DE4125520C1

DE4125520C1 -

Info

Publication number: DE4125520C1
Application number: DE4125520A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. O-7702 Bernsdorf De Rabe; Lutz Dipl.-Ing. O-7700 Hoyerswerda De Groeschel; Karl Dipl.-Ing. 7701 Doergenhausen De Sowka; Gerhard Dr.-Ing. O-7590 Spremberg De Richter; Emil Reichl; Heinz O-7700 Hoyerswerda De Polenski; Erhard Prof. Dr.-Ing. O-9200 Freiberg De Klose; Roland Dipl.-Ing. O-7700 Hoyerswerda De Weber
Original assignee: ENERGIEWERKE SCHWARZE PUMPE AG O-7610 SCHWARZE PUMPE DE
Current assignee: LAUSITZER BERGBAU-VERWALTUNGSGESELLSCHAFT MBH, 019
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1992-10-29
Anticipated expiration: 2011-08-02
Also published as: HK1000149A1; DE4125520C2; GB2258241A; ZA921492B; CZ279862B6; GB2258241B; CZ83692A3; GB9213302D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Vergasung und insbesondere auf die Festbettdruckvergasung. Die Festbettdruckvergasung wird mit den unterschiedlichsten Einsatzstoffen wie Rohbraunkohle, Braunkohlenbriketts, Hartbraunkohle und Steinkohle betrieben. Die Qualität dieser Einsatzstoffe hinsichtlich des Asche- und Wassergehaltes kann in weiten Grenzen schwanken. Der Aufbereitungsaufwand für den Vergasungsstoff ist gering.

Das u. a. in W. Peters "Kohlevergasung", Verlag Glückauf GmbH, Essen, beschriebene Grundprinzip der Festbettdruckvergasung ist in vielen Modifikationen weiterentwickelt worden. Bekannt sind daher Weiterentwicklungen nach DE-PS 26 40 180 und 27 32 544, in denen eine Kombination mit der Wirbelschicht vorgeschlagen wurde. In weiteren Lösungen, so u. a. in den DD-PS 38 791, 1 10 297, 1 19 814, 1 21 796, 1 32 980, 1 33 818 und DE-PS 27 05 558 werden Wege und Möglichkeiten zur Leistungssteigerung, zum Flüssigschlackenabzug, zur Absenkung des Staubgehaltes im Rohgas und zur Vermeidung von Verschlackungen im Festbettdruckvergaser vorgeschlagen.

Der grundsätzliche Nachteil aller bisher praktizierten Lösungen besteht darin, daß im Rohgas Staub, höher- und niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe und wasserlösliche organische Verbindungen wie Alkohole und Aromaten sowie deren Derivate enthalten sind und aufwendige Nebenanlagen zur Gewinnung und Verwertung einzelner Produkte sowie zur Vermeidung von Umweltgefährdungen erfordern.

Nach DD-PS 2 59 875 ist ein Vorschlag bekannt geworden, nach welchem zur Vermeidung von Abprodukten die Brennstoffschütthöhe im Festbettdruckvergaser extrem abgesenkt wird und durch die dadurch erreichten Temperaturen im Gasraum von ca. 1000°C die im Rohgas enthaltenen Teere, Öle und Staubpartikel im Gasraum in Rohgas umgewandelt werden sollen. Dieses Verfahren ist sicherheitstechnisch nicht beherrschbar, da durch die extrem niedrige Festbettschüttung Sauerstoffdurchbrüche provoziert werden, die in nachgeschalteten Anlagen zu Gasexplosionen führen können. Bekannt ist weiterhin ein Vorschlag nach DD-PS 43 253, bei dem die im Gas enthaltenen flüssigen und festen Bestandteile beim Verlassen des Gaserzeugers autoxydativ unter Zuführung von Vergasungsmitteln in Gas umgewandelt werden sollen. Dieses Verfahren ist wirtschaftlich nicht sinnvoll, da ein Teil des erzeugten Gases verbrannt wird. Ein sicherer definierter Umsatz der flüssigen und festen Bestandteile ist bei der Durchführung dieses Verfahrens nicht garantiert. Da der Vorschlag weiterhin keine sichtbar nacharbeitbare Lehre beinhaltet, ist bei dem dargestellten Verfahren mit Gasexplosionen zu rechnen.

In der DD-PS 1 50 475 ist eine Lösung aufgezeigt, nach der unter Einsatz eines Hydrierkatalysators bei einer Nachvergasung von Festbettdruckvergasungsrohgas höhere Kohlenwasserstoffe durch Hydrocracken umgesetzt werden sollen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Eintrittstemperatur des Rohgases im Nachvergaser auf die Arbeitstemperatur des Katalysators eingestellt werden muß. Dies ist bei Einsatz von Braunkohle im Vergasungsprozeß nur mit komplizierter Steuer- und Verfahrenstechnik realisierbar. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist die rasche Verschmutzung des Katalysators mit Kohlenstaub- und Ascheteilchen, welche mit dem Rohgas mitgeführt werden und die damit entstehenden hohen Betriebskosten. Weiterhin sind in den DE-OS 25 32 197 und 25 32 198 Vorschläge aufgezeigt, zur Nachvergasung von Kohlenwasserstoffen aus Festbettdruckvergasungsrohgas dieses bei Zugabe von Sauerstoff in einen Nachvergaser, welcher ein Festbett aus Inerten oder Katalysatormaterial enthält, einzuleiten, wodurch infolge von Temperaturerhöhungen Vergasungs- und Crackreaktionen eintreten sollen.

Dieses Verfahren ist dahingehend von Nachteil, da hier eine Steuerung der Rohgaszusammen setzung sowie der Rohgasmenge im Nachvergaser nicht möglich ist und die Festbettschüttung im Nachvergaser durch Verschmutzung infolge von Staub- und Ascheeintrag zur Leistungseinsenkung bzw. zur Abstellung des Vergasungsprozesses führen kann.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, flüssige und feste Abfallstoffe über den Prozeß der Vergasung auf wirtschaftliche und umweltrelevante Weise zu entsorgen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, indem in einem Festbettdruckvergaser 1-70% des Vergasungsstoffes als fester Abfallstoff, welcher Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder PCB und/oder Dioxin und/oder Schwermetalle enthält, eingesetzt wird. Diese festen Abfallstoffe wie beispielsweise beladener Aktivkoks, kontaminierte Erde, Altreifenschnitzel, Shredderleichtgut, ölverschmutzte Textilabfälle oder Kunststoffabfälle können entweder in die Kohlematrix durch Brikettierung eingebunden sein oder im Gemisch mit Kohle in den Festbettdruckvergaser eingebracht werden. Enthaltene Schwermetalle werden überwiegend in die entstehende Schlacke eingebunden, welche als Baustoff genutzt oder deponiert werden kann. Das entstehende schadstoff- und staubhaltige Festbettdruckvergasungsrohgas wird in einem unmittelbar nachgeschalteten Nachvergaser gemeinsam mit einem flüssigen Abfallstoff, der einen Heizwert von größer 20 000 kJ/kg aufweist und welcher Kohlenwasserstoffe und/oder PCB enthält, über einen Brenner auf größer 1000°C aufgeheizt, wobei der flüssige Abfallstoff und/oder teilweise verbrannt und teilweise vergast werden. Die Sauerstoffmindestmenge ist dabei die Menge, die zur Aufheizung des Gasgemisches auf größer 1000°C benötigt wird.

Die Gesamtgasmenge bei der Durchführung des Verfahrens wird sowohl über die Menge des Festbettdruckvergasungsrohgases als auch über die Menge des flüssigen Abfallstoffes eingestellt. Als flüssige Abfallstoffe können beispielsweise Altöle oder Produkte aus Emulsionsspaltanlagen mittels des vorgeschlagenen Verfahrens entsorgt werden.

Der Nachtvergaser ist in seiner geometrischen Form so ausgeführt, daß die Verweilzeit der Gesamtgasmenge im Nachvergaser <2 sec beträgt. Nach Verlassen des Nachvergasers wird das Entsorgungsgas schockartig auf kleiner 200°C abgekühlt.

Erfindungsgemäß kann bei der Durchführung des Verfahrens der Nachvergaser mit Festbettdruckvergasungsrohgas oder zur Entsorgung von flüssigen Abfallstoffen betrieben werden.

Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Inhaltsstoffe des Festbettdruckvergasungsrohgases, deren Aufbereitung bzw. Beseitigung aufwendige Nebenanlagen erfordert und die wie Phenol und andere im Normalzustand flüssige Kohlenwasserstoffe sowie polychlorierte Benzole, Dioxine und Furane, die Umwelt belasten, sowie Kohlenstaub, sicher in Rohgas umgewandelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In einen Festbettdruckvergaser 1, der unter einem Druck von 25 bar betrieben wird, werden stündlich

13,7 t Braunkohlenbriketts 2 (Wassergehalt 18,5%, Teergehalt 8%, Aschegehalt 8%)
3,1 t kontaminierte Erde 3 mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 5%
1,7 t Altreifen 3
1,7 t Shredderleichtguß 3

eingeschleust. Über den Drehrost 4 werden als Gemisch 5 2500 m³ i.N. Sauerstoff/h und 16,4 t Vergasungsdampf/h in den Reaktor eingebracht. Über den Drehrost 4 wird ein inertes Asche/Schlackegemisch 6 in einer Gesamtmenge von 4 t/h ausgebracht, das als Bauzuschlagsstoff oder Verfüllmasse genutzt werden kann oder gefahrlos zu deponieren ist. Im Festbettdruckvergaser werden die in der kontaminierten Erde enthaltenen Kohlenwasserstoffe abdestilliert, aufgespalten oder vergast. Die Altreifen- und Shredderleichtgutanteile werden zu 40-70% in Gasbestandteile und zu 20 bis 50% zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt. 3-12% gehen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung in die Asche/Schlackefraktion. Die Restbestandteile werden als Asche/Schlackegemisch über den Drehrost ausgetragen.

Über den Rohgassammelraum 7 werden 20 700 m³ i.N. trockenes Rohgas und 13 800 m³ i.N. Wasserdampf mit einer Temperatur von ca. 450°C über die Rohgassammelleitung 8 über den Brenner 10 in den Nachvergaser 9, welcher mit 24 bar betrieben wird, geleitet.

Das eingeleitete trockene Rohgas weist folgende Zusammensetzung auf:

CO₂\|-33,5%
CO	-15,0%
H₂	-36,0%
CH₄	-12,5%
N₂	- 0,9%
O₂	- 0,1%
C₁-C₄	-2,0%

Weiterhin enthält das Rohgas ca. 90 g cyclische und aliphatische Kohlenwasserstoffe/m³ i.N. und 10 g Staub/m³ i.N., der etwa 20% Aschebestandteile enthält.

Über den Brenner 10 werden gleichzeitig 11 t Altöl 11 mit einem Heizwert von 32 000 kJ/kg und mit einem PCB-Gehalt von 100 mg/kg in den Nachvergaser eingeleitet. Bei einem Sauerstoffeinsatz 12 von 11 000 m³ i.N./h werden sowohl das Festbettdruckvergasungsrohgas als auch das Altöl einer autothermen Vergasung mit hohem Stoffumsatz unterzogen. Im ausgemauerten Reaktor mit einem Volumen von 75 m³ erfolgt bei einer Temperatur von 1350°C die Umsetzung. Die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe des Rohgases des Festbett druckvergasers sowie der Inhaltsstoffe des Altöles erfolgt durch direkten Kontakt mit der Flamme, durch Strahlungswärme sowie durch Kontakt mit dem heißen Innenmantel des Nachvergasers.

Das entstehende Entsorgungsgas 13 von 62 000 m³ i.N./h verläßt mit 1350°C nach einer mittleren Verweilzeit den Nachvergaser mit folgender Zusammensetzung bezogen auf den trockenen Zustand:

CO₂\|-18,6%
CO	-33,5%
H₂	-46,6%
CH₄	- 0,3%
N₂	- 1,0%
O₂	- 0,1%

Das entstehende Entsorgungsgas 13 ist frei von PCB und Kohlenwasserstoffen und wird einer direkten Kühlung 14 auf <200°C oder einer zwischengeschalteten Abhitzegewinnung 15 zur Nutzung des Wärmepotentials bis ca. 500°C unterzogen. Das entstehende Entsorgungsgas 13 kann nach Durchlaufen einer konventionellen Gasreinigung stofflich oder energetisch genutzt werden. Die im Rußwasserbehälter 17 anfallenden Kondensate 16 sind teer-, öl-, phenol- und PCB-frei und bedürfen nur einer einfachen Aufbereitung.

Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen

1 Festbettdruckvergaser
2 Kohle
3 Feste Entsorgungsprodukte (kontaminierte Erde, Altreifenschnitzel, Shredderleichtgut)
4 Drehrost
5 Vergasungsmittel
6 Asche/Schlacke
7 Rohgassammelraum
8 Rohgasabzugsrohr
9 Nachvergaser
10 Brenner
11 Flüssige Entsorgungsprodukte (Altöl)
12 Sauerstoff
13 Entsorgungsgas
14 Quenchung
15 Abhitzegewinnung
16 Rußwasser
17 Rußwassersammelbehälter

Claims

1. Verfahren zur Entsorgung von festen und flüssigen Abfallstoffen im Vergasungsprozeß bei der Festbettdruckvergasung und einem dem Festbettdruckvergaser rohgasseitig nachgeschalteten Nachvergaser, wobei die Gesamtgasmenge nach Verlassen des Nachvergasers schockartig auf <200°C abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Festbettdruckvergaser 1-70% des Vergasungsstoffes als fester Abfallstoff, welcher Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder PCB und/oder Dioxin und/oder Schwermetalle enthält, eingesetzt wird, und daß das entstehende schadstoff- und staubhaltige Festbettdruckvergasungsrohgas in einem Nachvergaser gemeinsam mit einem flüssigen Abfallstoff, der einen Heizwert von größer 20 000 kJ/kg aufweist und welcher Kohlenwasserstoffe und/oder PCB enthält, sowie einem sauerstoffhaltigen Gas, über einen Brenner, bei einer Verweilzeit der Gesamtgasmenge im Nachvergaser von < 2 sec. auf größer 1000°C aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Durchführung des Verfahrens der Nachvergaser mit Festbettdruckvergasungsrohgas oder zur Entsorgung von flüssigen Abfallstoffen betrieben werden kann.