EP0718391A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von verwertbarem Gas durch Pyrolyse - Google Patents

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EP0718391A2
EP0718391A2 EP95118290A EP95118290A EP0718391A2 EP 0718391 A2 EP0718391 A2 EP 0718391A2 EP 95118290 A EP95118290 A EP 95118290A EP 95118290 A EP95118290 A EP 95118290A EP 0718391 A2 EP0718391 A2 EP 0718391A2
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Wolfgang Kadlubowski
Klaus Jungk
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Deutz AG
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Dbi Deutsches Brennstoffinstitut Rohstoff & Anlagentechnik GmbH
Deutsches Brennstoffinstitut GmbH
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Definitions

  • the invention relates to a process for the recovery of usable gas from waste by pyrolysis, the shredded waste being introduced into a gas-tight pyrolysis drum, in which pyrolysis gas is generated and separated from the pyrolysis residue formed at the same time, and wherein the pyrolysis gas produced is split into a fuel gas in a gas converter with the supply of air and in the presence of a glowing coke bed.
  • the invention also relates to a device for performing the method.
  • a method and an apparatus of this kind is e.g. described in DE 33 47 554.
  • the organic constituents contained in the waste are degassed in a known manner.
  • the resulting pyrolysis gas is subsequently treated in subsequent processes to the extent that its use, e.g. Requires gas engines or gas turbines.
  • a pyrolysis drum which is slightly inclined towards the horizontal and which rotates about its longitudinal axis is generally used to generate pyrolysis gas.
  • the pyrolysis drum is gastight and is kept at a temperature of 450 to 600 ° C by indirect heating.
  • the pyrolysis gas generated in the pyrolysis drum is then converted, for example in a gas converter according to DE 33 17 977, into a cracked gas.
  • a gas converter In the gas converter, partial combustion of the pyrolysis gas takes place on glowing coke with the addition of air. At the temperatures of 1100 to 1200 ° C that are reached, long-chain hydrocarbons are largely converted into hydrogen, carbon monoxide and methane.
  • the gas outlet temperature of the gas converter depends on the reactivity of the coke used and on the ⁇ value of the partial combustion. Outlet temperatures of 900 to 950 ° C are necessary for extensive splitting of the hydrocarbons.
  • the cracked gas formed is cooled and cleaned before further use.
  • a major disadvantage of this known method is that the metallic walls of the pyrolysis drum which are used to transfer the process heat required for the pyrolysis are exposed to high stresses caused by corrosion and abrasion.
  • the present invention is therefore based on the object of a method for obtaining usable gas from waste by pyrolysis and a device for To carry out the process with which the pyrolysis of hydrogen chloride-forming feedstocks is possible without the addition of lime and without lowering the pyrolysis end temperature and the dimensions of the pyrolysis drum can be significantly reduced.
  • This object is achieved in that the process heat required to carry out the pyrolysis is transferred by a gas in direct contact with the material to be pyrolyzed, and that a partial stream of the cracked gas formed in the gas converter is used for this heat transfer to the material to be pyrolyzed.
  • a pressure increase required to convey the cracked gas into the pyrolysis drum e.g. via injectors
  • the injectors can be arranged in the gas inlet connection of the gas converter and the propellant of which is either air for partial combustion or steam.
  • the walls of the pyrolysis drum are no longer used to transfer the process heat, they can be protected against corrosion and abrasion by using a suitable ceramic lining. Furthermore, this ceramic inner lining of the pyrolysis drum results in a substantial reduction in the temperature of the metallic wall and a reduction in the heat losses through this wall.
  • the material to be pyrolyzed is introduced into a pyrolysis drum 2 by means of a screw conveyor 1.
  • This pyrolysis drum 2 is supplied at the end face of the screw conveyor 1 with a hot cracking gas serving as a heat carrier from the gas converter 5 via a cracking gas feed line 22.
  • the temperature of this gas is approx. 900 ° C.
  • the material to be pyrolyzed is heated to approximately 550 ° C. by the hot gas and thus pyrolyzed.
  • the pyrolysis gas formed in the process including the vaporous pyrolysis oil, mixes with the cracked gas of the gas converter 5 cooled in the pyrolysis drum 2 and is discharged as a mixture with likewise approximately 550 ° C. on the discharge side of the pyrolysis drum 2.
  • the pyrolysis coke formed in the pyrolysis drum 2 is discharged via a discharge screw 3.
  • the mixture of fission gas and pyrolysis products flowing out of the pyrolysis drum 2 flows via a cyclone 4 for dedusting to a gas converter 5.
  • the dust separated in the cyclone 4 becomes that from the pyrolysis drum 2 Pyrolysis coke discharged via a discharge line 15 is added.
  • the gas converter 5 is equipped with a gas supply nozzle 6 which is evenly distributed over the circumference and to which the gas to be split, which comes from the cyclone 4 via a pyrolysis gas supply line 17, is supplied via a ring line 7 and branch lines 18 branching therefrom.
  • the supply of the gasification air to the nozzle 6 takes place from a feed line 20 via a ring line 8 and branch lines 19 branching therefrom to the nozzle 6.
  • the gasification air or steam which is fed via a driving air nozzle 10 to a mixing tube 11 of the injector 9, serves as the propellant of the injectors 9 for increasing the pressure.
  • the pressure increase required for the circulation of the cracked gas takes place in the mixing tube 11 and in a downstream diffuser 12.
  • the hot cracked gas formed by conversion of the pyrolysis products flows out into a cracked gas line 16 after its partial combustion and cracking. If the temperature of this cracked gas is sufficiently high, it can be fed directly to the pyrolysis drum 2. If this is not the case, a further temperature increase can be achieved by adding air via an air line 21 in a combustion chamber 13 downstream of the gas converter 5.
  • the excess cracked gas is branched off from the cracked gas line 16 and fed to a schematically indicated cracked gas cleaning and cracked gas utilization 14.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Gewinnung von verwertbarem Gas aus Müll durch Pyrolyse wird der zerkleinerte Müll in eine gasdicht abgeschlossene Pyrolysetrommel eingebracht. In der Pyrolysetrommel wird Pyrolysegas erzeugt und vom gleichzeitig gebildeten Pyrolysereststoff abgetrennt. Das erzeugte Pyrolysegas wird in einem Gaswandler unter Zufuhr von Luft und in Gegenwart eines glühenden Koksbettes zu einem Spaltgas gespalten. Die zur Durchführung der Pyrolyse benötigte Wärme wird durch ein Gas in direktem Kontakt mit dem zu pyrolysierenden Gut übertragen. Für für diese Übertragung der Wärme auf das zu pyrolysierende Gas wird ein Teilstrom des aus dem Gaswandler austretenden Spaltgases genutzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von verwertbarem Gas aus Müll durch Pyrolyse, wobei der zerkleinerte Müll in eine gasdicht abgeschlossene Pyrolysetrommel eingebracht wird, in der Pyrolysegas erzeugt und vom gleichzeitig gebildeten Pyrolysereststoff abgetrennt wird, und wobei das erzeugte Pyrolysegas in einem Gaswandler unter Zufuhr von Luft und in Gegenwart eines glühenden Koksbettes zu einem Brenngas gespalten wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist z.B. in der DE 33 47 554 beschrieben.
  • Bei der Pyrolyse von Müll aus Haushaltungen, Gewerbe und Industrie werden in bekannter Weise die in den Abfällen enthaltenen organischen Bestandteile entgast. Das dabei anfallende Pyrolysegas wird in anschließenden Prozessen soweit nachbehandelt, wie es seine Nutzung z.B. Gasmotoren oder Gasturbinen erfordert.
  • Zur Pyrolysegaserzeugung dient dabei im allgemeinen eine leicht gegen die Horizontale geneigte Pyrolysetrommel, die um ihre Längsachse rotiert. Die Pyrolysetrommel ist gasdicht ausgeführt und wird durch eine indirekte Beheizung auf einer Temperatur von 450 bis 600 °C gehalten.
  • Bei diesen Temperaturen erfolgt unter weitgehendem Ausschluß von Sauerstoff eine vollkommene Pyrolyse auch schwieriger Stoffe. Die übrigbleibenden Reststoffe bestehen aus Asche, Metallen, Glas sowie Pyrolysekoks und bilden den Pyrolysereststoff.
  • Das in der Pyrolysetrommel erzeugte Pyrolysegas wird anschließend beispielsweise in einem Gaswandler nach DE 33 17 977 in ein Spaltgas umgewandelt. Im Gaswandler erfolgt an glühendem Koks unter Zuführung von Luft eine Teilverbrennung des Pyrolysegases. Bei den dabei erreichten Temperaturen von 1100 bis 1200 °C findet eine weitgehende Umsetzung langkettiger Kohlenwasserstoffe in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan statt. Die Gasaustrittstemperatur des Gaswandlers ist abhängig von der Reaktionsfähigkeit des eingesetzten Kokses und vom λ-Wert der Teilverbrennung. Für eine weitgehende Spaltung der Kohlenwasserstoffe sind Austrittstemperaturen von 900 bis 950 °C notwendig. Das gebildete Spaltgas wird vor der weiteren Verwertung gekühlt und gereinigt.
  • Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß die zur Übertragung der für die Pyrolyse benötigten Prozeßwärme dienenden metallischen Wände der Pyrolysetrommel einer hohen Beanspruchung durch Korrosion und Abrasion ausgesetzt sind.
  • Bei den für die Übertragung der Prozeßwärme notwendigen Wandtemperaturen von 600 °C liegt Hochtemperaturkorrosion vor und in der Kombination mit der Abrasion durch den Pyrolysereststoff kann es zu einem schnellen Verschleiß dieser metallischen Wände kommen.
  • Besonders problematisch wird dieser Verschleiß, wenn die Einsatzstoffe bei der Pyrolyse Chlorwasserstoff bilden. In diesem Fall wird den Einsatzstoffen zur Bindung des Chlorwasserstoffes Kalk zugegeben und es wird mit niedrigeren Pyrolysetemperaturen von ca. 500 °C gearbeitet.
  • Trotz dieser Maßnahmen, die vom Gesichtspunkt des eigentlichen Pyrolyseprozesses aus betrachtet unerwünscht sind, müssen diese Wände aus speziellen Materialien und mit einer hohen Wandstärke von über 20 mm gefertigt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für die übertragung der Prozeßwärme der Pyrolyse große Wärmeübertragungsflächen benötigt werden. Dies bedingt große Trommelabmessungen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von verwertbarem Gas aus Müll durch Pyrolyse und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem die Pyrolyse chlorwasserstoffbildender Einsatzstoffe ohne Zusatz von Kalk und ohne Senkung der Pyrolyseendtemperatur möglich ist und die Abmessungen der Pyrolysetrommel wesentlich reduziert werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zur Durchführung der Pyrolyse benötigte Prozeßwärme durch ein Gas in direktem Kontakt mit dem zu pyrolysierenden Gut übertragen wird, und daß für diese Wärmeübertragung auf das zu pyrolysierende Gut ein Teilstrom des im Gaswandler gebildeten Spaltgases genutzt wird.
  • In vorteilhafter Weise kann eine zur Förderung des Spaltgases in die Pyrolysetrommel erforderliche Druckerhöhung, z.B. über Injektoren, realisiert werden, wobei die Injektoren in Gaseinleitungsstutzen des Gaswandlers angeordnet sein können und deren Treibmittel entweder Luft zur Teilverbrennung oder Dampf ist.
  • Durch den unmittelbaren Kontakt des Spaltgases mit dem zu pyrolysierenden Gut steht dessen gesamte Oberfläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung. Damit ist eine wesentliche Reduzierung der Trommelabmessungen bzw. des Trommelvolumens möglich.
  • Da die Wandungen der Pyrolysetrommel nicht mehr zur Übertragung der Prozeßwärme dienen, ist ihr Schutz gegen Korrosion und Abrasion durch eine geeignete keramische Auskleidung realisierbar. Weiterhin ergibt diese keramische Innenauskleidung der Pyrolysetrommel eine wesentliche Reduzierung der Temperatur der metallischen Wandung und eine Senkung der Wärmeverluste über diese Wandung.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben aus dem weitere erfindungsgemäße Vorteile hervorgehen.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    ein Fließschema;
    Fig. 2
    eine vergrößerte Darstellung eines Stutzens mit einem Injektor.
  • Der Eintrag des zu pyrolysierenden Gutes erfolgt mittels einer Förderschnecke 1 in eine Pyrolysetrommel 2.
  • Dieser Pyrolysetrommel 2 wird an der Stirnseite der Förderschnecke 1 ein als Wärmeträger dienendes heißes Spaltgas vom Gaswandler 5 über eine Spaltgaszuleitung 22 zugeführt. Die Temperatur dieses Gases beträgt ca. 900 °C. In der Pyrolysetrommel 2 wird das zu pyrolysierende Gut durch das heiße Gas auf ca. 550 °C erhitzt und damit pyrolysiert. Das dabei gebildete Pyrolysegas einschließlich des dampfförmigen Pyrolyseöles mischt sich mit dem in der Pyrolysetrommel 2 abgekühlten Spaltgas des Gaswandlers 5 und wird als Gemisch mit gleichfalls ca. 550 °C auf der Austragsseite der Pyrolysetrommel 2 abgeführt.
  • Der Austrag des in der Pyrolysetrommel 2 gebildeten Pyrolysekokses erfolgt über eine Austragsschnecke 3. Das aus der Pyrolysetrommel 2 ausströmende Gemisch aus Spaltgas und Pyrolyseprodukten strömt über einen Zyklon 4 zur Entstaubung zu einem Gaswandler 5. Der im Zyklon 4 abgeschiedene Staub wird dem aus der Pyrolysetrommel 2 über eine Austragsleitung 15 ausgetragenem Pyrolysekoks zugegeben. Der Gaswandler 5 ist mit am Umfang gleichmäßig verteilten Gaszuführungsstutzen 6 ausgestattet, denen das zu spaltende Gas, das über eine Pyrolysegaszuleitung 17 von dem Zyklon 4 aus kommt, über eine Ringleitung 7 und davon abzweigende Stichleitungen 18 zugeführt wird. Die Zuführung der Vergasungsluft zu den Stutzen 6 erfolgt von einer Zuleitung 20 aus über eine Ringleitung 8 und davon zu den Stutzen 6 abzweigende Stichleitungen 19. In den Stutzen 6 befinden sich gemäß Fig. 2 Injektoren 9 zur Mischung von Pyrolysegas und Vergasungsluft.
  • Als Treibmittel der Injektoren 9 zur Druckerhöhung dient die Vergasungsluft oder auch Dampf, die über eine Treibluftdüse 10 einem Mischrohr 11 des Injektors 9 zugeführt wird. Im Mischrohr 11 und in einem nachgeschalteten Diffusor 12 erfolgt die für die Kreislaufführung des Spaltgases erforderliche Druckerhöhung.
  • Am Kopf des Gaswandlers 5 strömt das durch Umsetzung der Pyrolyseprodukte gebildete heiße Spaltgas nach dessen Teilverbrennung und Crackung in eine Spaltgasleitung 16 aus. Ist die Temperatur dieses Spaltgases ausreichend hoch, so kann es der Pyrolysetrommel 2 direkt zugeführt werden. Ist dies nicht der Fall, so kann durch Zugabe von Luft über eine Luftleitung 21 in einer dem Gaswandler 5 nachgeschalteten Brennkammer 13 eine weitere Temperaturerhöhung realisiert werden.
  • Das überschüssige Spaltgas wird aus der Spaltgasleitung 16 abgezweigt und einer schematisch angedeuteten Spaltgasreinigung und Spaltgasnutzung 14 zugeführt.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Gewinnung von verwertbarem Gas aus Müll durch Pyrolyse, wobei der zerkleinerte Müll in eine gasdicht abgeschlossene Pyrolysetrommel (2) eingebracht wird, in der Pyrolysegas erzeugt und vom gleichzeitig gebildeten Pyrolysereststoff abgetrennt wird, und wobei das erzeugte Pyrolysegas in einem Gaswandler (5) unter Zufuhr von Luft und in Gegenwart eines glühenden Koksbettes zu einem Spaltgas gespalten wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung der Pyrolyse benötigte Wärme durch ein Gas in direktem Kontakt mit dem zu pyrolysierenden Gut übertragen wird, und daß für diese Übertragung der Wärme auf das zu pyrolysierende Gas ein Teilstrom des aus dem Gaswandler (5) austretenden Spaltgases genutzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gaswandler (5) und Pyrolysetrommel (2) zur Temperaturerhöhung eine Teilverbrennung von Spaltgas mit Luft durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des Spaltgases zurück in die Pyrolysetrommel (2) eine Druckerhöhung vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zur Rückführung wenigstens eines Teilstromes des aus dem Gaswandler (5) austretenden Spaltgases benötigte Druckgefälle zwischen Gaswandler (5) und Pyrolysetrommel (2) durch Anhebung des Druckes des Pyrolysegases vor Eintritt in den Gaswandler (5) realisiert wird, wobei als Treibmittel zur Druckerhöhung die zur Teilverbrennung in dem Gaswandler (5) benötigte Luft oder Dampf verwendet wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Pyrolysetrommel (2) und einem dieser nachgeschalteten Gaswandler (5) zur Erzeugung von Spaltgas,
    dadurch gekennzeichnet, daß von dem Gaswandler (5) eine Spaltgasleitung (22) zum Eingangsbereich der Pyrolysetrommel (2) zurückgeführt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spaltgaskreislauf eine Druckerhöhungseinrichtung (6,9) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinrichtung Gaszuführungsstutzen (6) mit Injektoren (9) aufweist, die an dem Gaswandler (5) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gaszuführungsstutzen (6) mit Injektoren (9) am Gaswandler (5) verteilt an dessen Umfang angeordnet sind, wobei die Gaszuführungsstutzen (6) über Stichleitungen (18) mit einer Ringleitung (7) verbunden sind, die über eine Pyrolysegaszuleitung (17) mit der Pyrolysetrommel (2) verbunden ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß in die Injektoren (9) Stichleitungen (19) zur Verbrennungsluftzuführung münden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der Spaltgasrückleitung (22) eine Brennkammer (13) angeordnet ist.
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