EP0948583A1 - Verfahren zum vergasen fester brennstoffe in der zirkulierenden wirbelschicht - Google Patents

Verfahren zum vergasen fester brennstoffe in der zirkulierenden wirbelschicht

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EP0948583A1
EP0948583A1 EP97952838A EP97952838A EP0948583A1 EP 0948583 A1 EP0948583 A1 EP 0948583A1 EP 97952838 A EP97952838 A EP 97952838A EP 97952838 A EP97952838 A EP 97952838A EP 0948583 A1 EP0948583 A1 EP 0948583A1
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hydrocarbons
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separator
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    • 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 process for gasifying solid fuels in the circulating fluidized bed, the fuels being gasified in a gasification reactor with the supply of oxygen-containing gas at temperatures in the range from 700 to 1000.degree. C., a gas-solid mixture from the upper area of the gasification reactor Separator feeds, from the separator dust and hydrocarbons including higher hydrocarbons with more than 6 carbon atoms in the molecule (C ⁇ hydrocarbons) containing gas with a calorific value of 2000 to 8000 kJ / m 3 and separately separated solids and the solids at least partially leads back into the lower region of the gasification reactor.
  • the invention has for its object to modify the known methods so that the dust is removed dry and wet washing with the formation of waste water in the gas cleaning is eliminated. According to the invention, this is achieved in the process mentioned at the outset by passing the dust-containing gas from the separator through a cracking chamber, with the gas contained in the cracking chamber with the addition of gaseous oxygen in the temperature range from 800 to 1200 ° C.
  • Hydrocarbons largely splits and thereby reduces the content of the higher hydrocarbons (C ⁇ + hydrocarbons) in the gas to at most 10 wt .-% of the content of these higher hydrocarbons in the gas coming from the separator, that the gas coming from the cracking chamber is cooled , the cooled gas is passed through a dedusting device and fly dust is separated, that the cooled and dedusted gas is passed through at least one bed or a reactor with granular solids which bind pollutants and that the gas is then ⁇ dedusted. Due to the conditions in the cracking chamber and the conditions in the gas cleaning, the condensation and sublimation of the higher hydrocarbons (C 6 ) does not take place in the downstream gas cleaning devices.
  • the solid fuels to be gasified can e.g. B. are municipal or industrial waste, biomass or coal of various types.
  • Municipal waste is gasified, it is usually first sorted before gasification, with metal and glass parts in particular being separated out. The remaining waste is then crushed, e.g. B. to piece sizes of at most 70 mm before it is gasified.
  • the solid fuels can be dried before gasification.
  • the ash drawn off from the lower region of the gasification reactor is usually so inert that it is e.g. B. is still usable for road construction, but at least the ash is easy to deposit.
  • the airborne dust accumulating in the dedusting device can contain heavy metals and is then disposed of in the usual way. Appropriately, one burns or gasses at least a part of the flying dust in a combustion chamber at temperatures in the range of 1000 to 1500 ° C. It is advisable to add the gaseous products formed in the combustion chamber to the gasification reactor.
  • FIG. 2 shows the flow diagram of a second method variant.
  • the solid fuels to be gasified are fed in line (1) to a gasification reactor (2), where they come into contact with hot gases and particles in the state of the circulating fluidized bed.
  • Oxygen-containing fluidizing gas is introduced in line (3) and passed through a distribution chamber (4) with a grate (5) into the fluidized bed of the reactor (2).
  • the oxygen-old gas of line (3) can be, for example, air or air enriched with 0 2 .
  • the gasification in the reactor (2) takes place at temperatures of 700 to 1000 ° C and mostly at temperatures of at least 800 ° C.
  • Ash is drawn off through line (6) and, if necessary, is deposited after removal of metal components or for further use, e.g. B. in road construction.
  • the dust-containing gas of line (10) contains condensable hydrocarbons and mostly carbon-containing fly dusts. It is important to at least largely eliminate the higher hydrocarbons (C 6+ ) and convert them into substances that do not condense at the given temperatures and partial pressures.
  • the gas is led through a Gap chamber (12), which one through line (13) 0 2 -containing gas, for. B. air, oxygen-enriched air or technically pure oxygen. Temperatures in the range from 800 to 1200 ° C and mostly 900 to 1100 ° C are ensured in the gap chamber (12). It is important here that the temperature and the residence time in the cracking chamber (12) are selected so that the formation of liquid slag is avoided and at the same time an adequate cracking of the C ⁇ + hydrocarbons is ensured.
  • the gas coming in the line (15) from the gap chamber (12) contains various types of solids and ash particles, which are referred to here as flying dust.
  • flying dust In a waste heat boiler (16), the gas is cooled to temperatures of about 150 to 300 ° C and then there is one through line (17)
  • Dedusting device (18) This can be, for. B. can be a fabric or electrostatic filter.
  • the resulting dust, which usually contains heavy metals, is drawn off in line (19), a part of which can be led to a combustion chamber (21) on the transport route (20).
  • the remaining airborne dust is removed from the process through line (22).
  • a gas is drawn off in the line (25) which still has a disruptive content of pollutants.
  • pollutants are e.g. B. mercury, chlorine and sulfur compounds.
  • the gas is first passed through an indirect cooler (26) and the temperature which is favorable for the subsequent treatment is, for. B. in the range of 100 to 150 ° C.
  • the cooled gas is passed through line (27) for cleaning, avoiding the formation of waste water.
  • the gas to be cleaned is brought into contact with granular adsorbents.
  • These adsorbents can e.g. B. in a fixed bed, moving bed or fluidized bed or you can use an entrained flow reactor.
  • the pollutant-containing gas is fed to line (27) to a spray absorber (40), to which lime milk and possibly other adsorbents are fed through line (41).
  • Gas and solids flow through line (42) to a filter (43), which is e.g. B. can be a fabric or electrostatic filter.
  • Purified gas passes in line (44) to an adsorber (46) for the separation of mercury, e.g. B. in a zeolite fixed bed, as described in EP patent 638 351.
  • Chloride-containing solids are drawn off in line (45).
  • liquid slag is drawn off through line (23) and the combustion gas is passed through line (32) into the reactor (2).
  • Residual municipal waste is fed to a process according to FIG. 2.
  • the following data are partially calculated.
  • the residual waste which is delivered in an amount of 7500 kg / h, contains 24.5% by weight moisture and 30% by weight ash.
  • This waste is first dried to 5% by weight res moisture and then gasified in the reactor (2) at 900 ° C. and with the supply of 6230 Nm 3 / h of air.
  • 13,000 Nm 3 of gas flow through the line (10) per hour, the gas contains 48 g / Nm 3 of dust and 1% by volume C 6 * hydrocarbons.
  • the residence time of the gas in the gap chamber (12) is 1.5 seconds, air is supplied through line (13) and an outlet temperature of 1000 ° C. is reached.
  • the content of C 6+ hydrocarbons in line (15) is only 0.1% by volume.
  • 400 kg / h of dust are fed through the line (20) into the combustion chamber (21), which is fed with 1860 Nm 3 / h of air and in which 1300 ° C. is reached.
  • Lime milk is added to the spray absorber (40) and the outlet temperature is kept at 160 ° C.
  • the adsorber (46) contains a fixed zeolite bed for mercury removal.

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Abstract

Brennbarer Festbrennstoff, z.B. Abfallstoffe, Biomasse oder Kohle, wird in der zirkulierenden Wirbelschicht unter Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen in Bereich von 700 bis 1000 °C vergast. Man erhält ein Brenngas, welches Staub und Kohlenwasserstoffe einschließlich höherer Kohlenwasserstoffe (C6+-Kohlenwasserstoffe) enthält und einen Heizwert von 2000 bis 8000 kJ/m3 aufweist. Das staubhaltige Gas leitet man durch eine Spaltkammer, wobei man in der Spaltkammer unter Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff bei Temperaturen in Bereich von 800 bis 1200 °C und unter der Temperatur des Ascheschmelzpunktes die im Gas enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe weitgehend spaltet. Im aus der Spaltkammer austretenden Gas beträgt der Gehalt an C¿6+?-Kohlenwasserstoffen höchstens 10 Gew.-% des Anfangsgehalts. Das aus der Spaltkammer kommende Gas wird gekühlt und entstaubt und durch mindestens ein Bett oder mindestens einen Reaktor mit Schadstoffe bindenden körnigen Feststoffen geleitet, wobei die Gasreinigung ohne Bildung von Abwasser durchgeführt wird.

Description

Verfahren zum Vergasen fester Brennstoffe in der zirkulierenden
Wirbelschicht
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von Festbrennstoffen in der zirkulierenden Wirbelschicht, wobei man die Brennstoffe in einem Vergasungsreaktor unter Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1000°C vergast, vom oberen Bereich des Vergasungsreaktors ein Gas-Feststoff-Gemisch einem Abscheider zuführt, aus dem Abscheider Staub und Kohlenwasserstoffe einschließlich höherer Kohlenwasserstoffe mit mehr als 6 C-Atomen im Molekül (C^-Kohlenwasserstoffe) enthaltendes Gas mit einem Heizwert von 2000 bis 8000 kJ/m3 und getrennt davon abgeschiedene Feststoffe ableitet und die Feststoffe mindestens teilweise in den unteren Bereich des Vergasungsreaktors zurückführt. Verfahren dieser A-rt sind aus DE-A-42 35 412 (hierzu korrespondiert US-A-5 425 317) und DE-A-44 12 004 bekannt. Bei den bekannten Verfahren wird das aus dem Abscheider kommende, brennbare Bestandteile enthaltende Gas unter Bildung flüssiger Schlacke vergast oder verbrannt, und die flüssige Schlacke wird aus dem Verfahren entfernt . Das bei der Verbrennung oder Vergasung entstehende Gas wird im Kontakt mit Waschflüssigkeit gereinigt. Dabei wird es notwendig, die gebrauchte Waschflüssigkeit aufzubereiten oder zu entsorgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren so abzuwandeln, daß der Flugstaub trocken entfernt wird und die Naßwäsche mit Bildung von Abwasser in der Gasreinigung entfällt. Erfindungsgemäß gelingt dies beim eingangs genannten Verfahren dadurch, daß man das staubhaltige Gas aus dem Abscheider durch eine Spaltkammer leitet, wobei man in der Spaltkammer unter Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff im Temperaturbereich von 800 bis 1200°C und unter der Temperatur des Ascheschmelzpunktes die im Gas enthaltenen Kohlenwasserstoffe weitgehend spaltet und dabei den Gehalt an den höheren Kohlenwasserstoffen (Cβ+-Kohlenwasserstoffen) im Gas auf höchstens 10 Gew.-% des Gehalts an diesen höheren Kohlenwasserstoffen im aus dem Abscheider kommenden Gas verringert, daß man das aus der Spaltkammer kommende Gas kühlt, das gekühlte Gas durch eine Entstaubungseinrichtung leitet und Flugstaub abtrennt, daß man das gekühlte und entstaubte Gas durch mindestens ein Bett oder einen Reaktor mit Schadstoffe bindenden körnigen Feststoffen leitet und daß man das Gas ■ anschließend entstaub . Durch die Bedingungen in der Spaltkammer und den Bedingungen in der Gasreinigung unterbleibt die Kondensation und Sublimation der höheren Kohlenwasserstoffe (C6 ) in den nachgeschalteten Gasreinigungseinrichtungen .
Bei den zu vergasenden Festbrennstoffen kann es sich z. B. um kommunalen oder industriellen Müll, Biomassen oder Kohlen verschiedener Art handeln. Bei der Vergasung von kommunalem Müll wird dieser üblicherweise vor der Vergasung zunächst vorsortiert, wobei insbesondere Metall- und Glasteile ausgesondert werden. Der verbleibende Restmüll wird dann noch zerkleinert, z. B. auf Stückgrößen von höchstens 70 mm, bevor er vergast wird. Zur Erhöhung des Heizwertes des aus dem Vergasungsreaktor kommenden Gases kann man die Festbrennstoffe vor der Vergasung trocknen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren fallen keine flüssigen Reststoffe an. Die vom unteren Bereich des Vergasungsreaktors abgezogene Asche ist üblicherweise so inert, daß sie z. B. noch für den Straßenbau verwertbar ist, zumindest aber ist die Asche leicht deponierbar. Der in der Entstaubungseinrichtung anfallende Flugstaub kann schwermetallhaltig sein und wird dann in üblicher Weise entsorgt. Zweckmäßigerweise verbrennt oder vergast man mindestens einen Teil des anfallenden Flugstaubes in einer Brennkammer bei Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1500°C. Dabei empfiehlt es sich, die in der Brennkammer gebildeten gasförmigen Produkte in den Vergasungsreaktor zu geben.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert . Es zeigt Fig. 1 das Fließschema einer ersten Verfahrensvariante und Fig. 2 das Fließschema einer zweiten Verfahrensvariante.
Gemäß Fig. 1 werden die zu vergasenden Festbrennstoffe in der Leitung (1) einem Vergasungsreaktor (2) zugeführt, wo sie mit heißen Gasen und Partikeln im Zustand der zirkulierenden Wirbelschicht in Kontakt kommen. Sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas wird in der Leitung (3) herangeführt und durch eine Verteilkammer (4) mit einem Rost (5) in die Wirbelschicht des Reaktors (2) geleitet. Beim Sauerstoff altigen Gas der Leitung (3) kann es sich zum Beispiel um Luft oder mit 02 angereicherte Luft handeln. Die Vergasung im Reaktor (2) erfolgt bei Temperaturen von 700 bis 1000°C und zumeist bei Temperaturen von mindestens 800°C. Asche wird durch die Leitung (6) abgezogen und wird, falls nötig, nach Entfernung von Metallbestandteilen deponiert oder einer weiteren Verwendung, z. B. im Straßenbau, zugeführt .
Am oberen Ende des Reaktors (2) verläßt ein
Gas-Feststoff-Gemisch den Reaktor durch den Kanal (8) und strömt in einen Zyklon-Abscheider (9) , aus welchem durch die Leitung (10) staubhaltiges Brenngas abgezogen wird. Im Abscheider (9) anfallende Feststoffe werden durch die Leitung (11) zurück in den unteren Bereich des Reaktors (2) geführt.
Das staubhaltige Gas der Leitung (10) enthält kondensierbare Kohlenwasserstoffe und zumeist kohlenstoffhaltige Flugstäube. Wichtig ist, die höheren Kohlenwasserstoffe (C6+) zumindest weitgehend zu beseitigen und sie in Substanzen zu überführen, die bei den gegebenen Temperaturen und Partialdrücken nicht kondensieren. Zu diesem Zweck führt man das Gas durch eine Spaltkammer (12) , der man durch die Leitung (13) 02-haltiges Gas, z. B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reinen Sauerstoff zuführt. In der Spaltkammer (12) sorgt man für Temperaturen im Bereich von 800 bis 1200°C und zumeist 900 bis 1100°C. Wichtig ist hierbei, daß man die Temperatur und die Verweilzeit in der Spaltkammer (12) so wählt, daß die Bildung flüssiger Schlacke vermieden wird und gleichzeitig eine ausreichende Spaltung der Cβ+-Kohlenwasserstoffe gewährleistet ist .
Das in der Leitung (15) aus der Spaltkammer (12) kommende Gas enthält verschiedenartige Feststoffe und Aschepartikel, die hier als Flugstaub bezeichnet werden. In einem Abhitzekessel (16) kühlt man das Gas auf Temperaturen von etwa 150 bis 300°C und gibt es dann durch die Leitung (17) einer
Entstaubungseinrichtung (18) auf. Hierbei kann es sich z. B. um ein Gewebe- oder Elektrofilter handeln. Der anfallende Flugstaub, der üblicherweise schwermetallhaltig ist, wird in der Leitung (19) abgezogen, ein Teil davon kann auf dem Transportweg (20) zu einer Brennkammer (21) geführt werden. Der restliche Flugstaub wird durch die Leitung (22) aus dem Verfahren entfernt .
Man führt der Brennkammer (21) durch die Leitung (24) Sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft, mit 02 angereicherte Luft oder technisch reinen Sauerstoff zu und verbrennt den zugeführten Flugstaub bei Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1500°C. Die dabei entstehenden festen oder flüssigen und gasförmigen Verbrennungsprodukte gibt man gemeinsam in den oberen Bereich des Reaktors (2) , wo sie vom Wirbelbett aufgenommen werden. Abweichend von Fig. 1 kann flüssige Schlacke aus der Brennkammer (21) auch so abgezogen werden, daß sie nicht in den Reaktor (2) gelangt, vergleiche Fig. 2.
Aus der Entstaubungseinrichtung (18) zieht man in der Leitung (25) ein Gas ab, welches noch einen störenden Gehalt an Schadstoffen aufweist. Bei diesen Schadstoffen handelt es sich z. B. um Quecksilber-, Chlor- und Schwefel-Verbindungen. Um diese Schadstoffe weitgehend zu entfernen, führt man das Gas zunächst durch einen indirekten Kühler (26) und stellt die für die nachfolgende Behandlung günstige Temperatur z. B. im Bereich von 100 bis 150°C ein. Das gekühlte Gas führt man durch die Leitung (27) einer Reinigung zu, wobei man die Bildung von Abwasser vermeidet . In einem oder mehreren Betten oder Reaktoren wird das zu reinigende Gas mit körnigen Adsorbentien in Kontakt gebracht. Diese Adsorbentien können z. B. im Festbett, Wanderbett oder Wirbelbett angeordnet werden oder man kann einen Flugstromreaktor einsetzen.
In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Wanderbettreaktor (30) dargestellt, dem man durch die Leitung
(31) körniges Adsorptionsmaterial zuführt, das im Reaktor (30) eine Schüttung (33) bildet, die sich langsam nach unten bewegt. Dabei wird die Schüttung etwa in horizontaler Richtung vom zu reinigenden Gas durchströmt. Das Gas verläßt den Reaktor (30) durch die Leitung (35) und wird zum Entstauben durch das Filter
(36) geführt, bei dem es sich z. B. um ein Gewebe- oder Elektrofilter handeln kann. Gereinigtes Gas verläßt das Filter
(36) in der Leitung (37) . Das aus dem Reaktor (30) kommende beladene Adsorptionsmittel wird in der Leitung (38) abgeführt, mit den im Filter (36) abgeschiedenen Feststoffen in der Leitung
(39) gemischt und abgezogen. Bei der Auswahl und der Anwendung geeigneter, an sich bekannter Adsorptionsmaterialien gibt es insbesondere folgende Möglichkeiten: Kalkhydrat, Aktivkohle, Herdofenkoks oder Zeolithe. Die Quecksilber-Entfernung mit Hilfe eines aluminiumarmen Zeolithen ist im EP-Patent 638 351 beschrieben.
Im Fließschema der Fig. 2 haben die bereits zusammen mit Fig. 1 erwähnten Bezugsziffern die dort erläuterte Bedeutung. Gemäß Fig. 2 gibt man das Schadstoffhaltige Gas der Leitung (27) einem Sprühabsorber (40) auf, dem man durch die Leitung (41) Kalkmilch und möglicherweise noch andere Adsorbentien zuführt. Gas und Feststoffe strömen durch die Leitung (42) zu einem Filter (43) , bei dem es sich z. B. um ein Gewebe- oder Elektrofilter handeln kann. Gereinigtes Gas gelangt in der Leitung (44) zu einem Adsorber (46) zur Abscheidung von Quecksilber, z. B. in einem Zeolith-Festbett, wie im EP-Patent 638 351 beschrieben. Chloridhaltige Feststoffe zieht man in der Leitung (45) ab. In der Brennkammer (21) zieht man flüssige Schlacke durch die Leitung (23) ab und leitet das Verbrennungsgas durch die Leitung (32) in den Reaktor (2) .
Beispiel :
Einer Verfahrensführung gemäß Fig. 2 wird kommunaler Restmüll zugeführt . Die nachfolgenden Daten sind teilweise berechnet . Der Restmüll, der in einer Menge von 7500 kg/h angeliefert wird, enthält 24,5 Gew.-% Feuchte und 30 Gew.-% Asche. Dieser Müll wird zunächst auf 5 Gew.-% Res feuchte getrocknet und dann im Reaktor (2) bei 900°C und unter Zufuhr von 6230 Nm3/h Luft vergast. Pro Stunde strömen 13000 Nm3 Gas durch die Leitung (10), das Gas enthält 48 g/Nm3 Staub und 1 Vol.-% C6*-Kohlenwasserstoffe. In der Spaltkammer (12) beträgt die Verweilzeit des Gases 1,5 Sekunden, Luft wird durch die Leitung (13) zugeführt, und es wird eine Austrittstemperatur von 1000°C erreicht. Der Gehalt an C6+-Kohlenwasserstoffen in der Leitung (15) beträgt nur noch 0,1 Vol.-%. Durch die Leitung (20) gibt man 400 kg/h Staub in die Brennkammer (21) , die mit 1860 Nm3/h Luft gespeist wird und in der 1300°C erreicht werden. Dem Sprühabsorber (40) führt man Kalkmilch zu und hält die Auslaßtemperatur auf 160°C. Der Adsorber (46) enthält ein Zeolith-Festbett zur Hg-Entfernung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vergasen von Festbrennstoffen in der zirkulierenden Wirbelschicht, wobei man die Brennstoffe in einem Vergasungsreaktor unter Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1000°C vergast, vom oberen Bereich des Vergasungsreaktors ein Gas-Feststoff-Gemisch einem Abscheider zuführt, aus dem Abscheider Staub und Kohlenwasserstoffe einschließlich höherer Kohlenwasserstoffe mit mehr als 6 C-Atomen im Molekül enthaltendes Gas mit einem Heizwert von 2000 bis 8000 kJ/m3 und getrennt davon abgeschiedene Feststoffe ableitet und die Feststoffe mindestens teilweise in den unteren Bereich des Vergasungsreaktors zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß man das staubhaltige Gas aus dem Abscheider durch eine Spaltkammer leitet, wobei man in der Spaltkammer unter Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff im Temperaturbereich von 800 bis 1200°C und unter der Temperatur des Ascheschmelzpunktes die im Gas enthaltenen Kohlenwasserstoffe weitgehend spaltet und dabei den Gehalt an den höheren Kohlenwasserstoffen (Cβτ-Kohlenwasserstoffen) im Gas auf höchstens 10 Gew.-% des Gehalts an diesen höheren Kohlenwasserstoffen im aus dem Abscheider kommenden Gas verringert, daß man das aus der Spaltkammer kommende Gas kühlt, das gekühlte Gas durch eine Entstaubungseinrichtung leitet und Flugstaub abtrennt, daß man das gekühlte und entstaubte Gas durch mindestens ein Bett oder einen Reaktor mit Schadstoffe bindenden körnigen Feststoffen leitet und daß man das Gas anschließend entstaubt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des aus der Entstaubungseinrichtung abgezogenen Flugstaubs in einer Brennkammer bei Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1500°C unter Zugabe von 02-haltigem Gas umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die in der Brennkammer gebildeten gasförmigen Produkte dem im Vergasungsreaktor gebildeten, feststoffhaltigen Gas zumischt.
EP97952838A 1996-12-18 1997-12-01 Verfahren zum vergasen fester brennstoffe in der zirkulierenden wirbelschicht Expired - Lifetime EP0948583B1 (de)

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