EP0567449A1 - Verfahren zum thermischen Umwandeln von organischen Substanzen in Gase - Google Patents

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EP0567449A1
EP0567449A1 EP93890082A EP93890082A EP0567449A1 EP 0567449 A1 EP0567449 A1 EP 0567449A1 EP 93890082 A EP93890082 A EP 93890082A EP 93890082 A EP93890082 A EP 93890082A EP 0567449 A1 EP0567449 A1 EP 0567449A1
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EP
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gas
reactor
organic substances
bed
esp
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Withdrawn
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EP93890082A
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Kurt Dipl.-Ing. Pollak
Gerhard Dipl.-Ing. Warecka
Rudolf Dipl.-Ing. Baumgartner
Dieter Dipl.-Ing. Pesendorfer
Viktor-Heinz Dipl.-Ing. Gutmann
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Original Assignee
OMV AG
OEMV AG
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    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas

Definitions

  • the invention relates to a method for converting organic substances into gases with carbon monoxide and hydrogen.
  • Plastic products can also be recycled in a targeted manner. For example, sprues or excess parts, such as those that occur when deburring plastic parts, can be re-granulated and recycled. This procedure applies in particular when thermoplastics are present, since they can be subjected to a shaping solely by thermal softening and subsequent cooling. In the case of thermosetting plastics, at least one chemical treatment will generally be required for recycling. However, if the materials to be recycled are not in a pure form but in a mixed form, it is particularly difficult to find a form of recycling that corresponds to the entropy of the raw material.
  • magnetic separators are used to separate magnetic and non-magnetic materials, that is to say essentially iron alloys and non-iron alloys.
  • an enrichment of certain elements, e.g. B. copper which can only be removed with difficulty from the melt that arises during steel production using economical methods.
  • a recycling of plastics, such as the automotive industry is striving for, whereby only certain plastics are permitted for use in automobiles and these are specifically collected in the final recycling of the motor vehicle, according to the chemical composition, can be particularly energy-saving and therefore particularly little Make pollutant-causing recycling accessible.
  • the aim is to carry out the gasification at high temperatures.
  • the higher these temperatures are, the greater the proportion of nitrogen oxides can be, which are also considered to be environmentally harmful and should therefore be kept particularly low in the exhaust gases.
  • the present invention which is based on a prior art according to AT-B 382 388, has set itself the goal of providing a process for the thermal conversion of organic substances, the gases obtained being used both for chemical synthesis and for high-quality energetic Use should be suitable.
  • a further object of the present invention is that the method should be suitable to also use differently composed organic mixtures, e.g. B. plastic mixtures of polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyurethane and.
  • the filter dust and adsorbent for the exhaust gases being particularly easy in the gasification reactor may be subject to renewed conversion.
  • the formation of nitrogen oxides should be kept as low as possible, but a high temperature should be achieved during gasification.
  • the gases arising from the reactor should also have the highest possible energy value for subsequent synthesis or high-quality thermal utilization, be it through temperature or increased pressure.
  • the organic substances on a self-consuming bed with a temperature above 900 ° C, in particular incandescent, which consists essentially of general cargo, carbon and / or highly condensed Hydrocarbons, especially coke, is applied, whereby a gas mixture is drawn off together with the gaseous reaction products through the bed, and both the organic substances and the piece goods are introduced into the reactor via barriers and via additional heating, e.g. B. with a burner, the organic substances are heated.
  • incandescent which consists essentially of general cargo, carbon and / or highly condensed Hydrocarbons, especially coke
  • the thermal conversion of organic substances in a fixed bed avoids unnecessary excess liquids and / or quantities of gas, such as are absolutely necessary, for example in the fluidized bed process or the like.
  • the bed serves as a filter, the filter itself being disposed of in the reactor itself, and any carbon dioxide present the bed can be converted to carbon monoxide.
  • An additional heating device can ensure that the self-consumption of the bed made of high-quality carbon is kept particularly low and the required thermal energy is supplied via other energy sources.
  • the organic substances are gassed with oxygen, bound and unbound, corresponding to 1/2 02 to carbon ratio above 1: 1, in particular 2: 1 to 15: 1, the ratio is preferably between 2: 1 and 15: 1 adhered to, on the one hand smoldering is reliably prevented and excessive consumption of general cargo and thus the generation of gases is prevented.
  • the gases to be extracted are loaded with tar products or the like, which are then to be retained in bed, the solid and / or pasty organic substances and the piece goods are introduced under pressure into the reactor via separate pressure barriers and the oxygen-containing gas with at least 80% by volume, in particular at least 90% by volume, oxygen, a pressure of at least 5 bar, in particular 25 to 50 bar is maintained.
  • the proportion of these tar products is too high, either the bed filling has to be increased significantly or an additional aftertreatment of the exhaust gases has to be provided. Furthermore, the formation of nitrogen oxides can be almost prevented.
  • a gas which has at least 80% by volume, in particular at least 90% by volume, oxygen
  • the gasification can take place at particularly high temperatures without additional environmental pollution, additional amounts of gas which complicate the work-up and the content of lower desired products, can be avoided particularly easily.
  • a pressure of at least 5 bar, in particular 25 bar to 50 bar, is maintained in the reactor, in particular in the gasification zone of the organic substances, a synthesis gas or gas for electrical energy conversion can already be withdrawn from the reactor, which if necessary without further pressure increase of the gas and this can be used directly at an elevated temperature after appropriate cleaning.
  • the temperature of the gas in the gasification zone of the organic substances is kept at 1,500 ° C. to 1,650 ° C., the organic substances can be gasified particularly quickly, as a result of which the dry distillation of the organic substances that occurs in the initial phase is particularly low.
  • the temperature of the bed when the gas emerges is kept at at least 800 ° C., in particular between 850 ° C. and 950 ° C., a particularly effective conversion in the bed from carbon dioxide to carbon monoxide can be achieved.
  • the gas exits the bed gasifying the organic substances it has a temperature of 1,000 ° C to 1,100 ° C, so a complete conversion to carbon monoxide is guaranteed, while at the same time the energy content of the gas allows a wide range of applications due to the high temperature.
  • both a subsequent synthesis and other reactions which take place at elevated pressure can be carried out with a particularly low expenditure of energy.
  • the efficiency of the subsequent process steps can be kept particularly simple, furthermore the separated solids and possibly highly viscous products are returned to the reactor.
  • a subsequent cleaning step e.g. B. in a liquid washer, particularly effective.
  • the gas is cooled after its exit, in particular from the solids separator, in a heat exchanger to 400 ° C to 600 ° C, in particular to 500 ° C to 600 ° C, and then cooled to saturation temperature with water in a quench container freed from solids in addition to cooling, so that particularly trouble-free operation can be guaranteed.
  • the solids content in the gas can be reduced further, and an acidic or alkaline washing liquid can be used, depending on the composition of the gas.
  • gases which are less soluble in liquids can also be retained in high proportions, so that pollutants or toxins, e.g. B. catalyst toxins are retained with high effectiveness.
  • slag formers are added to the gasifying bed, in particular from the piece goods, depending on the composition of the substances to be gasified and, if appropriate, the piece goods, particularly flexible slagging can be carried out, while the slag can be converted into a non-elutable form by the specific choice of the slag formers , so that no special measures for the final storage of the slag are required.
  • organic substances are introduced, in particular continuously, via a screw press or a piston pump, which serves as a pressure lock, then a device is used which both serves as a pressure lock and also allows the continuous or approximately continuous introduction of organic substances.
  • the organic substances are built up with a mixture of particulate plastic and petroleum residues or waste oil in a weight ratio of 5: 1 to 1: 5, in particular 4: 1 to 1: 3, this mixture can be particularly easily kneadable or particularly gas-tight and easily conveyable Substance are built up, there is also the possibility, for. B. to keep the pollutant content or the content of carbon to a predestined value.
  • the gas is heated before it enters a chemical reactor or into a gas turbine by gas emerging directly or indirectly from the reactor, a particularly favorable energetic solution has been found, the thermal energy being able to be used independently of the other seasonal requirements .
  • R 1 means a reactor in which cokes, organic substances to be gasified, water vapor and oxygen-containing gases are fed separately via feed lines A, B, C 1 and C 2 . These components lead to a reaction gas, which via line D in the cyclone Z is directed.
  • the liquid slag formed in the reactor is withdrawn continuously or discontinuously via line E.
  • the solids separated in the cyclone Z and any highly viscous liquids adsorbed are fed via a line F to the reactor for re-gasification.
  • the gas passes from the cyclone Z into a heat exchanger W 1 , in which cooling is carried out in line or counterflow with water or purified, cooled product gas via line G 1 .
  • a suitable heat exchanger can be formed, for example, by a shell-and-tube heat exchanger.
  • the cooled gases are then cooled to saturation temperature in a liquid quench tank QB by water injection, largely freed of dust and freed from hydrochloric acid and further from remaining dust in a washing column AK 1 ' in which water is washed.
  • This gas purified in this way, is introduced into a second absorption column AK 2 , in which in particular hydrogen sulfide is bound to the absorption liquid, which consists of ice-cold methanol.
  • a second absorption column AK 2 in which in particular hydrogen sulfide is bound to the absorption liquid, which consists of ice-cold methanol.
  • the washing column AK 2 can be operated with cold sodium hydroxide solution (especially with a low S content of the starting materials), or a similar sodium hydroxide absorption column additionally after the z. B. methanol operated column AK 2 can be used.
  • the gas cleaned in this way passes to a compressor K and from there via line a into a heat exchanger W 2 , which is optionally operated with the waste heat from the reactor R 1 or R 2 or the heat exchanger W 1 .
  • the reheating can be carried out by recirculating the product gas via line b to the heat exchanger W 1 on the cold gas side thereof.
  • the gas heated in this way and under pressure is then fed via line G 1 to a reactor R2, the reaction product then being withdrawn via line G 2 .
  • an energy conversion for. B. be provided with a gas turbine.
  • the reactor R 1 shown in Fig. 2 has a shaft-shaped part 1, which can be filled with coke via the task 2 and slide 3.
  • the coke is filled discontinuously, the space between the two sliders 3 being connected on the one hand to the atmosphere and then being filled with coke, whereupon the connection to the atmosphere is interrupted, and the second slider 3 is opened so that it becomes one Pressure builds up and the coke falls into task 2.
  • the shaft-shaped part 1 leads the coke 4 into the gasification zone 5, the inner wall 6 of the shaft-shaped part ending in front of the gasification zone.
  • the coke 4 also rests on the trough 7, which has a bottom 8 which is inclined to the horizontal, so that the resulting liquid slag can collect in the area which is remote from the coke bed.
  • the liquid slag 9 runs over the wall of the trough 7 into the liquid bed 10 and solidifies there to form solid particles.
  • the slag which is heavier than the water, is drawn off from the water bed via the slide 11, the pressure in the reactor being able to be maintained essentially undisturbed by intermittent opening, and then the slag together with the liquid is discontinuously via pipelines or via its own trolley 12 can be spent.
  • the water discharged with the slag is supplemented via the pipeline 13.
  • the organic substance 14 to be thermally converted arrives at the incandescent coke bed in the gasification zone 5, the surface of which is formed by the pouring cone.
  • This organic substance passes through a feed container 15, which also serves as an intermediate storage for the organic substance and a screw press 16 or one Piston pump into the gasification zone 5.
  • the auxiliary heater 18 is formed by a burner that is operated with petroleum residues or used oil. Steam or oxygen-enriched gas is fed to the reactor via lines 19 and 20. The gas mixture is drawn off in accordance with the arrow X at the upper end of the shaft-shaped part 1 of the reactor, the discharge taking place continuously.
  • the operation of the reactor is now such that, on the one hand, as already stated, coke enters the gasification zone 5, which is heated by the additional heater 18.
  • the aim here is that the coke only provides a small proportion for the thermal energy and mainly serves as a regenerative hot filter or as a support base for the organic substances.
  • the organic substances which are conveyed into the reactor R 1 via the screw press 16 or the piston pump, are already preheated, optionally melted, on the incandescent coke bed.
  • the organic substances are heated by the auxiliary heater. According to the water gas equilibrium or Boudonard equilibrium, the organic substances decompose, and due to the high temperature it is achieved that these substances do not smolder, which results in only a small proportion of tars and products.
  • the resulting gases are then drawn off over the coke bed located in the shaft-shaped part 1, the coke being simultaneously cleaned due to its high inner surface by retaining the condensable products and dusts or heavy metals.
  • the gases in the shaft-shaped part 1 are cooled, which preheats the coke.
  • Slag formers, such as lime, also get onto the glowing coke bed, so that undesired accompanying substances in the form of a liquid slag 9 can be removed particularly easily.
  • the materials from which the reactor is constructed are selected according to their thermal and chemical stress.
  • the shaft-shaped part of the reactor is in the upper area can be made of metallic materials such as steel.
  • the coke was heated to white heat with a burner, which was operated with a petroleum residue preheated to 240 ° C. with a boiling point above 500 ° C. 180 kg / h of petroleum residue were fed to the burner.
  • the petroleum residue had the following chemical composition in% by weight (anhydrous): and an ash content of 0.04.
  • the petroleum residue was anhydrous.
  • a plastic waste mixture of the following chemical composition in% by weight (anhydrous) was used as organic substances: with an ash content of 3.16 and a moisture content of 2.60% by weight.
  • the temperature of the gases below the flame of the auxiliary heater was 1,607 ° C.
  • the gas which entered the remaining coke bed from the gasification zone had a temperature of 1,078 ° C., this temperature being measured using a thermocouple.
  • the coke consumption was 76 kg / h. This temperature was also measured with a thermocouple.
  • the pressure at the outlet is 29 bar.
  • the escaping gas had the following composition in% by volume:
  • the amount of gas was 1,700 Nm 3 / h.
  • the amount of slag was 15 kg / h.
  • the gas obtained in this way was subjected to the cleaning steps according to the flow diagram of FIG. 1, the following cleaning or lowering of temperature and pressure being carried out in the individual steps.
  • the solids content of the gas was reduced from 17 g / Nm 3 to 2 g / Nm 3 , the pressure of the escaping gas being 29 bar and the temperature of the same being 825 ° C.
  • the temperature of the gas was reduced from 825 ° C to 500 ° C.
  • the temperature was reduced from 500 ° C to 185 ° C, the dust content being reduced from 2 g to 500 mg / Nm 3 .
  • the HCI content has been reduced from 4,018 mg / Nm 3 to 3,700 mg / Nm 3 .
  • the temperature in the absorption column 1 was then reduced from 185 ° C.
  • the HCl content being reduced from 3,700 mg / Nm 3 to 150 mg / Nm 3 .
  • the dust content was reduced from 500 mg to less than 10 mg / Nm 3 , the total pressure loss in the absorption column being 0.5 bar.
  • Gases containing H 2 S and COS were oxidized in a downstream muffle.
  • the calorific value of the product gas obtained was 9.5 MJ / Nm 3 .
  • the yield was 1,170 Nm 3 / h.
  • the ratio of oxygen, u. between the sum of bound and unbound, corresponding to 1/2 0 2 to carbon of the organic substance was 5.4: 1.
  • the amount of gas was 1,650 Nm 3 / h.
  • the coke consumption in the reactor was 63 kg / h.
  • the amount of slag was 43 kg / h.
  • the raw gas thus obtained was subjected to the same purification steps as in Example 1 and burned.
  • the degrees of separation or degrees of purification were identical to the values determined from Example 1.
  • the cleaned product gas before combustion showed a significantly lower calorific value than in Example 1, u. between 8.8 MJ / Nm 3 with a gas volume of 1,090 Nm 3 / h.
  • the ratio of oxygen, bound and unbound, to carbon of the organic substances to be gasified was 5.5: 1.
  • the reactor was fed 232 kg / h of a mixture of the same composition as in Example 1 as an organic substance. This time, however, the additional heating was operated with natural gas and purified product gas, which was reheated via the water exchanger W1 in countercurrent to the hot raw gas from R 1 . The following process data could be determined, with 10% of the product gas being returned after gas cleaning.
  • Natural gas consumption 738 Nm 3 natural gas / t organic substance
  • Coke consumption 350 kg coke / t organic substance
  • Recycle gas volume 500 Nm3 / t 120 Nm 3 / h at 232 kg / h organic matter
  • Recycle gas temperature after heat exchange in W 1 650 ° C.
  • the ratio of oxygen, bound and unbound, to carbon of the substances to be gasified was 4.9: 1.

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Abstract

Verfahren zur thermischen Umwandlung von organischen Substanzen in Gase mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff mit einem festen Bett in einem Reaktor unter Einwirkung von Sauerstoff und Wasserdampf, wobei die organischen Substanzen auf ein selbstverzehrendes Bett mit einer Temperatur über 900° C aufgebracht werden, und eine Gasmischung gemeinsam mit den gasförmigen Reaktionsprodukten durch das Bett hindurch abgezogen wird, wobei die organischen Substanzen mit einem Sauerstoff, gebunden und ungebunden, entsprechend 1/2 O2 zu Kohlenstoffverhältnis über 1 : 1, insbesondere von 2 : 1 bis 15 : 1, beträgt, mit Sauerstoff vergast werden, wobei die festen und/oder pastösen organischen Substanzen und das Stückgut über voneinander getrennte Drucksperren und das sauerstoffhältige Gas mit zumindest 80 Vol.-%, insbesondere zumindest 90 Vol.-%, Sauerstoff jeweils unter Druck in den Reaktor eingebracht werden, wobei in diesem ein Druck von zumindest 5 bar, insbesondere von 25 bar bis 50 bar, aufrechterhalten wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung von organischen Substanzen in Gase mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
  • Es ist hinläufig bekannt, Wasser auf glühende Kohle aufzubringen, wobei das Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff dissoziiert, und der Sauerstoff mit dem Kohlenstoff unter Berücksichtigung der hohen Temperatur Kohlenmonoxid bildet. Je reiner der Kohlenstoff ist, umso weniger weist das entstehende Gas unerwünschte Verunreinigungen auf. Je sauberer jedoch derartige Synthesegase sind, desto geringer ist der Aufwand, diese zu reinigen.
  • Die Wiederverwertung von Altprodukten stellt einen wesentlichen Beitrag zur Minderung des Energieverbrauches, Belastung der Umwelt mit Abgasen und Abwässern und festen zur Endlagerung bestimmten Stoffen dar. Je reiner die anfallenden Stoffe sind, desto leichter ist die Wiederverwertung. So wird innerhalb der Industrie seit langem so vorgegangen, daß im Laufe eines Produktionsprozesses anfallende Abfall- oder Überschußstoffe entweder im Kreise geführt werden oder einer gezielten Verwertung zugeführt sind. So werden in metallverarbeitenden Betrieben die bei der mechanischen Bearbeitung anfallenden Blechreste od. dgl. gezielt gesammelt und dem Lieferanten zur Wiederverwertung, also zur Herstellung der Legierung, wie sie in diesem Werk verwendet wird, zur Verfügung gestellt. Bohröle od. dgl. werden in Umlauf geführt, wobei eine mechanische Reinigung derart erfolgt, daß der Einsatz des Bohröles ohne Beeinträchtigung des zu gewinnenden Produktes durchgeführt werden kann.
  • Auch bei Kunststoffprodukten besteht die Möglichkeit, diese gezielt einer Wiederverwertung zuzuführen. So können beispielsweise Angußstücke oder Überschußteile, wie sie beim Entgraten von Kunststoffteilen anfallen, erneut granuliert und einer Wiederverwertung zugeführt werden. Diese Vorgangsweise gilt insbesondere dann, wenn thermoplastische Kunststoffe vorliegen, da diese alleine durch thermisches Erweichen und anschließendes Abkühlen einer Formgebung unterwerfbar sind. Bei duroplastischen Kunststoffen wird in der Regel für eine Wiederverwertung zumindest eine chemische Behandlung erforderlich sein. Liegen jedoch die wiederzuverwertenden Stoffe nicht in reiner Form, sondern in gemischter Form vor, so ist es besonders schwierig, eine der Entropie des Rohstoffes entsprechende Form der Verwertung zu finden.
  • Bei Legierungen wird beispielsweise mit Magnetscheidern eine Trennung in magnetische und unmagnetische Materialien, also im wesentlichen Eisenlegierungen und Nichteisenlegierungen, vorgenommen. Diese so gewonnenen Fraktionen, wie sie beispielsweise bei der Müllsortierung anfallen, sind sodann nur einer Wiederverwertung, z. B. als Stahl, zuführbar, wobei ein derartiger Schrott auf Grund seiner schwankenden Zusammensetzung nicht für besonders hochwertige Legierungen eingesetzt werden kann. So tritt bei Stahl durch vielfachen Einsatz und Wiederverwendung beim Einschmelzen und Konvertieren desselben eine Anreicherung an bestimmten Elementen, z. B. Kupfer, auf, welche nur schwer mit wirtschaftlichen Verfahren aus der Schmelze, die bei der Stahlherstellung entsteht, entfernt werden können.
  • Eine Wiederverwertung von Kunststoffen, wie sie beispielsweise von der Automobilindustrie angestrebt wird, wobei nur bestimmte Kunststoffe für den Einsatz beim Automobil zugelassen werden und diese bei der Endverwertung des Kraftfahrzeuges gezielt, entsprechend der chemischen Zusammensetzung, gesammelt werden, kann eine besonders energiesparende und damit besonders wenig Schadstoffe verursachende Wiederverwertung erreichbar machen.
  • Je unterschiedlicher anfallende Abfallstoffe in einer Mischung, insbesondere organische Substanzen, sind, desto größer muß der chemische Abbau sein, um eine geordnete Wiederverwertung zu erreichen. Die bislang am meisten zum Einsatz gebrachte Wiederverwertung von organischen Substanzen ist die Gewinnung von kalorischer Energie. Die erreichbaren Temperaturen erlauben besonders den Einsatz derselben für Heizzwecke, sei es für Raumheizungen als auch für die Gewinnung für Heißwasser. Die entstehenden Abgase müssen jedoch einer mechanischen und auch chemischen Reinigung unterzogen werden, wobei die anfallenden Stoffe, z. B. Filterstäube und Schlämme, von einer naßchemischen Behandlung sodann ihrerseits entsorgtwerden müssen. Je verunreinigter bzw. je uneinheitlicher die Zusammensetzung der zum Einsatz gelangenden Stoffe ist, desto größer sind in der Regel die anfallenden Mengen an Filterstäuben bzw. Schlämmen.
  • Zur Gewinnung von hochwertigen Gasen, z. B. für Synthesen oder auch für Gasturbinen, wird angestrebt, die Vergasung bei hohen Temperaturen durchzuführen. Je höher diese Temperaturen jedoch sind, desto größer kann der Anteil von Stickoxiden sein, die ebenfalls als umweltschädigend betrachtet werden und damit in den Abgasen besonders geringgehalten werden sollen.
  • Die vorliegende Erfindung, die von einem Stand der Technik gemäß AT-B 382 388 ausgeht, hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zum thermischen Umwandeln von organischen Substanzen zu schaffen, wobei die anfallenden Gase sowohl für eine chemische Synthese als auch für einen hochwertigen energetischen Einsatz geeignet sein sollen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Verfahren geeignet sein soll, auch unterschiedlich zusammengesetzte organische Mischungen, z. B. Kunststoffmischungen aus Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan u. dgl., zu vergasen, wobei weiters die Filterstäube und anfallenden Adsorptionsmittel für die Abgase besonders einfach im Vergasungsreaktor einer erneuten Konvertierung unterliegen können. Weiters soll die Bildung von Stickoxiden so gering wie möglich gehalten werden, aber eine hohe Temperatur bei der Vergasung realisiert sein. Die aus dem Reaktor anfallenden Gase sollen weiters für eine anschließende Synthese oder auch hochwertige thermische Verwertung einen möglichst hohen Energiewert, sei es zusätzlich durch Temperatur oder erhöhtem Druck, aufweisen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Umwandlung von organischen Substanzen, insbesondere Kunststoffen, in Gase mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff, z. B. für Synthesen, mit einem festen Bett in einem Reaktor unter Einwirkung von Sauerstoff und Wasserdampf, werden die organischen Substanzen auf ein selbstverzehrendes Bett mit einer Temperatur über 900° C, insbesondere weißglühendes, welches im wesentlichen aus Stückgut, aus Kohlenstoff und/oder hochkondensierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere Koks, aufgebaut ist, aufgebracht, wobei eine Gasmischung gemeinsam mit den gasförmigen Reaktionsprodukten durch das Bett hindurch abgezogen wird, und sowohl die organischen Substanzen als auch das Stückgut über Sperren in den Reaktor eingebracht werden und über eine zusätzliche Heizung, z. B. mit einem Brenner, die organischen Substanzen erhitzt werden.
  • Durch die thermische Umwandlung von organischen Substanzen in einem festen Bett, werden unnötige überschüssige Flüssigkeiten und/oder Gasmengen, wie sie beispielsweise beim Wirbelschichtverfahren od. dgl. zwingend erforderlich sind, vermieden.
  • Mit einem selbstverzehrenden eine Temperatur von über 900° C aufweisenden mit Kohlenstoff aufgebauten Bett, durch welches die Gasmischung abgezogen wird, kann erreicht werden, daß das Bett als Filter dient, wobei gleichzeitig die Entsorgung des Filters im Reaktor selbst erfolgt, und gegebenenfalls vorliegendes Kohlendioxid in dem Bett zu Kohlenmonoxid umgewandelt werden kann.
  • Über eine zusätzliche Heizeinrichtung kann erreicht werden, daß die Selbstverzehrung des aus hochwertigem Kohlenstoff bestehenden Bettes besonders geringgehalten wird und die erforderliche thermische Energie über andere Energieträger zugeführt wird.
  • Werden erfindungsgemäß die organischen Substanzen mit einem Sauerstoff, gebunden und ungebunden, entsprechend 1/2 02 zu Kohlenstoffverhältnis über 1 : 1, insbesondere 2:1 bis15: 1, mit Sauerstoff vergast und wird hiebei vorzugsweise ein Verhältnis zwischen 2 : 1 und 15: 1 eingehalten, so ist einerseits ein Schwelen sicher verhindert und ein zu hoher Verbrauch an Stückgut und damit Anfall an Gasen verhindert.
  • Da die organischen Substanzen mit einem Sauerstoffüberschuß, u. zw. gebunden und ungebunden bezogen auf die zu vergasenden Substanzen, verarbeitet, so kann vermieden werden, daß die abzuziehenden Gase mit Teerprodukten od. dgl. belastet werden, welche anschließend im Bett zurückgehalten werden sollen, wobei die festen und/oder pastösen organischen Substanzen und das Stückgut über voneinander getrennte Drucksperren und das sauerstoffhaltige Gas mit zumindest 80 Vol.-%, insbesondere zumindest 90 Vol.-%, Sauerstoff jeweils unter Druck in den Reaktor eingebracht werden, wobei in diesem ein Druck von zumindest 5 bar, insbesondere von 25 bis 50 bar, aufrechterhalten wird. Ist der Anteil dieser Teerprodukte jedoch zu hoch, muß entweder die Schüttung des Bettes wesentlich erhöht werden, oder eine zusätzliche Nachbehandlung der Abgase vorgesehen sein. Weiters kann dadurch auch das Entstehen von Stickoxiden nahezu verhindert werden.
  • Durch das Einbringen der festen und/oder pastösen organischen Substanzen und des Stückgutes über Sperren kann ein Betrieb gewährleistet werden, welcher geringsten Druckschwankungen unterliegt und damit eine besonders kontinuierliche Vergasung mit gleichbleibend geringem Gehaltan aus dem abzuziehenden Gas abzuscheidenden Stoffen realisiert.
  • Wird mit einem Gas gearbeitet, das zumindest 80 Vol.-%, insbesondere zumindest 90 Vol.-% Sauerstoff aufweist, so kann ohne zusätzliche Umweltbelastung bei besonders hohen Temperaturen die Vergasung erfolgen, wobei zusätzliche Gasmengen, welche die Aufarbeitung erschweren und den Gehalt an den erwünschten Produkten senken, besonders einfach vermieden werden.
  • Wird ein Druck von zumindest 5 bar, insbesondere 25 bar bis 50 bar, im Reaktor, insbesondere in der Vergasungszone der organischen Substanzen, aufrechterhalten, so kann bereits aus dem Reaktor ein Synthesegas bzw. Gas zur elektrischen Energieumwandlung abgezogen werden, das gegebenenfalls ohne weitere Druckerhöhung des Gases und dies bei erhöhter Temperatur nach entsprechender Reinigung direkt zum Einsatz gebracht werden kann.
  • Wird die Temperatur des Gases in der Zone der Vergasung der organischen Substanzen auf 1.500° C bis 1.650° C gehalten, so können die organischen Substanzen besonders schnell vergast werden, wodurch die in der Anfangsphase auftretende trockene Destillation der organischen Substanzen besonders geringzuhalten ist.
  • Wird die Temperatur des Bettes beim Austritt des Gases auf zumindest 800° C, insbesondere zwischen 850° C und 950° C, gehalten, so kann eine besonders wirkungsvolle Konvertierung im Bett von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid erreicht werden.
  • Weist das Gas beim Austritt aus dem die organischen Substanzen vergasenden Bett eine Temperatur von 1.000° C bis 1.100° C auf, so ist eine vollständige Konvertierung zu Kohlenmonoxid gewährleistet, wobei gleichzeitig der Energieinhalt des Gases auf Grund der hohen Temperatur ein weites Einsatzgebiet erlaubt.
  • Tritt das Gas mit einem Druck von 20 bar bis 50 bar aus dem Reaktor aus, so kann sowohl eine anschließende Synthese als auch andere Umsetzungen, die bei erhöhtem Druck erfolgen, mit einem besonders geringen Energieaufwand durchgeführt werden.
  • Wird das Gas nach seinem Austritt aus dem Reaktor einer Feststoffabscheidung, insbesondere einer Zyklonstaubabscheidung, unterworfen, so kann der Wirkungsgrad der nachgeschalteten Verfahrensschritte besonders einfach hochgehalten werden, wobei weiters die abgeschiedenen Feststoffe und gegebenenfalls hochviskosen Produkte dem Reaktor rückgeführt werden.
  • Wird das Gas nach seinem Austritt, insbesondere aus dem Feststoffabscheider, in einem Wärmetauscher, insbesondere Rohrbündelwärmetauscher, insbesondere bis 200° C, abgekühlt, so wird ein nachfolgender Reinigungsschritt, z. B. in einem Flüssigkeitswäscher, besonders wirksam.
  • Wird das Gas nach seinem Austritt, insbesondere aus dem Feststoffabscheider, in einem Wärmetauscher auf 400° C bis 600° C, insbesondere auf 500° C bis 600° C, abgekühlt und anschließend in einem Quenschbehälter mit Wasser auf Sättigungstemperatur abgekühlt, so wird das Gas zusätzlich zur Abkühlung auch von Feststoffen befreit, so daß ein besonders störungsfreier Betrieb gewährleistet sein kann.
  • Wird das Gas, insbesondere mit einem Venturiwäscher, mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gewaschen, so kann der Feststoffanteil im Gas weiter herabgesetzt werden, und je nach Zusammensetzung des Gases eine saure oder alkalische Waschflüssigkeit eingesetzt werden.
  • Wird das Gas durch Absorption, insbesondere nach der Waschung, gereinigt, so können auch in Flüssigkeiten geringer lösliche Gase in hohen Anteilen zurückgehalten werden, so daß Schadstoffe oder Giftstoffe, z. B. Katalysatorgiftstoffe, mit hoher Wirksamkeit zurückgehalten werden.
  • Wird die aus dem die organischen Substanzen vergasenden Bett austretende Schlacke unterAtmosphärenüberdruck in ein flüssiges Kühlbett, insbesondere in ein Wasserbett, eingebracht, so ist auch für den Abzug der festen Reaktionsprodukte aus dem Reaktor ein kontinuierlicher Betrieb möglich, da der Abzug der Schlacke lediglich über eine öffen- und schließbare Schleuse erfolgen muß, so daß selbst durch den Abzug der Schlacke keine Störung des kontinuierlichen Betriebes eintritt.
  • Werden Schlackenbildner auf das vergasende Bett getrennt, insbesondere vom Stückgut, zugegeben, so kann dieje nach Zusammensetzung derzu vergasenden Substanzen und gegebenenfalls des Stückgutes eine besonders flexible Verschlackung durchgeführt werden, wobei gleichzeitig durch die spezifische Wahl der Schlackenbildner die Schlacke in eine nichteluierbare Form übergeführt werden kann, so daß keine besonderen Maßnahmen zur Endlagerung der Schlacke erforderlich werden.
  • Werden die organischen Substanzen, insbesondere kontinuierlich, über eine Schneckenpresse oder eine Kolbenpumpe eingebracht, die als Drucksperre dient, sowird miteinervorrichtung, die sowohl als Drucksperre dient, auch die kontinuierliche oder annähernd kontinuierliche Einbringung von organischen Substanzen erlaubt, gearbeitet.
  • Werden die organischen Substanzen mit einer Mischung aus partikuliertem Kunststoff und Erdölrückständen oder Altöl im Gewichtsverhältnis 5 : 1 bis 1 : 5, insbesondere 4 : 1 bis 1 : 3, aufgebaut, so kann diese Mischung als besonders leicht knetbare bzw. besonders gasdichte und leicht förderbare Substanz aufgebaut werden, wobei weiters die Möglichkeit besteht, z. B. den Schadstoffgehalt oder auch den Gehalt an Kohlenstoff, auf einen prädestinierten Wert zu halten.
  • Wird die zusätzliche Heizung für die organischen Substanzen mit flüssigen bis hochviskosen Erdölrücksständen bei Einsatztemperatur und mit einem Siedebeginn über 350° C betrieben, so ist eine Verwertung von schwer zu transportierenden Substanzen gegeben, die gleichzeitig eine Reduktion von hochwertigen Einsatzstoffen, z. B. Heizölen, erlaubt.
  • Wird das gereinigte noch unter Atmosphärenüberdruck stehende Gas einem Synthesereaktor zugeführt, so kann auf eine zusätzliche Drucksteigerungsstufe nach dem Reaktor verzichtet werden.
  • Wird das Gas vor seinem Eintritt in einem chemischen Reaktor bzw. in eine Gasturbine von aus dem Reaktor mittel- oder unmittelbar austretenden Gas erhitzt, so ist eine besonders günstige energetische Lösung getroffen, wobei die thermische Energie unabhängig von dem sonstigen jahreszeitlich abhängigen Bedarf verwertet werden kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und der Beispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    • Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Reaktor zur thermischen Umwandlung.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema bedeutet R1 einen Reaktor, in welchem über Zuleitungen A, B, C1 und C2 Koks, zu vergasende organische Substanzen, Wasserdampf und sauerstoffhältige Gase getrennt zugeführt werden. Diese Komponenten führen zu einem Reaktionsgas, das über die Leitung D in den Zyklon Z geleitet wird. Die im Reaktor entstehende flüssige Schlacke wird kontinuierlich oder diskontinuierlich über die Leitung E abgezogen. Die im Zyklon Z abgeschiedenen Feststoffe und gegebenenfalls adsosrbierte hochviskosen Flüssigkeiten werden über eine Leitung F dem Reaktor zur erneuten Vergasung zugeführt. Das Gas gelangt aus dem Zyklon Z in einen Wärmetauscher W1, in welchem im Gleich- oder Gegenstromprinzip mit Wasser oder gereinigtem, abgekühltem Produktgas über die Leitung G1 gekühlt wird. Ein geeigneter Wärmetauscher kann beispielsweise durch einen Rohrbündelwärmetauscher gebildet sein. Die abgekühlten Gase werden sodann in einem Flüssigkeitsquenchbehälter QB durch Wassereindüsung auf Sättigungstemperatur abgekühlt, großteils von Staub befreit und in einer Waschkolonne AK1' in der eine Wasserwäsche erfolgt, von Salzsäure und weiters von noch verbleibendem Staub befreit. Dieses so gereinigte Gas wird in eine zweite Absorptionskolonne AK2 eingeleitet, in welcher insbesondere Schwefelwasserstoff an der Absorptionsflüssigkeit, die aus eiskaltem Methanol besteht, gebunden wird. Alternativ kann z. B. die Waschkolonne AK2 mit kalter Natronlauge (besonders bei geringem S-Gehalt der Einsatzstoffe) betrieben werden, oder eine gleichartige Natronlaugeabsorptionskolonne zusätzlich nach der mit z. B. Methanol betriebenen Kolonne AK2 eingesetzt werden. Das so gereinigte Gas gelangt zu einem Kompressor K und aus diesem über die Leitung a in einen Wär- metauscherW2, welcher gegebenenfalls mit derAbhitze aus dem Reaktor R1 oder R2 oder dem Wärmetauscher W1 betrieben wird. Alternativ kann die Wiederaufheizung durch Rückführung des Produktgases über die Leitung b zum Wärmetauscher W1, kaltgasseitig in diesem erfolgen. Das so erhitzte und unter Druck stehende Gas wird sodann über die Leitung G1 einem Reaktor R2 zugeführt, wobei dann das Reaktionsprodukt über die Leitung G2 abgezogen wird. Anstelle des Reaktors R2 kann auch eine Energieumwandlung, z. B. mit einer Gasturbine vorgesehen sein.
  • Der in Fig. 2 dargestellte Reaktor R1 weist einen schachtförmigen Teil 1 auf, welcher über die Aufgabe 2 und Schieber 3 mit Koks gefüllt werden kann. Die Füllung des Kokses erfolgt diskontinuierlich, wobei der Raum zwischen den beiden Schiebern 3 einerseits mit der Atmosphäre verbunden wird und sodann eine Füllung mit Koks erfolgt, worauf die Verbindung zur Atmosphäre unterbrochen wird, und der zweite Schieber 3 geöffnet wird, so daß es zu einem Druckaufbau kommt und der Koks in die Aufgabe 2 fällt.
  • Der schachtförmige Teil 1 führt den Koks 4 in die Vergasungszone 5, wobei die innere Wand 6 des schachtförmigen Teiles vor der Vergasungszone endigt. Der Koks 4 liegt weiters auf der Wanne 7 auf, die einen zur Horizontalen geneigten Boden 8 aufweist, so daß die entstehende flüssige Schlacke sich in jenem Bereich sammeln kann, die dem Koksbett abgewandt ist. Die flüssige Schlacke 9 rinnt über die Wandung der Wanne 7 in das Flüssigkeitsbett 10 und erstarrt dort zu festen Partikelchen. Der Abzug der Schlacke, die schwerer als das Wasser ist, erfolgt aus dem Wasserbett über die Schieber 11, wobei durch taktweises Öffnen der Druck im Reaktor im wesentlichen ungestört aufrechterhalten werden kann, und sodann die Schlacke samt Flüssigkeit diskontinuierlich über Rohrleitungen oder auch über eigene Wägelchen 12 verbracht werden kann. Das mit der Schlacke abgeführte Wasser wird über die Rohrleitung 13 ergänzt. Auf das in der Vergasungszone 5 befindliche weißglühendes Koksbett, deren Oberfläche durch den Schüttkegel gebildet ist, gelangt die thermisch umzusetzende organische Substanz 14. Diese organische Substanz gelangt über einen Aufgabebehälter 15, welcher gleichzeitig als Zwischenlager für die organische Substanz dient und eine Schneckenpresse 16 oder eine Kolbenpumpe in die Vergasungszone 5. Über die Zuleitung 17 gelangen Zuschlagsstoffe, wie beispielsweise Schlackenbildner, auf die glühende Koksschichte.
  • Die Zusatzheizung 18 ist durch einen Brenner gebildet, der mit Erdölrückständen oder Altöl betrieben wird. Über Leitungen 19 und 20 wird Wasserdampf bzw. mit Sauerstoff angereichertes Gas dem Reaktor zugeführt. Der Abzug des Gasgemisches erfolgt entsprechend dem Pfeil X am oberen Ende des schachtförmigen Teiles 1 des Reaktors, wobei der Abzug kontinuierlich erfolgt.
  • Die Betriebsweise des Reaktors ist nun derart, daß einerseits, wie bereits ausgeführt, Koks in die Vergasungszone 5 gelangt, der über die Zusatzheizung 18 erhitzt wird. Ziel ist hiebei, daß der Koks nur einen geringen Anteil für die thermische Energie liefert und hauptsächlich als regeneratives Heißfilter bzw. als Stützboden der organischen Substanzen dient. Die organischen Substanzen, welche überdie Schneckenpresse 16 oder die Kolbenpumpe in den Reaktor R1 gefördert werden, gelangen bereits vorgewärmt, gegebenenfalls geschmolzen, auf das weißglühende Koksbett. Hiebei werden die organischen Substanzen von der Zusatzheizung erhitzt. Entsprechend dem Wassergasgleichgewicht bzw. Boudonard-gleichgewicht erfolgt eine Zersetzung der organischen Substanzen, wobei auf Grund der hohen Temperatur erreicht wird, daß diese Substanzen nicht schwelen, womit nur ein geringerAnteil an Teeren u. a. Produkten entsteht. Die so entstehenden Gase werden sodann über das im schachtförmigen Teil 1 befindliche Koksbett abgezogen, wobei der Koks gleichzeitig auf Grund seiner hohen inneren Oberfläche eine Reinigung des Gases durch Rückhalten von kondensierbaren Produkten und Stäuben bzw. Schwermetallen erreicht wird. Gleichzeitig erfolgt eine Abkühlung der Gase im schachtförmigen Teil 1, womit eine Vorerhitzung des Kokses durchgeführt wird. Auf das glühende Koksbett gelangen weiters Schlackenbildner, wie beispielsweise Kalk, so daß unerwünschte Begleitstoffe in Form einer flüssigen Schlacke 9 besonders einfach abgezogen werden können.
  • Sämtliche Stoffe werden über Sperren dem Reaktor zugeführt, so daß der Arbeitsdruck im Reaktor aufrecht-erhalten werden kann, ohne daß zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind. Im Falle der Zugabe der organischen Substanzen dient die Schneckenpresse oder eine Kolbenpumpe als kontinuierlich arbeitende Drucksperre.
  • Die Materialien, aus welcher der Reaktor aufgebaut ist, sind entsprechend ihrer thermischen und chemischen Beanspruchung ausgewählt, so sind beispielsweise im Bereich des weißglühenden Koksbettes keramische Materialien, wie sie zur Auskleidung von Hochöfen Verwendung finden, vorgesehen, wohingegen der schachtförmige Teil des Reaktors im oberen Bereich aus metallischen Werkstoffen, wie Stahl, aufgebaut sein kann.
    • Beispiel 1:
  • In einem Reaktor mit 0,6 m Schachtdurchmesser gemäß Fig. 2 wurde ein Koksbett mit einem Steinkohlehüttenkoks Brech 111, Korngröße 40 bis 60 mm, in einer Schichthöhe von 3,5 m angeordnet. In der Vergasungszone 5 wurde der Koks mit einem Brenner, der mit einem auf 240° C vorgewärmten Erdölrückstand mit einem Siedepunkt von über 500° C betrieben wurde, auf Weißglut erhitzt. Dem Brenner wurden 180 kg/h Erdölrückstand zugeführt. Der Erdölrückstand wies folgende chemische Zusammensetzung auf in Gew.-% (wasserfrei):
    Figure imgb0001
    und einem Aschegehalt von 0,04. Der Erdölrückstand war wasserfrei.
  • Als organische Substanzen wurde ein Kunststoffabfallgemisch folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% (wasserfrei): mit einem Aschegehalt von 3,16 und einer Feuchte von 2,60 Gew.-% verwendet.
  • In einer Mischschnecke wurden zu fünf Gewichtsteilen Kunststoffabfällen ein Gewichtsteil Altöl der chemischen Zusammensetzung in Gew.-% (wasserfrei):
    Figure imgb0003
    und einem Aschegehalt von 0,78 und einem Wassergehalt von 0,40 Gew.-% mit einer Vorwärmtemperatur von 45° C zugemischt. Dem Reaktor wurden 205 kg dieser Mischung mit Hilfe einer Kolbenpumpe pro Stunde zugeführt. Diese Mischung aus organischen Substanzen lag in pastöser Form vor und wurde während ihres Fallens in die Vergasungszone einer Erhitzung unterworfen. Als Moderationsdampf wurden 450 kg Wasserdampf pro Stunde in den Reaktor über die Leitung 19 eingeleitet. Weiters wurde über die Leitung 20 ein Gasgemisch, das 99,9 Vol.-% Sauerstoff aufwies, eingeleitet, u. zw. 471 Nm3/h. Im Reaktor wurde ein Druck von 30 bar im Bereich der Vergasungszone aufrechterhalten. Die Temperatur der Gase unterhalb der Flamme der Zusatzheizung betrug 1.607° C. Das Gas, welches aus der Vergasungszone in die restliche Koksschüttung eintrat, wies eine Temperatur von 1.078° C auf, wobei diese Temperatur mit einem Thermoelement gemessen wurde. Beim Austritt des Gases aus der Koksschüttung wies dasselbe eine Temperatur von 850° C auf. Der Koksverbrauch betrug 76 kg/h. Diese Temperatur wurde ebenfalls mit einem Thermoelement gemessen. Der Druck beim Austritt beträat 29 bar. Das austretende Gas wies folaende Zusammensetzuna in Vol.-% auf:
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005
  • Die Gasmenge betrug 1.700 Nm3/h. Der Schlackenanfall betrug 15 kg/h. Das so erhaltene Gas wurde den Reinigungsschritten gemäß dem Fließschema von Fig. 1 unterworfen, wobei in den einzelnen Schritten folgende Reinigung bzw. Temperatur- und Druckerniedrigung durchgeführt wurde.
  • Im Zyklon Z wurde der Feststoffgehalt des Gases von 17 g/Nm3 auf 2 g/Nm3 reduziert, wobei der Druck des austretenden Gases 29 bar und die Temperatur desselben 825° C betrug. Im Wärmetauscher Wi, welcher ohne Druckverlust arbeitet, wurde die Temperatur des Gases von 825° C auf 500° C erniedrigt. Im Flüssigkeitsquenchbehälter, der ebenfalls ohne Druckverlust arbeitet, wurde die Temperatur von 500° C auf 185° C abgesenkt, wobei der Staubgehalt von 2 g auf 500 mg/Nm3 gesenkt wurde. Der Gehalt an HCI ist hiebei von 4.018 mg/Nm3 auf 3.700 mg/Nm3 abgesenkt worden. In der Absorptionskolonne 1 ist sodann die Temperatur von 185° C auf 75° C abgesenkt worden, wobei der Gehalt an HCI von 3.700 mg/Nm3 auf 150 mg/Nm3 abgesenkt wurde. Gleichzeitig wurde der Staubgehalt von 500 mg auf weniger als 10 mg/Nm3 abgesenkt, wobei der Gesamtdruckverlust in der Absorptionskolonne 0,5 bar betrug. H2S- und COS-haltige Gase wurden in einer nachgeschalteten Muffel oxidiert. Der Heizwert des erhaltenen Produktgases betrug 9,5 MJ/Nm3. Die Ausbeute war 1.170 Nm3/h. Das Verhältnis von Sauerstoff, u. zw. die Summe von gebundenem und ungebundenem, entsprechend 1/2 02 zu Kohlenstoff der organischen Substanz betrug 5,4 : 1.
    • Beispiel 2:
  • Im Reaktor gemäß Beispiel 1 wurde über eine Verpreßschnecke ein Gemisch aus 100 kg/h eines Kunststoffabfalles der Zusammensetzung in Gew.-% (wasserfrei):
    Figure imgb0006
    • einem Aschegehalt von 3,16
    • und einer Feuchte von 2,60 Gew.-%
    • und 100 kg/h eines getrockneten Klärschlammes der Zusammensetzung in Gew.-% (wasserfrei):
      Figure imgb0007
    • einem Aschegehalt 29,41
    • einer Feuchte von 3,20
    • und einem Phosphorgehalt von 3,41 Gew.-%
    • sowie 50 kg eines Visbreaker-Vakuumrückstandes der chemischen Zusammensetzung in Gew.-% (wasserfrei):
      Figure imgb0008

    einem Aschegehalt von 0,08 Gew.-%. Vor Zumischung in der Schnecke wurde der Visbreaker-Vakuumrückstand auf 140° C erwärmt. Die Verpreßschnecke war mit einem wassergekühlten Mantel und einer wassergekühlten Welle ausgerüstet. Dem Zusatzbrenner des Reaktors wurden 180 kg/h desselben Visbreaker-Vakuumrückstandes zugeführt, der mit 470 Nm3 Sauerstoff (Reinheit > 99,9 %) verbrannt wurde. Die Brennkammertemperatur wurde durch Zufuhr von 450 kg 32 bar Dampf auf 1.600° C gehalten. Das aus dem Reaktor austretende Gas hatte eine Temperatur von 845° C und folgende Zusammensetzung in Vol.-%:
    Figure imgb0009
  • Die Gasmenge betrug 1.650 Nm3/h. Der Koksverbrauch im Reaktor betrug 63 kg/h. Der Schlackenanfall betrug 43 kg/h. Das so erhaltene Rohgas wurde den gleichen Reinigungsschritten wie im Beispiel 1 unterworfen und verbrannt. Die Abscheidegrade bzw. Reinigungsgrade waren ident zu den aus Beispiel 1 ermittelten Werten. Das gereinigte Produktgas vor der Verbrennung zeigte allerdings einen deutlich niedrigeren Heizwert als im Beispiel 1, u. zw. 8,8 MJ/Nm3 bei einer Gasmenge von 1.090 Nm3/h.
  • Das Verhältnis Sauerstoff, gebunden und ungebunden, zu Kohlenstoff der zu vergasenden organischen Substanzen betrug 5,5 : 1.
    • Beispiel 3:
  • Dem Reaktor wurden 232 kg/h eines Gemisches dergleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 als organische Substanz zugeführt. Die Zusatzheizung wurde aber diesmal mit Erdgas und gereinigtem Produktgas, das über den Wassertauscher W1 im Gegenstrom zum heißen Rohgas aus R1 wiederaufgeheizt wurde, betrieben. Folgende Prozeßdaten konnten ermittelt werden, wobei 10 % des Produktgases nach Gasreinigung zurückgeführt wurden.
  • Erdgasverbrauch: 738 Nm3 Erdgas/t organische Substanz
  • Koksverbrauch: 350 kg Koks/t organische Substanz
  • spez. Dampfverbrauch: 1,9 t/t organische Substanz
  • Produktgasmenge (gereinigt): 5.000 Nm3/t organische Substanz
  • Heizwert: Hn 9,7 MJ/Nm3
  • Recyclegasmenge: 500 Nm3/t 120 Nm3/h bei 232 kg/h organische Substanz
  • Recyclegastemperatur nach Wärmetausch in W1: 650° C.
  • Das Verhältnis Sauerstoff, gebunden und ungebunden, zu Kohlenstoff der zu vergasenden Substanzen betrug 4,9 : 1.

Claims (17)

1. Verfahren zur thermischen Umwandlung von organischen Substanzen, insbesondere Kunststoffen, in Gase mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff, z. B. für Synthesen, mit einem festen Bett in einem Reaktor unter Einwirkung von Sauerstoff und Wasserdampf, wobei die organischen Substanzen auf ein selbstverzehrendes Bett mit einer Temperatur über 900° C, insbesondere weißglühendes, welches im wesentlichen aus Stückgut, aus Kohlenstoff und/oder hochkondensierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere Koks, aufgebaut ist, aufgebracht werden, wobei eine Gasmischung gemeinsam mit den gasförmigen Reaktionsprodukten durch das Bett hindurch abgezogen wird, und sowohl die organischen Substanzen als auch das Stückgut über Sperren in den Reaktor eingebracht werden und über eine zusätzliche Heizung, z. B. mit einem Brenner, die organischen Substanzen erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen mit einem Sauerstoff, gebunden und ungebunden, entsprechend 1/2 02 zu Kohlenstoffverhältnis über 1 : 1, insbesondere von 2 : 1 bis 15 : 1, beträgt, mit Sauerstoff vergast werden, wobei die festen und/oder pastösen organischen Substanzen und das Stückgut übervoneinandergetrennte Drucksperren und das sauerstoffhältige Gas mit zumindest 80 Vol.-%, insbesondere zumindest 90 Vol.- %, Sauerstoff jeweils unter Druck in den Reaktor eingebracht werden, wobei in diesem ein Druck von zumindest 5 bar, insbesondere von 25 bar bis 50 bar, aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gases beim Eintritt in die Zone der Vergasung der organischen Substanzen auf 1.500° C bis 1.650° C gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Bettes beim Austritt des Gases auf zumindest 800° C, insbesondere auf 850° C bis 950° C, gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas beim Austritt aus dem die organischen Substanzen vergasende Bett 1.000° C bis 1.100° C aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einem Druck von 20 bar bis 50 bar aus dem Reaktor austritt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach seinem Austritt aus dem Reaktor einer Feststoffabscheidung, insbesondere einer Zyklonstaubabscheidung, unterworfen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach seinemAustritt, insbesondere aus dem Feststoffabscheider, in einem Wärmetauscher, insbesondere Rohrbündelwärmetauscher, insbesondere bis 200° C, abgekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach seinem Austritt, insbesondere aus dem Feststoffabscheider in einem Wärmetauscher auf 400° C bis 600° C, insbesondere auf 500° C bis 600° C, abgekühlt und anschließend in einem Quenchbehälter mit Wasser auf Sättigungstemperatur gekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, gewaschen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch Absorption, insbesondere nach einer Waschung, gereinigt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem die organischen Substanzen vergasenden Bett austretende Schlacke unter Atmosphärenüberdruck in ein flüssiges Kühlbett, insbesondere in ein Wasserbett, eingebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schlackenbildner getrennt auf das vergasende Bett aufgegeben werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen (9), insbesondere kontinuierlich, über eine Schneckenpresse oder eine Kolbenpumpe eingebracht werden, die als Drucksperre dient.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen mit einer Mischung aus partikuliertem Kunststoff, Erdölrückständen, Altöl od. dgl. im Gewichtsverhältnis 5 : 1 bis 1 : 5, insbesondere 4 : 1 bis 1 : 3, aufgebaut werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Heizung für die organischen Substanzen mit flüssigen bis hochviskosen Erdölrückständen mit einem Siedebeginn über 350° C betrieben wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte noch unter Atmosphärenüberdruck stehende Gas einem Synthesereaktor zugeleitet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor seinem Eintritt in einem chemischen Reaktor oder eine Gasturbine in einem Wärmetauscher vom aus dem Reaktor mittelbar oder unmittelbar austretenden Gas erhitzt wird.
EP93890082A 1992-04-22 1993-04-21 Verfahren zum thermischen Umwandeln von organischen Substanzen in Gase Withdrawn EP0567449A1 (de)

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