DE3614048A1 - METHOD AND DEVICE FOR GASIFYING LOW-QUALITY FUELS IN A FLUID METAL MELTING BATH - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR GASIFYING LOW-QUALITY FUELS IN A FLUID METAL MELTING BATHInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung zur Vergasung minderwertiger Brennstoffe in einem feuerflüssigen Metallschmelzbad, insbesondere einem Eisenschmelzbad.The invention relates to a method and Device required to carry out the method for the gasification of inferior fuels in one Flammable molten metal bath, especially one Iron melting bath.
Bei der Vergasung von Kohlenstoff- und/oder kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen in einem feuerflüssigen Metallbad wie z.B. in einer Eisenschmelze, müssen relativ hochwertige Brennstoffe wie z.B. Gasflammkohle, Anthrazit, Steinkohlenkoks oder Braunkohlenkoks mit einem ausreichend hohen Heizwert eingesetzt werden, um Wärmeverluste der Vergasungsanlage ausgleichen zu können und die Temperatur des Eisenbades auf einer konstanten Höhe zu halten. Sinkt der Heizwert der zu vergasenden Brennstoffe zu weit ab, so kann eine Temperaturabnahme und schließlich ein Einfrieren des Eisenbades auftreten. Dem kann entgegengewirkt werden, indem mit überstöchiometrischem Sauerstoffverhältnis gefahren wird, daß heißt, daß zur Wärmeinbringung in den Prozeß zumindest ein Teil des erzeugten energiereichen Prozeßgases verbrannt werden muß. Dadurch verschlechtert sich jedoch die Qualität des erzeugten Prozeßgases. Die störenden CO2- und H2O-Komponenten müßten im Falle von qualitativ hochgesteckten Anforderungen an das Produktgas einer nachfolgenden kostenverursachenden Gasreinigungsstufe bzw. Gaswäsche unterzogen werden.When gasifying carbon and / or hydrocarbonaceous fuels in a molten metal bath such as an iron smelter, relatively high-quality fuels such as gas flame coal, anthracite, hard coal coke or brown coal coke with a sufficiently high calorific value must be used to compensate for heat losses in the gasification plant and to keep the temperature of the iron bath at a constant level. If the calorific value of the fuels to be gasified drops too much, a decrease in temperature and finally freezing of the iron bath can occur. This can be counteracted by operating with a stoichiometric oxygen ratio, which means that at least a portion of the high-energy process gas generated must be burned to introduce heat into the process. As a result, however, the quality of the process gas generated deteriorates. The disruptive CO 2 and H 2 O components would have to be subjected to a subsequent cost-causing gas cleaning stage or gas scrubbing in the case of high demands on the product gas.
Aus der DE-OS 30 31 680 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das in der Eisenschmelze eines Konverters erzeugte, im wesentlichen CO und H2 enthaltende Prozeßgas mittels eines zusätzlich auf die Schmelzbadoberfläche aufgeblasenen Oxidationsmittels, z.B. Sauerstoff oder Luft, im Konverterraum oberhalb der Schmelze angesaugt und teilweise verbrannt wird, wobei die dabei entstehende Verbrennungswärme an die Eisenschmelze übertragen werden soll. Dadurch soll es gelingen, mit dem bekannten Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen im Eisenbadkonverter ohne Zusatz von anderen energiereichen Brennstoffen wie z.B. Aluminium oder Silizium, Kohlesorten mit geringem Heizwert zu vergasen. Das Produktgas enthält hierbei jedoch auch einen großen Anteil von CO2 und H2O, wodurch die Gasqualität stark vermindert wird.From DE-OS 30 31 680 a method is known in which the process gas produced in the molten iron of a converter, essentially containing CO and H 2 , by means of an oxidizing agent, for example oxygen or air, additionally blown onto the surface of the molten bath in the converter space above the melt is sucked in and partially burned, with the resulting heat of combustion being transferred to the molten iron. This should make it possible to use the known method for gasifying carbon-containing fuels in an iron bath converter without the addition of other high-energy fuels such as aluminum or silicon to gasify types of coal with a low calorific value. However, the product gas also contains a large proportion of CO 2 and H 2 O, which greatly reduces the gas quality.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung zur Vergasung von minderwertigen Brennstoffen in einem feuerflüssigen Metallschmelzbad, insbesondere einem Eisenschmelzbad, anzugeben, mit denen ein qualitativ hochwertiges Gas unter Vermeidung von nachgeschalteten Gaswäschen zur CO2/H2O-Abscheidung mit aus dem metallurgischen Bereich stammenden Maßnahmen erzeugt werden kann.It is an object of the invention to provide a method and a device required for carrying out the method for the gasification of inferior fuels in a molten metal molten bath, in particular an iron molten bath, with which a high-quality gas can be used to avoid CO 2 / H 2 O downstream gas scrubbing -Deposition can be generated with measures originating from the metallurgical field.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die minderwertigen Brennstoffe in eine erste Reaktionszone mit einem Metallschmelzbad und hochwertige Brennstoffe in eine zweite Reaktionszone mit einem Metallschmelzbad eingeführt werden, wobei die Gasräume der beiden Reaktionszonen voneinander getrennt gehalten werden und das Metallschmelzbad der ersten Reaktionszone mit dem Metallschmelzbad der zweiten Reaktionszone vermischt wird. In procedural terms, it does the job solved that the inferior fuels in a first Reaction zone with a molten metal bath and high quality Fuels into a second reaction zone with a Metal molten bath are introduced, the gas spaces of the two reaction zones kept separate and the molten metal bath of the first reaction zone with the molten metal bath of the second reaction zone is mixed.
Durch die separate Einbringung von minderwertigem Brennstoff in die erste Reaktionszone und die davon getrennte Einbringung von hochwertigen Brennstoffen in die zweite Reaktionszone werden eine ganze Reihe von Vorteilen erzielt:Through the separate introduction of inferior Fuel into and out of the first reaction zone separate introduction of high quality fuels into the second reaction zone will be quite a number of Benefits achieved:
Als Prozeßgas entsteht aus der zweiten Reaktionszone ein qualitativ hochwertiges und nicht durch CO2 und H2O-Anteile verunreinigtes Gas. Das in der ersten Reaktionszone entstehende energiearme Abgas, zumeist aus den Flüchtigen Bestandteilen der minderwertigen Brennstoffe bestehend, wird zum Teil zur Wärmeeinbringung in das Metallschmelzbad vollständig verbrannt und zum Teil für andere Aufgaben und Zwecke innerhalb des gesamten Prozesses verwendet. Der in der ersten Reaktionszone in das Metallschmelzbad in Lösung gehende Kohlenstoff gelangt durch Vermischen des Metallschmelzbades aus der ersten Reaktionszone mit dem Metallschmelzbad aus der der zweiten Reaktionszone in den Entkohlungs- bzw. Vergasungsbereich des Metallschmelzbades, in dem in der zweiten Reaktionszone der im Metall gelöste Kohlenstoff durch Eindüsen oder Aufblasen des Vergasungsmittels, wie z.B. Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft oder mit Sauerstoff angereichertem Abgas aus der ersten Reaktionszone zu gasförmigem Kohlenmonoxid teiloxidiert wird. Das hieraus entstehende hochwertige Produktgas, das seine Kohlenstoffanteile aus hochwertigem und minderwertigem Brennstoff bezieht, bedarf keiner nachgeschalteten Gaswäsche mehr.As a process gas, the second reaction zone produces a high quality gas that is not contaminated by CO 2 and H 2 O components. The low-energy exhaust gas that arises in the first reaction zone, mostly consisting of the volatile components of the inferior fuels, is partly burned completely to introduce heat into the molten metal bath and partly used for other tasks and purposes within the entire process. The carbon going into solution in the molten metal bath in the first reaction zone passes through mixing the molten metal bath from the first reaction zone with the molten metal bath from the second reaction zone into the decarburization or gasification region of the molten metal bath, in which the carbon dissolved in the metal in the second reaction zone is partially oxidized to gaseous carbon monoxide by injecting or inflating the gasification agent, such as oxygen or oxygen-enriched air or oxygen-enriched exhaust gas from the first reaction zone. The resulting high-quality product gas, which obtains its carbon content from high-quality and low-quality fuel, no longer requires gas scrubbing.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Metallschmelzbad in der ersten Reaktionszone von einer Schlackenschicht freigehalten wird bzw. eine sich aus Asche- und nichtbrennbaren Bestandteilen der zu vergasenden minderwertigen Brennstoffe bildende Schlacke vom Metallschmelzbad abgezogen wird, und in die zweite Reaktionszone Schlackebildner eingeführt werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß in der ersten Reaktionszone ein guter Wärme- und Stoffübergang erfolgen kann. Die aus der Verbrennung der Flüchtigen Bestandteile aus den minderwertigen Brennstoffen entstehende Wärme kann ohne eine hinderliche Schlackenschicht (mit schlechter Wärmeleitfähigkeit) vom Metallschmelzbad aufgenommen werden. Der Stoffübergang bzw. das in Lösung gehen des Kohlenstoffs aus dem minderwertigen Brennstoff in das Metallschmelzbad wird durch keine Schlackenschicht behindert und kann aufgrund der Schmelzbadbewegung bzw. des ständigen Stoffaustausches der flüssigen Phase zwischen den beiden Reaktionszonen ausreichend schnell erfolgen. Der in den minderwertigen Brennstoffen enthaltene Schwefel geht größtenteils im Metallschmelzbad in der ersten Reaktionszone in Lösung und wird durch die in die zweite Reaktionszone eingeführten basischen Schlackebildner wie z.B. Kalk in der sich dort bildenden Schlacke abgebunden, so daß im erzeugten Produktgas nahezu keine Schwefelkomponenten enthalten sind. Die Schlacke in der zweiten Reaktionszone wird von Zeit zu Zeit abgezogen und durch zugeführten Kalk erneut gebildet.In an embodiment of the invention it is provided that Metal melt bath in the first reaction zone of one Slag layer is kept clear or one from Ash and non-combustible components of the to gasifying slag forming inferior fuels is withdrawn from the molten metal bath, and into the second Reaction zone slag formers are introduced. On this ensures that in the first Reaction zone a good heat and mass transfer can be done. The burning of the fugitives Ingredients from the inferior fuels resulting heat can be without an obstacle Slag layer (with poor thermal conductivity) from Metal melting bath are included. The mass transfer or the solution of the carbon from the inferior fuel in the molten metal bath hindered by no slag layer and can due to the movement of the melt pool or the constant Mass transfer of the liquid phase between the two Reaction zones take place sufficiently quickly. The contained in the inferior fuels Most of the sulfur is in the molten metal bath in the first reaction zone in solution and is by the in the second reaction zone introduced basic Slag formers such as Lime in the form there Slag set, so that in the product gas generated almost no sulfur components are contained. The Slag in the second reaction zone will from time to time Subtracted time and again by added lime educated.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als minderwertige Brennstoff Braunkohle, minderwertige Steinkohle, Torf, Holz, Sägespäne, Sägemehl, Stroh, landwirtschaftliche Abfallprodukte, Teer, Bitumen, Pech, Altöl, Schweröl, Ölschiefer, Hausmüll, Sperrmüll, Abfallstoffe, Kunststoffe, Klärschlamm, Autoreifen, Altgummi oder ähnliche Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltende Materialien sowie Gemenge aus diesen Materialien in entsprechend zerkleinerter oder agglomerierter Form in die erste Reaktionszone mit Metallschmelzbad eingeführt werden. Erst durch die erfindungsgemäße Verfahrenskombination von zwei bezüglich der Gasphase getrennten und bezüglich der Schmelzbadphase in Verbindung stehenden Reaktionszonen wird sehr vorteilhaft das Spektrum an minderwertigen Brennstoffen in der aufgezählten Form für die Vergasung im feuerflüssigen Metallschmelzbad erweitert, wobei in die erste Reaktionszone alle denkbaren minderwertigen Brennstoffe eingesetzt werden können und das hierbei entstehende Abgas wiederverwendet und im Metallbad der zweiten Reaktionszone "abgefiltert" wird.In a further embodiment of the invention, that as an inferior fuel lignite, inferior hard coal, peat, wood, sawdust, Sawdust, straw, agricultural waste products, Tar, bitumen, pitch, waste oil, heavy oil, oil shale, Household waste, bulky waste, waste materials, plastics, Sewage sludge, car tires, waste rubber or similar Containing carbon and hydrocarbons Materials as well as mixtures of these materials in according to crushed or agglomerated form in the first reaction zone with molten metal bath was introduced will. Only through the invention Process combination of two with respect to the gas phase separated and in relation to the molten bath phase in Related reaction zones will be very advantageous the spectrum of low-quality fuels in the enumerated form for the gasification in the expanded molten metal bath, being in the first reaction zone all conceivable inferior Fuels can be used here The resulting exhaust gas is reused and in the metal bath second reaction zone is "filtered".
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur vereinfachten Handhabung und zur Qualitätsvergleichmäßigung der verschiedenartigsten minderwertigen Brennstoffe vorgesehen, daß der minderwertige Brennstoff in Behältnisse verpackt, portionsweise in die erste Reaktionszone auf das Metallschmelzbad eingeführt wird. Bei Verwendung von Behältnissen für die minderwertigen Brennstoffe können einfache Transport- bzw. Förder- und Einspeisungssysteme wie z.B. offene Förderbänder, Schwingförderer oder Zellenradschleusen verwendet werden. Ein Gemisch der minderwertigen Brennstoffe kann beispielsweise aus zerkleinertem oder aufbereitetem Ölschiefer, Gummiabfällen und Bitumen oder aus aufbereitetem Hausmüll, Sägemehl und Altöl bestehen.In a further embodiment of the invention simplified handling and Quality equalization of the most varied inferior fuels provided that the low-quality fuel packed in containers, in portions in the first reaction zone Metal molten bath is introduced. When using Containers for the inferior fuels can simple transport or conveyor and feed systems such as. open conveyor belts, vibratory conveyors or Cell wheel locks are used. A mixture of the low-quality fuels can, for example crushed or processed oil shale, Rubber waste and bitumen or from processed Household waste, sawdust and waste oil exist.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn als Behältnisse verschließbare Dosen, Eimer, Kisten, Fässer, Tüten oder Säcke aus aufschmelzbarem und/oder verbrennbarem Material verwendet werden. Dabei können die Dosen, Eimer oder Fässer sehr vorteilhaft z.B. aus Blech bestehen, das im Eisenbad aufschmilzt und zum Ausgleich der mit dem Abgas bzw. Prozeßgas ausgetragenen Eisenstaubverluste beiträgt. Die Kisten, Tüten oder Säcke können z.B. aus Holz, Kunststoff, Papier oder Jute bestehen und tragen durch ihre Verbrennung zur Wärmeeinbringung in die erste Reaktionszone bei.Here it is advantageous if as containers closable cans, buckets, boxes, barrels, bags or Sacks made of meltable and / or combustible Material can be used. The cans, buckets or barrels very advantageous e.g. consist of sheet metal, that melts in the iron bath and to compensate for the the exhaust gas or process gas discharged Loss of iron dust contributes. The boxes, bags or Sacks can e.g. made of wood, plastic, paper or jute exist and contribute through their combustion Heat input into the first reaction zone.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens die erste Reaktionszone mit einem Druck von 1 bis 10 bar, vorzugsweise mit 3 bar betrieben wird und die geschlossenen Behältnisse mittels wenigstens einer Gas- und druckdichten Schleuse in diese Reaktionszone eingeführt werden.In a further embodiment of the invention, that at least the first reaction zone with a pressure from 1 to 10 bar, preferably operated at 3 bar and the closed containers by means of at least a gas and pressure-tight lock in this Reaction zone are introduced.
Durch den Druckbetrieb in wenigstens der ersten Reaktionszone wird einer Staub- und Rußbildung im energiearmen Abgas der ersten Reaktionszone entgegengewirkt. Durch die Verdichtung des Gases stehen im gleichen Reaktionsraum mehr Gasmoleküle z.B. der Flüchtigen Bestandteile für die Verbrennung zur Verfügung; die Wärmekapazität des Gases wird erhöht und das Wärmeeinbringen in das Metallschmelzbad verbessert.By printing in at least the first Reaction zone is a dust and soot formation in the low-energy exhaust gas from the first reaction zone counteracted. Stand by the compression of the gas more gas molecules in the same reaction space e.g. the Volatile components for combustion Disposal; the heat capacity of the gas is increased and the introduction of heat into the molten metal bath is improved.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der ersten Reaktionszone die aus dem minderwertigen Brennstoff entweichenden Gasbestandteile, wie z.B. die Flüchtigen Bestandteile und andere Pyrolyseprodukte, mit zugeführtem Sauerstoff zur Reaktion gebracht bzw. wenigstens teilverbrannt werden. Durch die Verbrennung der brennbaren Gasbestandteile wird sehr vorteilhaft die zur Aufrechterhaltung der Temperaturkonstanz des Metallbades in der ersten Reaktionszone benötigte Wärme bereitgestellt bzw. ein Ausgleich der Wärmeverluste geschaffen.In a further embodiment of the invention, that in the first reaction zone from the gas components escaping inferior fuel, such as. the volatile components and others Pyrolysis products, with added oxygen for Reaction brought or at least partially burned. By burning the combustible gas components will be very beneficial in maintaining the Constant temperature of the metal bath in the first Reaction zone required or provided heat Compensation for heat losses created.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Menge des Abgases aus der ersten Reaktionszone möglichst klein gehalten wird und daß Abgas nach direkter Abkühlung, vorzugsweise durch einen Schwebegas- Wärmeaustausch in Suspension mit feinkörniger Kohle und/oder Kalkstein, als Rührgas, als Trägergas für die in die zweite Reaktionszone einzuführenden Feststoffe wie z.B. Kohle, Koks, Kalk und feinkörnige, aus der ersten Reaktionszone abgezogene Schlacke, und/oder als Vergasungsmittel in der zweiten Reaktionszone verwendet wird.In a further embodiment of the invention, that the amount of exhaust gas from the first reaction zone is kept as small as possible and that exhaust gas after direct cooling, preferably by means of a Heat exchange in suspension with fine-grained coal and / or limestone, as a stirring gas, as a carrier gas for the solids to be introduced into the second reaction zone such as. Coal, coke, lime and fine-grained from which withdrawn slag in the first reaction zone, and / or as Gasifying agent used in the second reaction zone becomes.
Das Abgas aus der ersten Reaktionszone wird zum größten Teil in den Gesamtprozeß zurückgeführt, da es z.B. durch den direkten Kontakt mit feinkörniger Kohle im Schwebegas-Wärmetausch zum einen noch Wertstoffe wie z.B. CO, CH4, eisen- und kohlenstoffhaltigen Staub enthält, zum anderen aber auch Schwefelkomponenten, Ruß und Stickoxide enthalten kann, die nicht ohne besondere Abscheidemaßnahmen mit dem Abgas in die Atmosphäre freigesetzt werden dürfen.Most of the exhaust gas from the first reaction zone is returned to the overall process, since it contains valuable materials such as CO, CH 4 , iron and carbon-containing dust, for example, through direct contact with fine-grained coal in the floating gas heat exchange, but on the other hand can also contain sulfur components, soot and nitrogen oxides, which must not be released into the atmosphere with the exhaust gas without special separation measures.
Die Investitions- und Betriebskosten für eine Entstaubungs- und Entschwefelungs- bzw. Entstickungs-Einrichtung können minimiert werden, wenn die Abgasmenge insgesamt bzw. die an die Atmosphäre freizusetzende Abgasmenge gemäß der Erfindung möglichst klein gehalten wird. Das wird auf einfache und vorteilhafte Art durch Recycling des größeren Teils der Abgasmenge erreicht, indem das Abgas aus der ersten Reaktionszone wiederum in das Metallschmelzbad der zweiten Reaktionszone eingedüst wird, wobei es z.B. als Rührgas zur gerichteten Strömungserzeugung im Schmelzbad, als Trägergas für die partikelförmigen Brennstoffe und Kalk oder gemahlene Schlacke aus der ersten Reaktionszone, als Kühlmittel für Sauerstoffblasdüsen oder als mit Sauerstoff angereichertes Vergasungsmittel verwendet wird. The investment and operating costs for one Dedusting and desulfurization or Denitrification facility can be minimized, though the total amount of exhaust gas or to the atmosphere amount of exhaust gas to be released as possible according to the invention is kept small. That will be simple and advantageous way by recycling most of the Exhaust gas volume reached by the exhaust gas from the first Reaction zone in turn in the molten metal bath is injected into the second reaction zone, e.g. as Stirring gas for directed flow generation in the Melting bath, as a carrier gas for the particulate Fuels and lime or ground slag from the first reaction zone, as a coolant for Oxygen blowing nozzles or as with oxygen enriched gasification agent is used.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß durch entsprechend gerichtete Eindüsung der sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel und der hochwertigen Brennstoffe in die zweite Reaktionszone sowie durch entsprechend gerichtete Eindüsung von Verbrennungssauerstoff und/oder eines Rührgases in die erste Reaktionszone eine horizontale Strömung des flüssigen Metallbades zwischen den beiden Reaktionszonen erzeugt wird. Dadurch wird mit Sicherheit gewährleistet, daß ein ständiger Austausch der Metallbäder in den beiden Reaktionszonen erfolgt, so daß der in der ersten Reaktionszone in Lösung gegangene Kohlenstoff durch Eindüsung von Sauerstoff in die zweite Reaktionszone teiloxidiert wird und ein hochwertiges, im wesentlichen CO und H2-haltiges Produktionsgas ergibt. Durch den Austausch der Metallbäder wird weiterhin auch sichergestellt, daß die Temperatur der Metallschmelzen in beiden Reaktionszonen gleich hoch ist und konstant bleibt.In a further embodiment of the invention it is provided that a horizontal flow of the liquid metal bath between the two reaction zones by appropriately directed injection of the oxygen-containing gasification agents and the high-quality fuels into the second reaction zone and by appropriately directed injection of combustion oxygen and / or a stirring gas into the first reaction zone is produced. This ensures with certainty that there is a constant exchange of the metal baths in the two reaction zones, so that the carbon dissolved in the first reaction zone is partially oxidized by injecting oxygen into the second reaction zone and a high-quality, essentially CO and H 2 - contains production gas. The exchange of the metal baths also ensures that the temperature of the metal melts is the same in both reaction zones and remains constant.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die aus der ersten Reaktionszone abgezogene Schlacke zumindest teilweise in die zweite Reaktionszone geführt wird. Dadurch kann zum einen in der zweiten Reaktionszone noch eine Einbringung von im Metallschmelzbad gelösten Schwefel in diese Schlackenanteile bis nahe an die Sättigungsgrenze erfolgen, zum anderen werden die gegebenenfalls noch in der Schlacke enthaltenen Metalloxide reduziert, das Metall ins Metallbad zurückgeführt und damit Metallverluste aus der zweiten Reaktionszone über die abgezogene Schlackenphase verringert.In a further embodiment of the invention, that the slag drawn off from the first reaction zone led at least partially into the second reaction zone becomes. This can be done in the second Reaction zone still introducing Metal molten bath dissolved sulfur in this Slag levels close to the saturation limit on the other hand, they may still be in the metal oxide contained in the slag reduces that Metal returned to the metal bath and thus Metal losses from the second reaction zone over the withdrawn slag phase reduced.
In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung mit einem Metallbadreaktor gelöst, bei dem im mittleren Bereich des Reaktors eine Trennwand angeordnet ist, die am Boden des Reaktors wenigstens eine Durchlaßöffnung für das flüssige Metall aufweist, und daß die durch die Trennwand gebildeten zwei Reaktionskammern jeweils Zuführungsorgane für Brennstoffe und sauerstoffhaltige Vergasungsmittel und jeweils ein Abzugsorgan für flüssige Schlacke und/oder Metall aufweisen, wobei weiterhin die erste Reaktionskammer ein Abzugsorgan für das energiearme Abgas und die zweite Reaktionskammer ein Abzugsorgan für das energiereiche Produktgas aufweisen.In terms of device, that of the invention underlying task with a Solved metal bath reactor, in the middle a partition is arranged on the bottom of the reactor the reactor at least one passage opening for the has liquid metal, and that by the Partition formed two reaction chambers each Feeding devices for fuels and oxygen-containing Gasifying agent and an extractor for each have liquid slag and / or metal, wherein continue to be the first reaction chamber for an extractor the low-energy exhaust gas and the second reaction chamber Have a trigger for the high-energy product gas.
Mittels der Trennwand wird die Vermischung der beiden Gasphasen in der ersten und zweiten Reaktionskammer ausgeschlossen. Das aus der ersten Reaktionskammer rückgeführte Abgas wird in der zweiten Reaktionskammer zu hochwertigen Gaskomponenten umgewandelt. Schwefel wird in die Schlacke abgebunden, Stickoxide werden reduziert, Ruß wird gecräckt und vergast; CO2- und H2O-Komponenten werden zu CO und H2 reduziert, der überschüssige Sauerstoff geht mit dem im Metallschmelzbad gelösten Kohlenstoff in Verbindung und bildet ebenfalls CO.The mixing of the two gas phases in the first and second reaction chambers is excluded by means of the partition. The exhaust gas recirculated from the first reaction chamber is converted into high-quality gas components in the second reaction chamber. Sulfur is bound in the slag, nitrogen oxides are reduced, soot is cracked and gasified; CO 2 and H 2 O components are reduced to CO and H 2 , the excess oxygen combines with the carbon dissolved in the molten metal bath and also forms CO.
Durch die gasphasengetrennte Koppelung der beiden Reaktionskammern können in die erste Reaktionskammer alle in Frage kommenden vergasbaren Abfallstoffe und Materialien eingeführt werden (dieser Reaktorteil "frißt" alles) ohne eine negative Auswirkung wie etwa eine Qualitätsverschlechterung auf das endgültige Produktgas bewirken zu können.Through the gas-phase separation of the two Reaction chambers can be in the first reaction chamber all gasifiable waste materials and Materials are introduced (this part of the reactor "eats" everything) without a negative impact such as a deterioration in quality to the final To be able to effect product gas.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung kann in anderer vorrichtungsmäßiger Weise auch durch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei voneinander getrennten Reaktoren mit Reaktionskammern gelöst werden, die jeweils Zuführungsorgane mit Brennstoffe und sauerstoffhaltige Vergasungsmittel, jeweils Abzugsorgane für das erzeugte Abgas bzw. Produktgas, und jeweils Abzugsorgane für flüssige Schlacke und/oder flüssiges Metall aufweisen, und die über wenigestens eine im unteren Seitenwandbereich der Reaktionskammern angeordnete Rohrleitung für das flüssige Metall in Verbindung stehen. Diese Ausführungsvariante mit zwei durch wenigstens eine, vorzugsweise durch zwei feuerfest ausgekleidete Rohrleitungen verbundene Reaktorkammern stellt eine andere Möglichkeit dar, bei Trennung der Gasphasen einen Austausch des Metallbades bzw. einen Ausgleich von Kohlenstoff- und Schwefelkonzentrationen in der Metallphase zu erreichen.The problem underlying the invention can in another device-like manner also by a Plant for performing the method according to the invention with two separate reactors with Reaction chambers are solved, each Feeders with fuels and oxygenated Gasifying agents, each with extraction devices for the generated Exhaust gas or product gas, and exhaust devices for have liquid slag and / or liquid metal, and the least one in the lower one Sidewall region of the reaction chambers arranged Pipeline for the liquid metal in connection stand. This variant with two through at least one, preferably by two fireproof lined pipelines connected reactor chambers is another way of separating the Gas phases an exchange of the metal bath or a Compensation of carbon and sulfur concentrations to achieve in the metal phase.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in der bzw. den Rohrleitungen für das flüssige Metall zwischen den beiden Reaktionskammern jeweils eine Absperrvorrichtung wie z.B. ein Schieber vorgesehen ist. So kann bei Erfordernis von Ausbesserungsmaßnahmen im Feuerfestmauerwerk in nur einem Reaktor die Rohrverbindung geschlossen werden und es braucht nur die Metallschmelze aus einer Reaktorkammer abgelassen zu werden. Der andere Reaktor z.B. der mit der zweiten Reaktionszone, in die hochwertiger Brennstoff eingedüst wird, kann unter Ersatz des fehlenden energiearmen Abgases durch andere gegebenenfalls inerte Gase, weiterbetrieben werden.It is particularly advantageous if in or Pipelines for the liquid metal between the a shut-off device in each of the two reaction chambers such as. a slide is provided. So at Repair measures required in Refractory masonry in just one reactor Pipe connection are closed and it only needs the Metal melt drained from a reactor chamber will. The other reactor e.g. the one with the second Reaction zone into which high-quality fuel is injected can, replacing the lack of low energy Exhaust gas by other possibly inert gases, continue to be operated.
In vorrichtungsmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Zuführungsorgan für die Zuführung der Behältnisse mit den minderwertigen Brennstoffen in die erste Reaktionskammer als Zellenradschleuse oder Doppel-Pendelklappen-Schleuse ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Prozeßteilschritt in der ersten Reaktionskammer separat oder zusammen mit den Prozeßteilschritten in der zweiten Reaktionskammer, unter einem dem Gesamtprozeß förderlichen Überdruck stattfinden. Dies läßt sich auf vorteilhafte Weise auch dann erreichen, wenn das Zuführungsorgan für die minderwertigen Brennstoffe in die erste Reaktionskammer als Schneckenförderer ausgebildet ist.In a device-like embodiment of the invention provided that the feed member for the feed of the containers with the inferior fuels in the first reaction chamber as a rotary valve or Double swing flap lock is designed. To this Way, the process step in the first Reaction chamber separately or together with the Process steps in the second reaction chamber, under an overpressure conducive to the overall process occur. This can also be done in an advantageous manner then reach when the feeder for the inferior fuels in the first reaction chamber is designed as a screw conveyor.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abgasleitung hinter der ersten Reaktionskammer als Schwebegas-Wärmetauscher mit Steigleitung und Zyklonabscheider ausgebildet ist, wobei die Steigleitung im unteren Bereich wenigstens ein Zuführungsorgan für die Einleitung von partikelförmigen Feststoffen wie z.B. Kalkstein, Kohle, Metalloxide oder Metallpulver aufweist. Auf diese Weise wird das energiearme Abgas abgekühlt und die darin enthaltene Wärmeenergie z.B. im Schwebegas-Wärmetauscher sinnvoll ausgenutzt. Zum einen können die einzudüsenden partikelförmigen Feststoffe auf eine möglichst hohe Temperatur vorgewärmt werden; zum anderen können wärmeverbrauchende Vorgänge wie die Entsäuerung von Kalkstein oder die Entgasung sowie teilweise die Pyrolyse und/oder Verkokung der zu vergasenden Kohle oder eine Reduktion von Metalloxiden, die zum Ausgleich von Metallverlusten in die Reaktoren eingeleitet werden, bereits in den Schwebegas-Wärmetauscher vorgezogen werden, so daß die Schmelzbadreaktoren wärmebilanzmäßig entlastet werden bzw. ihnen für diese Reaktionen keine Wärme entzogen wird.In a further embodiment of the invention, that the exhaust pipe is behind the first reaction chamber as a suspended gas heat exchanger with riser and Cyclone separator is formed, the riser in the lower area at least one feeder for the introduction of particulate solids such as Has limestone, coal, metal oxides or metal powder. In this way, the low-energy exhaust gas is cooled and the thermal energy contained therein e.g. in the Suspended gas heat exchanger used sensibly. On the one hand can inject the particulate solids preheating the highest possible temperature; to the others may use heat-consuming processes like that Deacidification of limestone or degassing as well partly the pyrolysis and / or coking of the gasifying coal or a reduction of metal oxides, to compensate for metal losses in the reactors already initiated in the Floating gas heat exchangers are preferred so that the Melting pool reactors are relieved in terms of heat balance or deprived them of any heat for these reactions becomes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abzugsorgane für die flüssige Schlacke aus den beiden Reaktionskammern entweder zusammen oder getrennt voneinander über eine unter Druck stehende Leitung mit einer Schlackengranuliervorrichtung in Verbindung stehen. Diese Maßnahme ist für eine Verfahrensdurchführung im Druckbetrieb erforderlich, wobei die aus dem Prozeß abgezogene Schlacke in sinnvoller Weise für einen weiteren Verwendungszweck aufgearbeitet wird. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Schlackengranuliervorrichtung druckdicht ausgebildet ist und aus einem Wasserbehälter mit seitlichen Wasserdüsen, einer die feinkörnige Schlacke aus dem Wasserbad heraustransportierenden Fördervorrichtung wie z.B. einem Becherwerk, einem Schrägringscheider oder einer Förderschnecke, sowie aus einer Zellenradschleuse besteht. Auf diese Weise kann das Schlackengranulat sehr einfach ohne größere Kreislaufführung und Reinigungsmaßnahmen des Wassers aus dem Druckbereich des Prozesses ausgegliedert werden.In a further embodiment of the invention, that the extraction devices for the liquid slag from the two reaction chambers either together or separately from each other via a line under pressure a slag pelletizer in connection stand. This measure is for one Execution of the process in the printing operation required, the slag withdrawn from the process in sensible for another purpose is worked up. It is also advantageous if the slag pelletizer is pressure tight is formed and with a water container side water jets, one the fine-grained slag transporting out of the water bath Conveying device such as a bucket elevator, one Inclined ring separator or a screw conveyor, as well there is a rotary valve. That way the slag granules very easily without larger ones Circulation and cleaning measures of the water be outsourced to the pressure area of the process.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:The invention is described in the following in the Drawings shown schematically Exemplary embodiments described and explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage zur Vergasung von minderwertigen Brennstoffen, Fig. 1 shows a longitudinal section through a plant for the gasification of low grade fuels,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Vergasungsanlage gemäß der Erfindung in Draufsicht, Fig. 2 shows another embodiment of the gasification plant according to the invention in plan view,
Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Vergasungsanlage gemäß Linie III-III, Fig. 3 is a section through the embodiment illustrated in Fig. 2 gasification plant according to line III-III,
Fig. 4 einen anderen Schnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Vergasungsanlage gemäß Linie IV- IV, Fig. 4 is a different section through the embodiment illustrated in Fig. 2 gasification plant according to line IV-IV,
Fig. 5 eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur Vergasung von minderwertigen Brennstoffen. Fig. 5 is a schematic overall view of a plant according to the invention for the gasification of inferior fuels.
In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Reaktor bezeichnet, der in seinem mittleren Bereich eine Trennwand 2 aufweist, die am Boden des Reaktors 1 mit wenigstens einer, vorzugsweise jedoch mit zwei Durchlaßöffnungen 3 für das flüssige Metall versehen ist. Die Trennwand 2 kann mit einer entsprechenden inneren Kühlvorrichtung 17 ausgestattet sein. Durch die Trennwand 2 werden im Reaktor 1 zwei Reaktorkammern 4 und 5 gebildet, die jeweils wenigstens ein Zuführungsorgan 6, 7 für den jeweiligen zu vergasenden Brennstoff und jeweils wenigstens ein Zuführungsorgan 8 und 9 für das sauerstoffhaltige Oxidations- bzw. Vergasungsmittel sowie jeweils ein Abzugsorgan 10, 10, und 11 für flüssige Schlacke und/oder Eisen aufweisen, wobei weiterhin die erste Reaktionskammer 4 ein Abzugsrohr 12 für das energiearme Abgas und die zweite Reaktionskammer 5 ein Abzugsrohr 13 für das energiereiche Produktgas aufweisen.In Fig. 1, the reference numeral 1 denotes a reactor which has in its central region a partition 2 which is provided at the bottom of the reactor 1 with at least one, but preferably with two through openings 3 for the liquid metal. The partition 2 can be equipped with a corresponding internal cooling device 17 . Through the partition 2 , two reactor chambers 4 and 5 are formed in the reactor 1 , each of which has at least one feed element 6 , 7 for the respective fuel to be gasified and at least one feed element 8 and 9 for the oxygen-containing oxidizing or gasifying agent, and a respective drain element 10 , 10 , and 11 for liquid slag and / or iron, the first reaction chamber 4 also having an exhaust pipe 12 for the low-energy exhaust gas and the second reaction chamber 5 having an exhaust pipe 13 for the high-energy product gas.
Das Zuführungsorgan 6 für die minderwertigen Brennstoffe in der Reaktorkammer 4 ist vorzugsweise als gas- und druckdichte Zellenradschleuse 14 ausgebildet, insbesondere wenn der Reaktor 1 im Druckbetrieb zwischen beispielsweise 1 und 10 bar betrieben werden soll. Das Zuführungsorgan 6 kann jedoch auch als Doppelklappen-Pendelschleuse ausgebildet sein. Die Zuführungsorgane 7 und 9 für den hochwertigen Brennstoff und für die sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in der Reaktionskammer 5 können als Lanzen 15 und/oder als Düsen 16 bei Bedarf jeweils in Mehrkanalausführung ausgebildet sein. Die Sauerstoffdüsen 8, 16 sind in der Reaktionskammer 4 vorzugsweise dicht, das heißt mit einem Abstand von etwa 10 bis 80 cm oberhalb der Eisenbadoberfläche 21 und in der Reaktionskammer 5 vorzugsweise dicht, das heißt mit einem Abstand von etwa 10 bis 60 cm unterhalb der Eisenbadoberfläche 21 in der Seitenwandung des Reaktors 1 angeordnet.The feed element 6 for the inferior fuels in the reactor chamber 4 is preferably designed as a gas- and pressure-tight cellular wheel lock 14 , in particular if the reactor 1 is to be operated in pressure operation between, for example, 1 and 10 bar. The feed member 6 can, however, also be designed as a double-flap shuttle lock. The feed elements 7 and 9 for the high-quality fuel and for the oxygen-containing gasifying agents in the reaction chamber 5 can be designed as lances 15 and / or as nozzles 16 , if necessary, in a multi-channel version. The oxygen nozzles 8 , 16 are preferably sealed in the reaction chamber 4 , that is to say at a distance of approximately 10 to 80 cm above the iron bath surface 21 and in the reaction chamber 5 are preferably sealed, that is to say at a distance of approximately 10 to 60 cm below the iron bath surface 21 arranged in the side wall of the reactor 1 .
Ein weiteres Zuführungsrohr 18 für Primärschlacke aus der ersten Reaktionszone kann in die zweite Reaktorkammer 5 einmündend in der Seitenwandung des Reaktors 1 angeordnet sein. Auf der gegenüberliegenden Seite des Reaktors 1 ist in der Seitenwandung der Reaktorkammer 4 eine weitere Rührgas-Düse 22 vorgesehen. Im Deckenbereich der Reaktionskammer 4 ist weiterhin ein auf die Oberfläche des Eisenbades 21 ausgerichteter Brenner 19 vorgesehen.Another feed pipe 18 for primary slag from the first reaction zone can be arranged opening into the second reactor chamber 5 in the side wall of the reactor 1 . A further stirring gas nozzle 22 is provided in the side wall of the reactor chamber 4 on the opposite side of the reactor 1 . A burner 19 aligned with the surface of the iron bath 21 is also provided in the ceiling area of the reaction chamber 4 .
Bei Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles des Vergasungsreaktors zur Vergasung minderwertiger Brennstoffe wird mittels der entweder im Deckenbereich oder in der Seitenwandung der Reaktorkammer 4 angeordneten Zellenradschleuse 14 der in Behältnisse 20 , wie z.B. Papiersäcke oder Blecheimer, verpackte, zuvor entsprechend aufbereitete und vermischte minderwertige Brennstoff auf die Eisenbadoberfläche 21 aufgegeben. Das Metallbad im Reaktor kann jedoch auch genausogut aus flüssigem Blei oder Kupfer bestehen. Der minderwertige Brennstoff wird vorher mittels der im energiearmen Abgas enthaltenen Wärme auf eine Temperatur von etwa 120° bis 250°C vorgewärmt. Sobald der minderwertige Brennstoff im Behältnis 20 über die Zellenradschleuse 14 in die Reaktorkammer 4 gelangt, wird er schlagartig auf die Eisenbadtemperatur von beispielsweise 1450°C aufgeheizt. Durch die explosionsartig austretenden Entgasungs- und Pyrolyseprodukte wie restlicher Wasserdampf, flüchtige Bestandteile und leicht verdampfbare Kohlenwasserstoffe wird das Behältnis zersprengt und verbrennt (Kunststoffsack) bzw. schmilzt auf (Blecheimer).When the embodiment of the gasification reactor for the gasification of inferior fuels shown in FIG. 1 is operated, the cellular wheel sluice 14, which is arranged in the ceiling area or in the side wall of the reactor chamber 4 , packs the previously inferiorly packaged, appropriately prepared and mixed in containers 20 , such as paper bags or sheet metal buckets Fuel placed on the iron bath surface 21 . However, the metal bath in the reactor can also consist of liquid lead or copper. The low-quality fuel is preheated to a temperature of around 120 ° to 250 ° C beforehand by means of the heat contained in the low-energy exhaust gas. As soon as the inferior fuel in the container 20 reaches the reactor chamber 4 via the cellular wheel sluice 14 , it is suddenly heated to the iron bath temperature of, for example, 1450 ° C. Due to the explosively escaping degassing and pyrolysis products such as residual water vapor, volatile components and easily evaporable hydrocarbons, the container is broken up and burned (plastic bag) or melts (metal bucket).
Der im minderwertigen Brennstoff enthaltene Kohlenstoff sowie auch der Schwefel gehen im Eisenbad in Lösung (in der Zeichnung Fig. 1 angedeutet als C* uns A*). Die nicht vergasbaren bzw. nicht löslichen Bestandteile der minderwertigen Brennstoffe werden verschlackt und sofort über das Abzugsorgan 10 aus der Reaktorkammer 4 abgezogen. Das in der Reaktorkammer 4 entstehende energiearme Abgas wird über das Abzugsrohr 12 in eine zeichnerisch nicht weiter dargestellte Abgas-Kühlvorrichtung und Heißgas-Staubabscheidevorrichtung, die z.B. bei einer Temperatur von 400°C arbeitet, geleitet. Die Abgasmenge soll erfindungsgemäß möglichst gering gehalten und größtenteils rückgeführt werden. Das geschieht z.B. dadurch, daß das gekühlte und gereinigte Abgas zum Teil als Rührgas mit einer Temperatur von ca. 380°C durch die Rührgas-Düse 22 zur Erzeugung einer gerichteten horizontalen Eisenbadströmung durch die Durchlaßöffnung 3 in der Trennwand 2 innerhalb beider Reaktorkammern 4 und 5 verwendet wird. Die in der Seitenwandung des Reaktors 1 angeordneten Düsen 7, 8, 9 und 16 können ebenfalls etwas aus der Horizontalen schräg nach unten ausgerichtet sein, so daß eine konzentrationsausgleichende Badströmung unterstützt wird. Weiterhin wird ein Großteil des energiearmen Abgases als Trägergas zum Eindüsen der hochwertigen Brennstoffe sowie von Kalk und feinkörniger Schlacke in die Reaktorkammer 5 verwendet. Da das energiearme Abgas hohe Anteile an CO2 und H2O enthält, kann es weiterhin durch die Düsen 9 und 16 in das Eisenbad eingeblasen werden, wobei es als Vergasungsmittel verwendet wird. Die im energiearmen Abgas enthaltenen SO2-Komponenten werden in der zweiten Reaktionszone bzw. in der Reaktorkammer 5 im Eisenbad "abgefiltert", das heißt reduziert, wobei sich der Sauerstoff am gelösten Kohlenstoff anlagert und der Schwefel in die Schlacke eingebunden wird. Ein verbleibender Rest des energiearmen Abgases kann gegebenenfalls als Zusatz oder Hilfsbrenngas in anderweitigen Feuerungen nachverbrannt werden.The carbon contained in the inferior fuel as well as the sulfur go into solution in the iron bath (indicated in the drawing in Fig. 1 as C * and A *) . The non-gasifiable or insoluble constituents of the inferior fuels are slagged and immediately withdrawn from the reactor chamber 4 via the extraction element 10 . The low-energy exhaust gas produced in the reactor chamber 4 is passed via the exhaust pipe 12 into an exhaust gas cooling device and hot gas dust removal device, which is not shown in the drawing and which works, for example, at a temperature of 400 ° C. According to the invention, the amount of exhaust gas is to be kept as low as possible and largely to be recycled. This is done, for example, in that the cooled and cleaned exhaust gas, in part as stirring gas at a temperature of approx. 380 ° C., through the stirring gas nozzle 22 to produce a directed horizontal iron bath flow through the passage opening 3 in the partition 2 within both reactor chambers 4 and 5 is used. The nozzles 7 , 8 , 9 and 16 arranged in the side wall of the reactor 1 can also be oriented obliquely downwards from the horizontal, so that a concentration-compensating bath flow is supported. Furthermore, a large part of the low-energy exhaust gas is used as carrier gas for injecting the high-quality fuels as well as lime and fine-grained slag into the reactor chamber 5 . Since the low-energy exhaust gas contains high proportions of CO 2 and H 2 O, it can continue to be blown through the nozzles 9 and 16 into the iron bath, using it as a gasifying agent. The SO 2 components contained in the low-energy exhaust gas are “filtered” in the second reaction zone or in the reactor chamber 5 in the iron bath, that is to say reduced, the oxygen accumulating on the dissolved carbon and the sulfur being incorporated into the slag. A remaining remainder of the low-energy exhaust gas can, if necessary, be combusted as an additional or auxiliary fuel gas in other furnaces.
Über das Zuführungsorgan 7, z.B. die Aufblaslanze 15 und/oder die Düsen 9, 16, wird der hochwertige Brennstoff und das Vergasungsmittel Sauerstoff ggf. mit Zusätzen von Abgas aus der ersten Reaktionszone in die Reaktorkammer 5 eingeblasen. Hier herrscht im allgemeinen ein Wärmeüberangebot, das durch die Eisenbadströmung innerhalb der beiden Reaktorkammern die Wärmeverluste in der ersten Reaktionszone ausgleicht. Über das Abzugsrohr 13 wird ein im wesentlichen aus CO und H2 entstehendes hochwertiges energiereiches und nahezu schwefelfreies Produktgas abgezogen und nach Abkühlung in einem indirekten Wärmetauscher und Entstaubung seiner weiteren Verwendung zugeführt.The high-quality fuel and the gasifying agent oxygen are blown into the reactor chamber 5 from the first reaction zone, if appropriate, with additions of exhaust gas, via the feed member 7 , for example the inflation lance 15 and / or the nozzles 9 , 16 . There is generally an excess of heat here, which compensates for the heat losses in the first reaction zone by means of the iron bath flow within the two reactor chambers. A high-quality, high-energy and virtually sulfur-free product gas which is essentially formed from CO and H 2 is drawn off via the exhaust pipe 13 and, after cooling in an indirect heat exchanger and dedusting, is fed to its further use.
In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage dargestellt, wobei für gleichbedeutende Teile die bereits in Fig. 1 benutzten Bezugsziffern verwendet wurden. FIG. 2 shows another embodiment of the system according to the invention, the reference numbers already used in FIG. 1 being used for parts of the same meaning.
Die minderwertigen Brennstoffe werden als pastenförmige Mischung z.B. ein Gemenge aus Schweröl, Teer, Sägemehl, Hausmüll und Klärschlamm über das in der Decke des Reaktors 1′ angeordnete Zuführungsorgan 6, das in diesem Fall als Schneckenförderer 31 ausgebildet ist, in die Reaktorkammer 4 eingebracht. Über das Zuführungsorgan 8, eine oberhalb des Eisenbadspiegels in der Seitenwandung des Reaktors 1′ angeordnete Düse, wird Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft zur Verbrennung der Flüchtigen Bestandteile und anderer Pyrolyseprodukte aus den minderwertigen Brennstoffen eingedüst. Das entstehende energiearme Abgas wird über das Abzugsrohr 12 abgezogen, heruntergekühlt, entstaubt und zumindest teilweise im Reaktor 1′′ wieder eingesetzt. Die beiden Reaktoren sind über zwei feuerfest ausgekleidete Rohrleitungen 30, 30′ miteinander verbunden. Im Notfall können die Rohrleitungen 30, 30′ durch Absperrvorrichtungen 37, 37′, z.B. Sperrschieber abgetrennt werden, so daß bei einer eventuellen Störung z.B. in der Reaktorkammer 4 nur diese Reaktorkammer entleert werden muß, während in der Reaktorkammer 5 die separate Vergasung von hochwertigen Brennstoffen, eingeblasen über die Mehrstoffdüse 7 oder die Lanze 15, fortgesetzt werden könnte.The low-grade fuels are introduced as a pasty mixture, for example, a mixture of heavy oil, tar, sawdust, municipal waste and sewage sludge via the 'arranged in the ceiling of the reactor 1 feeding member 6, which is designed as a screw conveyor 31 in this case into the reactor chamber. 4 About the feed member 8 , an above the iron bath level in the side wall of the reactor 1 'arranged nozzle, oxygen or oxygen-enriched air is injected to burn the volatile components and other pyrolysis products from the inferior fuels. The resulting low-energy exhaust gas is drawn off through the exhaust pipe 12 , cooled down, dedusted and at least partially used again in the reactor 1 ''. The two reactors are connected to one another via two refractory-lined pipes 30 , 30 '. In an emergency, the pipes 30 , 30 'by shut-off devices 37 , 37 ', for example gate valves, so that in the event of a fault, for example in the reactor chamber 4, only this reactor chamber has to be emptied, while in the reactor chamber 5 the separate gasification of high-quality fuels , blown in through the multi-component nozzle 7 or the lance 15 , could be continued.
Durch die besondere Ausrichtung der Zuführungsorgane 7, 8 für Brennstoffe und Vergasungsmittel und die Rührgas-Düse 22 wird eine horizontal ausgerichtete kreisende Eisenbadströmung zwischen den beiden Reaktoren 1′ und 1′′ hervorgerufen.Due to the special orientation of the feed elements 7 , 8 for fuels and gasifying agents and the stirring gas nozzle 22 , a horizontally oriented circular iron bath flow between the two reactors 1 'and 1 ''is caused.
Der in der Reaktorkammer 4 in Lösung gegangene Kohlenstoff wird in der Reaktorkammer 5 zu Kohlenmonoxid vergast und als energiereiches Produktgas aus dem Abzugsrohr 13 im Deckenbereich des Reaktors 1′′ abgezogen. Als Zwischen- bzw. Nebenprodukte werden über die Abzugsorgane 10, 10′ die entsprechenden Schlacken aus dem Prozeß abgeführt. Zum Ausgleich von Wärmeverlusten bzw. zur Aufrechterhaltung des Wärmehaushaltes kann in der Seitenwandung des Reaktors 1′ der Brenner 19 vorgesehen sein, der vorzugsweise als Kombinationsbrenner für Heizgas/Feststoff (oder Öl/Kohlenstaub) ausgebildet sein kann und z.B. mit rückgeführtem energiearmen Abgas, mit Gichtgas und Kohlenstaub befeuert wird.The carbon in solution in the reactor chamber 4 is gasified to carbon monoxide in the reactor chamber 5 and is withdrawn as an energy-rich product gas from the exhaust pipe 13 in the ceiling area of the reactor 1 ''. As intermediate or by-products, the corresponding slags are removed from the process via the extraction elements 10 , 10 '. To compensate for heat losses or to maintain the heat balance, the burner 19 can be provided in the side wall of the reactor 1 ', which can preferably be designed as a combination burner for heating gas / solid (or oil / coal dust) and, for example, with recirculated low-energy exhaust gas, with top gas and coal dust is fired.
In den Fig. 3 und 4 sind Querschnitte der Reaktoren 1′ und 1′′ aus der Fig. 2 dargestellt. Hierbei werden vor allen Dingen die Durchlaßöffnungen 3, 3′ der Rohrleitungen 30, 30′ zwischen den Reaktoren 1′, 1′′ sowie der Schneckenförderer 31 als Zuführungsorgan 6 für den minderwertigen Brennstoff auf dem Reaktor 1′ deutlich. Ebenso ist die Höhenanordnung des Brennstoffzuführungsorganes 7 und der Rührgas-Düse 22 ersichtlich. Das Zuführungsorgan 7 und die Rührgas-Düse 22 bewirken im wesentlichen die zwischen den beiden Reaktoren 1′ und 1′′ durch die Durchlaßöffnungen 3 und 3′ horizontal umlaufende Eisenbadströmung.In FIGS. 3 and 4 are cross-sections of the reactors 1 'and 1' 'from Fig. 2 are shown. Here, above all, the passage openings 3 , 3 'of the pipes 30 , 30 ' between the reactors 1 ', 1 ''and the screw conveyor 31 as a feed element 6 for the low-quality fuel on the reactor 1 ' clearly. The height arrangement of the fuel supply element 7 and the stirring gas nozzle 22 can also be seen. The feed member 7 and the stirring gas nozzle 22 cause essentially between the two reactors 1 'and 1 ''through the passage openings 3 and 3 ' horizontally circulating iron bath flow.
Gemäß der schematischen Gesamtansicht in Fig. 5 gelangen minderwertige Brennstoffe in sperriger Form wie z.B. Hausmüll, Sperrmüll, Stroh oder Autoreifen in eine Zerkleinerungsvorrichtung 50, wie z.B. einen Stachelbrecher oder eine Prallhammermühle und werden dann in zerkleinerter Form gegebenenfalls mit Zusatz von anderen minderwertigen Brennstoffen wie z.B. Sägemehl, Klärschlamm und Pech (angedeutet durch die Pfeile 55, 56) in einer Misch- und Granuliervorrichtung 51, z.B. einer Drehtrommel vermischt und zu Granulaten oder Agglomeraten geformt. Das derartig aufbereitete Gemisch von verschiedenen minderwertigen Brennstoffen kann in pastenförmiger Konsistenz mit einem Schneckenförderer direkt in die Reaktorkammer 4 des Reaktors 1 eingespeist werden, oder es wird in einer Brikettiermaschine 52, z.B. einer Walzenpresse verdichtet und über ein Förderband 53 mittels der Zellenradschleuse 14 in die Reaktorkammer 4 gefördert. Für den Fall, daß die minderwertigen Brennstoffe portionsweise in Behältnisse verpackt in den Vergasungsreaktor 1 gelangen sollen, läuft das aufbereitete Gemisch durch eine Abfüll- und Verpackungsstation 54, bevor es über das Förderband 53 und die Zellenradschleuse 14 in das flüssige Eisenbad gelangt.According to the schematic overall view in FIG. 5, low-quality fuels in bulky form, such as domestic waste, bulky waste, straw or car tires, get into a comminution device 50 , such as, for example, a spiked crusher or an impact hammer mill, and are then, in comminuted form, optionally with the addition of other low-quality fuels such as, for example Sawdust, sewage sludge and pitch (indicated by arrows 55 , 56 ) are mixed in a mixing and granulating device 51 , for example a rotary drum, and shaped into granules or agglomerates. The mixture of various low-quality fuels prepared in this way can be fed in paste-like consistency with a screw conveyor directly into the reactor chamber 4 of the reactor 1 , or it is compressed in a briquetting machine 52 , for example a roller press, and via a conveyor belt 53 by means of the cellular wheel lock 14 into the reactor chamber 4 funded. In the event that the inferior fuels are to be packed in portions into containers in the gasification reactor 1 , the processed mixture runs through a filling and packaging station 54 before it reaches the liquid iron bath via the conveyor belt 53 and the rotary valve 14 .
Die durch Teilverbrennung von Flüchtigen Bestandteilen und anderen Entgasungs- und Pyrolyseprodukten in der Reaktorkammer 4 entstehenden energiearmen Abgase werden über eine Abgasleitung 32 in einen Vorabscheidezyklon 58 zur Abtrennung von Ruß, Staub und Eisenteilchen geleitet. Diese abgeschiedenen Partikel werden den zu vergasenden minderwertigen Brennstoffen zugemischt und in die Reaktorkammer 4 zurückgeführt. An den Vorabscheidezyklon 58 schließt sich zur Abkühlung des heißen Abgases ein aus Steigleitung 34 und Zyklonabscheider 35 bestehender Schwebegas-Wärmetauscher 33 an, wobei am unteren Ende der Steigleitung 34 zwei Rohrleitungen 59, 60 zum Einführen von Kalksteinpulver CaCO3 und/oder Kohlengranulat bzw. feinzerkleinerten minderwertigen Brennstoffen einmünden. Auf diese vorteilhafte Weise kann das Abgas auf ca. 450°C abgekühlt werden, indem die im Abgas enthaltene Wärmeenergie die zugeführten Feststoffe aufheizt, den Kalkstein zu CaO dissoziiert und die kohlenstoffhaltigen Materialien entwässert (gebundenes Kristallwasser) entgast und verkokt.The low-energy exhaust gases resulting from the partial combustion of volatile constituents and other degassing and pyrolysis products in the reactor chamber 4 are passed via an exhaust gas line 32 into a pre-separation cyclone 58 for the separation of soot, dust and iron particles. These separated particles are mixed with the inferior fuels to be gasified and returned to the reactor chamber 4 . The pre-separating cyclone 58 is followed by a floating gas heat exchanger 33 consisting of riser 34 and cyclone separator 35 for cooling the hot exhaust gas, two pipes 59 , 60 at the lower end of riser 34 for introducing calcium carbonate powder CaCO 3 and / or granulated coal or finely comminuted inferior fuels. In this advantageous manner, the exhaust gas can be cooled to approx. 450 ° C. by the thermal energy contained in the exhaust gas heating up the supplied solids, dissociating the limestone to CaO and dehydrating and carbonizing the carbonaceous materials (bound crystal water).
Im Zyklonabscheider 35 werden die wärmebehandelten Partikel aus dem Abgasstrom abgeschieden. Der gebrannte Kalk und der erzeugte Koksgruß werden danach über die Lanze 15 oder die Düsen 7, 9, 16 in den Reaktor 5 zur Schlackebildung bzw. Schwefeleinbindung und Vergasung zu hochwertigem Produktgas eingeblasen. Das energiearme Abgas wird bei Abgastemperaturen von ca. 300°C in einem nachfolgenden Elektrofilter 61 vollständig gereinigt und teilweise als vorgeheiztes Trägergas, Rührgas und Vergasungsmittel in den Reaktor rückgeführt. Ein anderer Teil des Abgases kann nachverbrannt und an die Atmosphäre abgeleitet werden.The heat-treated particles are separated from the exhaust gas stream in the cyclone separator 35 . The burnt lime and the coke powder produced are then blown into the reactor 5 via the lance 15 or the nozzles 7 , 9 , 16 for slag formation or sulfur incorporation and gasification to give high-quality product gas. The low-energy exhaust gas is completely cleaned at exhaust gas temperatures of approx. 300 ° C. in a subsequent electrostatic filter 61 and partly returned to the reactor as preheated carrier gas, stirring gas and gasification agent. Another part of the exhaust gas can be combusted and discharged to the atmosphere.
Die in der Reaktorkammer 4 entstehende Schlacke wird in eine Schlackengranuliervorrichtung 38 eingeleitet und mittels wenigstens einer Wasserdüse 40 zu einem feinkörnigen Schlackengranulat (Hüttensand) verblasen. Die Schlackengranulate werden aus dem, wie der Reaktor 1 unter gleichem Druck von z.B. 5 bar stehenden, Wasserbehälter 39 mittels einer Fördervorrichtung 41, z.B. einem Schneckenförderer über eine druckdichte Zellenradschleuse 42 ausgetragen. Die aus der Reaktorkammer 4 ausgetragene Schlacke kann bei noch ausreichender Schwefelabbindefähigkeit in die Reaktorkammer 5 rückgeführt werden. Die aus der Reaktorkammer 5 ausgetragene Endschlacke wird in entsprechender Weise aufgearbeitet und einer Verwendung z.B. im Straßenbau oder in der Zementindustrie zugeführt.The slag produced in the reactor chamber 4 is introduced into a slag granulating device 38 and blown into a fine-grained slag granulate (slag sand) by means of at least one water nozzle 40 . The slag granules are water tank 39, discharged from the as of reactor 1 under the same pressure of 5 bar for example, standing by means of a conveying device 41 such as a screw feeder through a pressure-tight cellular wheel sluice 42nd The slag discharged from the reactor chamber 4 can be returned to the reactor chamber 5 if the sulfur-binding capacity is still sufficient. The final slag discharged from the reactor chamber 5 is processed in a corresponding manner and used for example in road construction or in the cement industry.
Mit der erfindungsgemäßen Vergasungsanlage können also alle kohlenstoffhaltigen Materialien, insbesondere Hausmüll oder ähnliche kohlenstoffhaltigen Abfallstoffe zu einem wertvollen, nahezu schwefelfreien Produktgas aus CO und H2, das auf übliche Art und Weise z.B. in einem indirekten Wärmetauscher abgekühlt wird, umgewandelt werden. With the gasification plant according to the invention, all carbon-containing materials, in particular household waste or similar carbon-containing waste materials, can be converted into a valuable, almost sulfur-free product gas made of CO and H 2 , which is cooled in the usual way, for example in an indirect heat exchanger.
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Bezugsziffernliste:
1, 1′, 1″ Reaktor
2 Trennwand
3, 3′ Durchlaßöffnung
4, 5 Reaktorkammern
6, 7 Zuführungsorgane für Brennstoff
8, 9 Zuführungsorgane für Vergasungsmittel
10, 10′, 11 Abzugsorgane für Schlacke/Metall
12 Abzugsrohr für energiearmes Abgas
13 Abzugsrohr für energiereiches Abgas
14 Zellenradschleuse
15 Lanze O₂/C/CaO
16 Düse O₂/C/CaO
17 Kühlvorrichtung Trennwand
18 Zuführungsrohr Schlacke I
19 Brenner
20 Behältnisse für minderwertigen Brennstoff
21 Metallbadoberfläche
22 Rührgas-Düse30, 30′ Rohrleitungen
31 Schneckenförderer
32 Abgasleitung
33 Schwebegas-Wärmetauscher
34 Steigleitung
35 Zyklonabscheider
37, 37′ Absperrvorrichtung
38 Schlackengranuliervorrichtung
39 Wasserbehälter
40 Wasserdüse
41 Fördervorrichtung
42 Zellenradschleuse
50 Zerkleinerungsvorrichtung
51 Misch- und Granuliervorrichtung
52 Brikettiermaschine
53 Förderband
54 Abfüll- und Verpackungsstation
55 Pfeil z. B. Klärschlamm
56 Pfeil z. B. Sägemehl
58 Vorabscheidezyklon
59 Rohrleitung CaCO₃
60 Rohrleitung für minderwertige Brennstoffe
61 E-FilterList of reference numbers: 1, 1 ′, 1 ″ reactor
2 partition
3, 3 ' passage opening
4, 5 reactor chambers
6, 7 supply elements for fuel
8, 9 supply elements for gasifying agents
10, 10 ', 11 extraction devices for slag / metal
12 Exhaust pipe for low-energy exhaust
13 Exhaust pipe for high-energy exhaust gas
14 rotary valve
15 lance O₂ / C / CaO
16 nozzle O₂ / C / CaO
17 Cooling device partition
18 feed pipe slag I
19 burners
20 containers for low-quality fuel
21 metal bath surface
22 stirring gas nozzle 30, 30 ' pipes
31 screw conveyors
32 Exhaust pipe
33 Floating gas heat exchanger
34 riser
35 cyclone separators
37, 37 ′ shut-off device
38 slag pelletizer
39 water tank
40 water nozzle
41 conveyor
42 rotary valve
50 shredding device
51 Mixing and granulating device
52 briquetting machine
53 conveyor belt
54 Filling and packaging station
55 arrow z. B. sewage sludge
56 arrow z. B. sawdust
58 pre-separation cyclone
59 pipeline CaCO₃
60 Pipeline for low-quality fuels
61 E filters
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