DE4324921A1

DE4324921A1 - Process for gasifying refuse by partial oxidation, minimising emissions and maximising the thermal efficiency

Info

Publication number: DE4324921A1
Application number: DE19934324921
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Stockburger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-24
Filing date: 1993-07-24
Publication date: 1995-01-26

Abstract

Process for gasifying refuse by partial oxidation, minimising emissions and maximising the thermal efficiency. The process is characterised by a novel reactor concept. The refuse is introduced through a feed tube arranged concentrically in the circular melt bath reactor. Melt is circulated between reaction compartment and feed tube by oxygen-driven air lift pumps and the refuse is thus mixed intensively with the melt. Gaseous constituents leave the feed tube through special orifices at its lower end. Between feed tube and reaction compartment there is maintained a pressure difference which leads to a level difference between the feed tube and reaction compartment. The gaseous constituents are thus forced into the melt in the reaction compartment. By means of a novel arrangement of purification steps known per se, the crude gas is inexpensively purified, in particular wastewater purification being avoided.

Description

Es ist bekannt, daß Müll durch partielle Oxydation vergast werden kann (z. B. Thermoselectverfahren). Die dabei anfallenden Rohgase werden nach an sich bekannten Verfahrensschritten ge reinigt, wobei in der Regel Salze der Schwefelsäure und Salz säure anfallen, für die es in der Regel keine Verwendung gibt. Auch die Zuführung des heterogenen Mülls in den Vergasungsre aktor bereitet bei allen Verfahren Schwierigkeiten.It is known that waste is gasified by partial oxidation can be used (e.g. thermoselect method). The resulting Raw gases are ge according to known process steps cleans, usually salts of sulfuric acid and salt acid, for which there is usually no use. Also the feeding of the heterogeneous waste into the gasification plant actuator causes difficulties in all processes.

Es wird nun ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem durch eine neue Kombination an sich bekannter Verfahrensschritte die ge nannten Schwierigkeiten umgangen werden (Abb. 4).A method is now proposed in which the known difficulties are avoided by a new combination of known process steps ( Fig. 4).

Folgende durchschnittliche Zusammensetzung des Mülls wird da bei unterstellt:
30 Gew.-% H₂O
30 Gew.-% anorganische Bestandteile
40 Gew.-% organische Bestandteile
2 MWh/to Heizwert
Das vorgeschlagene Verfahren ist jedoch nicht auf diese Müll art beschränkt, sondern kann an alle Müllarten angepaßt werden. Im einzelnen wird das Verfahren wie folgt beschrieben (Abb. 2).The following average composition of the waste is assumed:
30% by weight H₂O
30% by weight of inorganic components
40% by weight of organic components
2 MWh / to calorific value
However, the proposed method is not limited to this type of waste, but can be adapted to all types of waste. The process is described in detail as follows ( Fig. 2).

Der Müll wird mittels eine Schleusensystems einem Heißdampf trockner zugeführt. Dieser Heißdampftrockner wird vorzugsweise als Bandtrockner ausgeführt. Das Trocknungsmedium Wasserdampf wird mehrfach umgewälzt und zwischenüberhitzt. Der Wasserdampf bildet sich aus dem Feuchtegehalt des Mülls. Der Müll wird da bei auf eine Restfeuchte getrocknet, wie sie zur störungsfrei en Einführung in den Vergasungsreaktor erforderlich ist. (4-10%) Der erzeugte Überschußdampf wird zusammen mit dem getrockneten Müll dem Vergasungsreaktor zugeführt. Der Trockner wird mit Überdruck betrieben (0,2-2 bar).The garbage becomes a superheated steam using a lock system dryer supplied. This superheated steam dryer is preferred designed as a belt dryer. The drying medium water vapor is circulated several times and reheated. The steam forms from the moisture content of the waste. The garbage is there when dried to a residual moisture, as for trouble-free en Introduction to the gasification reactor is required. (4-10%) The excess steam generated is dried together with the Garbage fed to the gasification reactor. The dryer comes with Operating overpressure (0.2-2 bar).

Der Vergaser wird vorzugsweise als Schmelzbadreaktor ausgeführt wobei die Schmelze eine Metallschmelze, vorzugsweise aber eine Schlackeschmelze sein sollte. Eine bevorzugte Ausführung des Reaktorbereichs ist in Abb. 3 dargestellt. Müll und Wasserdampf werden dem Reaktor a über einen zentralen Zuführungskanal zu geführt. Sie reagieren im Reaktor mit dem Vergasungsmittel Sau erstoff. Dabei entstehen ein Rohsynthesegas sowie eine Metall- und eine Schlackeschmelze. Metall und Schlackeschmelze werden in einen gemeinsamen Scheider b geführt, wo sie sich aufgrund von Dichteunterschieden trennen. Sie werden dann getrennt in den Wasserbadkühlern c und d granuliert. Der dabei entstehende Wasser dampf wird in einem Kondensator e niedergeschlagen. Aufgrund der Wasserbilanz des Verfahrens überschüssiges Wasser wird an dieser Stelle ausgeschleust.The gasifier is preferably designed as a molten bath reactor, the melt being a metal melt, but preferably a slag melt. A preferred embodiment of the reactor area is shown in Fig. 3. Waste and water vapor are fed to the reactor a via a central feed channel. They react in the reactor with the gasifying agent oxygen. This creates a raw synthesis gas as well as a metal and a slag melt. Metal and slag melt are fed into a common separator b, where they separate due to density differences. They are then granulated separately in the water bath coolers c and d. The resulting water vapor is deposited in a condenser e. Due to the water balance of the process, excess water is removed at this point.

Der vorgeschlagene Vergasungsreaktor ist detaillierter in Abb. 3a dargestellt. Das zentrale Zuführungsrohr a für Müll und Wasser dampf taucht in das Schlackebad b ein. Es wird gezielt ein Druck unterschied zwischen Zuführungsrohr und Gasraum c eingestellt, der zu einem Niveauunterschied der Schmelzespiegel führt. Durch Schlitze d im Unterteil des Zuführungsrohrs, deren freier Quer schnitt vom Schmelzespiegel im Zuführungsrohr abhängig ist, gleichen sich eventuelle Druck- und Mengenschwankungen im Zu führungsrohr automatisch aus. Durch sie tritt das gasförmige Reaktionsgemisch in den eigentlichen Reaktionsraum ein. Eine gute Einmischung des Mülls wird durch zwei Mammutpumpen er reicht, in sie wird das Vergasungsmittel Sauerstoff eingedüst. Impulsaustausch und Dichteunterschied bewirken den Schmelze umlauf. Vom Kopf der Mammutpumpe fließt die Schlacke in das Zuführungsrohr und vermischt sich mit dem Müll. Sauerstoff und Reaktionsprodukte treten zusammen mit dem Wasserdampf durch die Schlitze d radial in den Reaktorraum ein. Die gasförmigen Re aktionsprodukte verlassen den Reaktorraum c durch eine Einschnü rung f, die zusammen mit dem Nachreaktionsraum eine intensive Vermischung der gasförmigen Reaktionsprodukte bewirkt. Der Nach reaktionsraum g stellt die Gleichgewichtseinstellung sicher. Bei üblichen Reaktionsendtemperaturen von 1200-1500°C beträgt die erforderliche Verweilzeit ca. 1-2 sec. Mitgerissene Schmelze teilchen fließen in den Reaktionsraum zurück. Die Schlacke schmelze verläßt den Reaktor über einen Überlauf h, die Metallschmel ze über einen entsprechend der Dichteunterschiede dimensionier ten Syphon i. Ausmauerung, Isolierung und Wandkühlung sind ent sprechend dem Stand der Technik ausgeführt.The proposed gasification reactor is shown in more detail in Fig. 3a. The central feed pipe a for waste and steam is immersed in the slag bath b. A pressure difference between the feed pipe and the gas space c is specifically set, which leads to a level difference in the melt level. Through slots d in the lower part of the feed pipe, the free cross section of which depends on the melt level in the feed pipe, any pressure and quantity fluctuations in the feed pipe are automatically compensated for. Through them the gaseous reaction mixture enters the actual reaction space. A good mixing of the garbage is achieved by two mammoth pumps, into which the gasifying agent oxygen is injected. Pulse exchange and density difference cause the melt to circulate. The slag flows from the head of the mammoth pump into the feed pipe and mixes with the waste. Oxygen and reaction products, together with the water vapor, enter the reactor space radially through the slots d. The gaseous reaction products leave the reactor space c through a constriction f which, together with the after-reaction space, brings about an intensive mixing of the gaseous reaction products. The after reaction space g ensures the establishment of equilibrium. At usual reaction end temperatures of 1200-1500 ° C, the required dwell time is approx. 1-2 seconds. Melt particles entrained flow back into the reaction space. The slag melt leaves the reactor via an overflow h, the metal melt via a siphon dimensioned according to the density differences. Brick lining, insulation and wall cooling are designed accordingly to the state of the art.

Um Heißgaskorrosion durch HCl zu vermeiden, wird das Synthese rohgas von Reaktoraustrittstemperatur mittels eines Gasquenchs mit kalten Rohgas auf ca. 550°C abgekühlt. (Abb. 4). Die Quench temperatur wird so gewählt, daß sich keine geschmolzenen Parti kel mehr im Mischgas befinden. In einem nachgeschalteten Zyklon werden gröbere Staubpartikel ausgeschieden und aus der Anlage ausgeschleust. Der Mischgasstrom wird einem Sattdampferzeuger zugeführt und unter Erzeugung von Hoch-und Mitteldruckdampf auf ca. 150°C abgekühlt. Im Dampferzeuger strömt das Gas innen durch die Rohre, um Ablagerungen zu vermeiden. Die Rohrinnen wandtemperatur wird unter 350°C gehalten, um HCl-Korrosion zu vermeiden. Der Mitteldruckdampf dient vorwiegend zu Heizzwecken innerhalb der Anlage. Der Hochdruckdampf wird an anderer Stelle überhitzt und dient der Stromerzeugung. Um die Wandtemperatur niedrig zu halten, wird ausdrücklich auf eine Überhitzung im Dampferzeuger verzichtet.In order to avoid hot gas corrosion by HCl, the raw gas synthesis is cooled from the reactor outlet temperature by means of a gas quench with cold raw gas to approx. 550 ° C. ( Fig. 4). The quench temperature is chosen so that there are no more molten particles in the mixed gas. Coarse dust particles are separated out in a cyclone and removed from the system. The mixed gas stream is fed to a saturated steam generator and cooled to approximately 150 ° C. with the generation of high and medium pressure steam. In the steam generator, the gas flows inside through the pipes to avoid deposits. The inside wall temperature of the pipe is kept below 350 ° C to avoid HCl corrosion. The medium pressure steam is mainly used for heating purposes within the system. The high pressure steam is overheated elsewhere and is used to generate electricity. In order to keep the wall temperature low, overheating in the steam generator is expressly avoided.

Ein Teil des kalten Rohgases wird in den Gasquench zurückge führt. Der andere Teil wird der weiteren Reinigung zugeführt. In einem ersten Schritt wird bis zu 2% Sauerstoff zugeführt, um den größten Teil der metallischen Verunreinigungen zu oxy dieren (Abb. 5). Alternativ kann der Dampferzeuger auch zweigeteilt werden, so daß der Sauerstoff in einem Mischelement zwischen den beiden Teilen auch schon bei ca. 350°C zugemischt werden kann. Anschließend wird der Feinstaub und ein Großteil der Metalloxyde in einem Schlauchfilter abgeschieden. Um die Standzeit des Fil ters zu verlängern, kann Filterhilfsmittel dem Rohgas zugemischt werden. (z. B. feingemahlene Aktivkohle). Part of the cold raw gas is returned to the gas quench. The other part is sent for further cleaning. In a first step, up to 2% oxygen is added to oxidize most of the metallic impurities ( Fig. 5). As an alternative, the steam generator can also be divided into two, so that the oxygen can be mixed in at just about 350 ° C. in a mixing element between the two parts. The fine dust and most of the metal oxides are then separated in a bag filter. In order to extend the service life of the filter, filter aids can be added to the raw gas. (e.g. finely ground activated carbon).

Anschließend werden die Reaktionsgase auf 0-50°C abge kühlt und einer Adsorptionsanlage mit Aktivkohle als Adsor bens zugeführt. Dort werden Schwefelwasserstoff und Ammoniak abgeschieden und mit dem früher zudosierten Sauerstoff zu Schwefel und Stickstoff oxidiert. Die Aufnahmekapazität für S liegt dabei im Bereich von 500 kg/m Adsorbervolumen. Ein Adsor bervolumen von 20-30 m speichert somit 7-10 to S. Bei einer Müllvergasungskapazität von 100 000 to/a sind Zykluszeiten von ca. 2 Wochen zu erwarten. Es wird deshalb vorgeschlagen, für 20-30 Vergasungsanlagen eine Regenerieranlage entsprechend dem Stand der Technik zu errichten. Wahlweise können dann nur die Aktivkohle oder aber der beladene Adsorber vor Ort ausge tauscht und zentral regeneriert werden. Quecksilberdämpfe werden im Adsorber ebenfalls abgeschieden.The reaction gases are then removed to 0-50 ° C cools and an adsorption system with activated carbon as adsor bens fed. There are hydrogen sulfide and ammonia separated and with the previously added oxygen Oxidized sulfur and nitrogen. The capacity for S lies in the range of 500 kg / m adsorber volume. An adsor Bervolume of 20-30 m thus stores 7-10 to S. With one Waste gasification capacity of 100,000 to / a are cycle times of expected about 2 weeks. It is therefore suggested for 20-30 gasification plants a regeneration plant according to the State of the art. Then only the Activated carbon or the loaded adsorber on site exchanged and regenerated centrally. Mercury vapors are also separated in the adsorber.

In einer nachgeschalteten Wasserwäsche wird Chlorwasser stoff entsprechend dem Stand der Technik absorbiert und zu technischer Salzsäure aufkonzentriert.In a downstream water wash, chlorine water Absorbed according to the prior art and too concentrated technical hydrochloric acid.

Das gereinigte wasserdampfgesättigte Gas wird vorzugsweise in einer Gasturbinenanlage verstromt.The cleaned water vapor saturated gas is preferred converted into electricity in a gas turbine plant.

Claims

1. Process for the gasification of waste by partial oxidation, characterized in that the following known process steps are connected in series.

a) Hot strip drying using a steel belt dryer. Alternatively, the wet waste can be fed to the reactor.
b) gasification of the waste in a molten bath reactor, the melt of which preferably consists of molten slag, the gasifying agents being oxygen and the water vapor resulting from the waste drying.
c) Cold gas quench to lower the synthesis gas temperature.
d) Cyclone for the separation of coarse dust.
e) saturated steam generator.
f) Mixing station for admixing oxygen.
g) Dust filter for the separation of fine dust.
h) activated carbon adsorber for the separation of hydrogen sulfide and ammonia with simultaneous oxidation to sulfur and nitrogen. Separation of mercury vapors.
i) Water washing to remove hydrogen chloride. Concentration on technical hydrochloric acid.
k) Electricity generation of the cleaned gas preferably in a gas turbine plant.

2. Gasification reactor for waste, characterized in that it is designed as a melt reactor, with a circular cross section and the feed shaft for waste and Water vapor as a circular, concentrically arranged pipe is trained.

3. Reactor according to claim 2, characterized in that in the guide shaft there is overpressure in relation to the gas space of the reactor, due to level differences in the melt level in the feed pipe and reaction space is balanced. Through slits in the lower part of the feed pipe enters the gaseous mixture in the Re action room. The garbage mixes with the melt and enters the reaction chamber at the lower end of the feed tube out.

4. Reactor according to claim 2, characterized in that the Melt through mammoth pump attached to the side of the feed pipe pen is circulated between the feed tube and the reaction space where preferably be installed with two pumps that ver by 90 ° sets to the outlet slots for the gaseous mixture are arranged.

5. Reactor according to claim 4, characterized in that as Gas component of the mammoth pumps preferably oxygen is set.

6. Reactor according to claim 2, characterized in that the gaseous reaction space is divided into two, the connection between the two rooms by a concentric ring gap is created in the mixing energy for a turbu lente mixing of the gaseous reaction products applied becomes.