichmäßigen Schichthöhe von den irn Reaktionsraum
15 teilverbrannten und dabei bis auf Temperaturen von cd. 1300 bis 1400° aufgeheizten
Gasen durchströmt wird. Die Materialien für dieses Feststoffbett 16 können z.B.
Kokse verschiedener ausgewählter Korngrößern, Keramikscherben oder Tübbing-Pellets
sem, die aufgrund ihrer ITeinstruktur sehr große und drnit aktive Oberflächen besitzer0.
Der Einsatz von Holzkohle und/oder Koks einer ausgewählten Körnung wird bevorzugt.
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Das Feststoffbett 16 ruht auf einem Rost 17, der bei drr dargestellten
Ausführung als Schwenkrost ausgebildet ist. Unterhalb dieses Rostes 17 befindet
sich ein Spaltasabzug 20 und ein Fallschacht 18 mit einem Schieber 19.
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An der schräg nach unten weisender Wand 21 des Schachtes 1 bzw.
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der Brennkammer 15 ist im Bereich des Feststoffbettes 16 cm Feststoffaustrag
22 vorgesehen, der aus einer Wandöffnung 23 und aus einem daran angeschlossenen
Fallschacht 24 besteht, welcher ebenfalls von einem Isoliermantel 25 umgeben ist.
Mittels einer Schieberschleuse 26 kann das Material aus dem Fallschacht 24 entleert
werden. Die Wandöffnung 23 ist höher als die Schichtdicke des dargestellten Feststoffbettes
16 und ausreichend brent, um eine gleichmäßige Schichtpartie von nicht mehr reaktionstätigem
Bettmaterial auchohne zusätzliche
Hilfsmittel austragen I.ti können.
Die Wandöffnung 23 wird durch eiocro ch iber 27 verschlossen, der an Endc mindestens
eines Stößels 28 befestigt wind an seiner Innenseite mit Feuerfest-Material 29 beschichtet
ist. Wie dargestellt, kann der Schieber 27 von einem Druckmittelzylinder 30 in Doppelpfeil-Richtung
der Brennkammerlängsachse aus seiner dargestellten geschlossenen Stellung in eine
teilweise oder voll geöffnete Stellung verschoben werden.
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In der oberen Brennkarnmerwand 31 ist im Bereich des Feststoffbettes
16 eine Eintragsöffnung 32 vorgesehen, deren Breite etwa derjenigen des Feststoffbettes
16 entspricht und an die ein von einem Isolier- und Stützmantel 33 umgebener Trichter
34 angeschlossen ist, der sich nach unten erweitert. Im oberen verjüngten Endabschnitt
des Trichters 34 sitzt eine von einem Stellantrieb 35 betätigbare Schieberschleuse
36, die - ebenso wie die Schieberschleuse 26 - einen oder mehrere wechselweise betätigbare
Absperrschieber enthalten kann.
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Am oberen Trichterende ist ein geschlossener Feststoffbehälter 37
lösbar und gasdicht befestigt.
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Im Betrieb wird ca. 400 bis 600 °C heißes Schwelgas durch den Mischkopf
6 und vorgewärmte Luft durch die Luftdüse 7 in einem vorbestimmten Mengenverhältnis
über den Injektor 4 in die Brenn- und Reaktionskammer 15 eingeführt, in welcher
das Schwelgas-Luft-Gemisch unterstöchiometrisch bei Temperaturen von ca. 1200 bis
1500 °C unter Spaltung der höherwertigen Kohlenwasserstoffe verbrennt. Das reagierende
Gasgemisch durchströmt das Feststoffbett 16, wobei si('h in dessen oberer Schicht
eine gltitheiße Reaktionszone von etwa 1000 bis 1200 °C ausbildet. Da in den Schwelgasen
geringe Anteile an relativ niedrigschmelzcnden Stäuben und anderen Substanzen enthalten
sind, die sich an die Partikel schmelzflüssig anlagern, bildet sich an den Oberflächen
der Feststoffpartikel allrnählich eine schmelzflüssige Schicht, welche die Poren
zusetzt und schlicßlich zu einem Zusarnmenbacken der Bettpartikel führt. Sobald
dieser Zustand bei der kontinuierlichen Uberwachung der Gasströmung z.B. durch steile
Zunahme des Strömungswiderstandes festgestellt wird, niuß die oberste, nicht mehr
ausreichend reaktionsfähige Schicht des Feststoffbettes entfernt und durch neues
Material ersetzt werden. Zu diesein
Zweck wird der Schieber 27
durch Betätigen des Druckmittelzylinders 30 um einen vorbestimmten Betrag nach unten
verschoben und die auszutragende Schicht des Feststoffbettes fällt aufgrund der
geneigten Anordnung des Schachtes selbsttätig durch die Wandöffnung 23 in den vom
Sperrschieber 26 geschlossenen Fallschacht 24. Dabei bestimmt die vorgegebene Größe
der Schieberbewegung die Höhe der abzutragenden Schicht des Feststoffbettes, das
bei ganz zurückgezogenen Schieber 27 auch vollständig aufgestragen werden kann.
Da der Rost 16 geneigt angeordnet ist, was dern Schüttwinkel des eingesetzten Kokses
entspricht, vollzieht sich der Austragsvorgang selbständig. I-alls notwendig, kann
während des Austragsvorganges ein mit verstellbaren Abstand über dem Feststoffbett
angeordneter Rechen 40 quer zur Zeichenebene betätigt werden, urn z. B. größere
Klumpen zu lösen tind ein gleichmäßiges Absutschen des auszutragenden Feststoffmaterials
zu fördern.
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Der Rechen 40 sitzt normalerweise in einer Wandauskehlung.
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Anschließend an den Austrag der "verbrauchten" Feststoffschicht wird
diese nach Öffnen des Schiebers 36 durch neues Material aus dem Beschickungsbehälter
37 ersetzt. Dabei ist der Schieber 27 gcs( ltlossci0.
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Nach diesem Auffüllvorgang des Feststoffbettes ist der Gaswandler
wieder betriebsbereit. Durch das Vorsehen des Schiebers 36 und des geschlossenen
Beschickungsbehälters 37, der eine untenliegende Absperrung besitzt, wird das Einströmen
von Fremdluft vermieden.
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Der gefülltc Beschickungsbehälter 37 wird bei geschlossenem Schieber
36 auf dds Trichterende 34 aufgesetzt und gasdicht befestigt. Dies hat insbesondere
fir kleinere Anlagen den Vorteil, daß die Behälter 37 bequem auf Bodenniveau mit
Koks oder anderem Feststoffbette-Material gefüllt und anschließend mittels eines
Kranes auf den Trichter 34 aufgesetzt werden können. Der Zulauf des Reaktormaterials
erfolgt nach Öffnen vom Schieber 36 und der Behalterabsperrung.