Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Brenngas aus Haus- und Industriemüll, Altreifen,
Kunststoffabfällen, Farb- und Lackschlämmen, Autoleichtshredder
und dergleichen nach der im Oberbegriff
von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung
sind aus der DE 24 32 504 C3 bekannt. Weiterbildungen
des dort beschriebenen Verfahrens und der
Vorrichtung beschreiben die DE 33 47 554 C2 und die EP
01 26 408 A2.
Sämtlichen dieser Verfahren ist gemeinsam, daß die
Vergasung der flüchtigen Pyrolyseprodukte an einem
Bett aus glühendem Koks durchgeführt wird.
Die Verwendung von Koks zur Vergasung hat jedoch einige
Nachteile: So wird durch die Reaktion des glühenden
Kokses mit dem zugeführten Sauerstoff sowie mit dem
Anteil an Wasserdampf in den flüchtigen Pyrolyseprodukten
ein sehr großer Teil des Kokses an sich unnötig
verbraucht. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit der
beschriebenen Verfahren stark abgesenkt.
Zusätzlich wird durch die stark endotherme Reaktion
von Wasserdampf und Kohlendioxid mit dem glühenden
Koks die Temperatur in demjenigen Bereich der Vorrichtung,
in dem die flüchtigen Pyrolyseprodukte vergast
werden, sehr schnell abgesenkt, wodurch eine vollständige
Vergasung der flüchtigen Pyrolyseprodukte, insbesondere
der darin enthaltenen Öldämpfe, verhindert
wird. Diese unvollständige Vergasung der Öldämpfe
führt zur Bildung von chemischen Verbindungen, wie
Aromaten und Naphthenen, die sich zu einem späteren
Zeitpunkt des Verfahrens nur schwer bzw. überhaupt
nicht in unschädliche Substanzen umwandeln lassen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Herstellung
von Brenngas aus Haus- und Industriemüll, Altreifen,
Kunststoffabfällen und dergleichen zu schaffen,
bei welchem flüchtige Pyrolyseprodukte in wirtschaftlicher
Art und Weise zu Brenngas vergast werden, ohne
daß hierbei schädliche Stoffe entstehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale
gelöst.
Eine konstruktive Lösung der Aufgabe ergibt sich aus
dem kennzeichnendem Teil von Anspruch 6.
Durch die Einleitung der flüchtigen Pyrolyseprodukte
in einen Freiraumreaktor mittels Unterdruck, also saugend,
werden die flüchtigen Pyrolyseprodukte während
des Durchlaufens des Freiraumreaktors ständiger Bewegung
ausgesetzt, wodurch die Vergasung derselben sehr
viel schneller vor sich geht.
Durch die erfindungsgemäße Vergasung des flüchtigen
Anteils der Pyrolyseprodukte in dem Freiraumreaktor
kann auf den Einsatz von Koks verzichtet werden, was
erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
Durch den Freiraumreaktor ist des weiteren ein erheblich
größeres Volumen für die Vergasung der flüchtigen
Pyrolyseprodukte gegeben, wodurch dieselben über eine
wesentlich längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt
sind. Somit ergeben sich sehr viel reinere auch als
Spaltgase bezeichnete Vergasungsprodukte nach Durchlauf
durch den Freiraumreaktor. Insbesondere kann eine
Reduzierung von unerwünschten Kohlenwasserstoffen in
den brennbaren Spaltgasen erreicht werden.
Erfindungsgemäß kann auf Koks vollständig verzichtet
werden, da zum Heizen und somit zum Fortführen der
Vergasungsreaktion nach einer gewissen Anheizphase
ausschließlich die flüchtigen Pyrolyseprodukte selbst
verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist, daß der Einsatz von reinem Sauerstoff nicht erforderlich
ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Durchführung
des Verfahrens sehr gut geeignet, wobei durch die an
dem Freiraumreaktor vorgesehene Brennereinrichtung ein
sofortiges Ingangsetzen der für die Vergasung notwendigen
Reaktionen gewährleistet ist. Der Freiraumreaktor
kann dabei vorteilhafterweise genau so groß ausgeführt
werden, wie dies für den Ablauf der Vergasungsreaktionen
notwendig ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus
dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Herstellung von Brenngas;
- Fig. 2
- einen Teil des erfindungsgemäßen Freiraumreaktors
mit einer daran angebrachten Brennereinrichtung
im Schnitt; und
- Fig. 3
- die Brennereinrichtung aus Fig. 2 in vergrößerter
Darstellung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von
Brenngas aus Haus- und Industriemüll, Altreifen,
Kunststoffabfällen, Farb- und Lackschlämmen, Autoleichtshredder
und dergleichen.
Der Müll befindet sich in einem Bunker 2, von wo aus
er durch eine Leitung 3 über eine daran angeschlossene
Transportschnecke 4 in eine als Pyrolysetrommel 5 ausgebildete
Pyrolyseeinrichtung eingeführt wird. In der
Pyrolysetrommel 5 wird der Müll in an sich bekannter
Weise durch indirekte Erwärmung in einem Temperaturbereich
von 300°C bis 650° C pyrolysiert. Die Beheizung
der doppelwandigen Pyrolysetrommel 5 erfolgt über eine
Leitung 6 mit einem brennbaren Gas, worauf zu einem
späteren Zeitpunkt noch näher eingegangen wird.
Bei der Pyrolyse in der Pyrolysetrommel 5 bilden sich
einerseits Pyrolysekoks und andererseits flüchtige
Pyrolyseprodukte, wie langkettige und zyklische Kohlenwasserstoffe,
Wasserdampf, Pyrolyseöle sowie mineralisierte
Feststoffe in Form von Staub und Asche. Der
Pyrolysekoks wird über eine Austragseinrichtung 7 aus
der Pyrolysetrommel 5 ab- und einer weiteren Nutzung
zugeführt. Die flüchtigen Pyrolyseprodukte werden über
eine Leitung 8 aus der Pyrolysetrommel 5 abgeführt.
Von der Leitung 8 gelangen die flüchtigen Pyrolyseprodukte
über eine Brennereinrichtung 9 in einen Freiraumreaktor
10. In die an der im oberen Bereich der
Seitenwand des Freiraumreaktors 10 angeordnete Brennereinrichtung
9, welche in Fig. 3 sehr detailliert
dargestellt ist, mündet auch eine Leitung 11, über
welche Luft oder mit Sauerstoff vermischte Luft in den
Freiraumreaktor 10 geleitet wird. Die flüchtigen Pyrolyseprodukte
werden mit Unterdruck, also saugend, in
den Freiraumreaktor 10 eingeleitet. Hierzu befindet
sich in einem Bereich in Verfahrensrichtung hinter dem
Freiraumreaktor 10 an einer besonders dafür geeigneten
Stelle eine nicht dargestellte Einrichtung zur Erzeugung
von Unterdruck, wie beispielsweise ein Ventilator.
Die Brennereinrichtung 9 ist tangential zu der Innenwand
des ersten einzelnen Freiraumreaktors 10a angeordnet,
wodurch in demselben eine zyklonartige Strömung
und somit eine gute Ausnutzung des Volumens des
Freiraumreaktors 10 entsteht. Eine andere Anordnung
der Brennereinrichtung 9, z.B. vertikal an dem Freiraumreaktor
10, ist ebenfalls möglich. Jedoch hat sich
die tangentiale Anordnung als günstig erwiesen.
Der Freiraumreaktor 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform
aus zwei einzelnen, zylinderförmigen Freiraumreaktoren
10a und 10b aufgebaut, welche an ihrer
Unterseite über einen Durchgang 12 miteinander verbunden
sind. Unterhalb des Durchgangs 12 befindet sich
eine Austragsvorrichtung 13, welche über die gesamte
Länge des Freiraumreaktors 10 bzw. über die beiden
Durchmesser der einzelnen Freiraumreaktoren 10a und
10b sowie über den Durchgang 12 verläuft. Statt der
Ausbildung des Freiraumreaktors 10 aus zwei einzelnen
Freiraumreaktoren 10a und 10b kann selbstverständlich
auch nur ein einzelner Freiraumreaktor 10 oder eine
größere Anzahl an Freiraumreaktoren 10 vorgesehen
sein. Auch die zylinderförmige Ausbildung der beiden
einzelnen Freiraumreaktoren 10a und 10b kann durch
jede andere geometrische Form ersetzt werden, wobei
sich jedoch die zylindrische Form für die nachfolgend
beschriebenen Reaktionen als am geeignetsten erwiesen
hat.
In dem Freiraumreaktor 10 werden die über die Leitung
8 eingeleiteten flüchtigen Pyrolyseprodukte unter Zuführung
von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter
Luft über die Leitung 11 vergast. Hierzu ist es notwendig,
durch die Einleitung von Erdgas über die Brennereinrichtung
9 zunächst ausreichende Temperaturen im
Bereich zwischen 1000°C und 1200° C zu schaffen. Nach
Erreichen dieser Temperaturen kann die Einleitung von
Erdgas in die Brennereinrichtung 9 gestoppt werden, da
die Reaktionswärme der flüchtigen Pyrolyseprodukte
ausreicht, um die Temperatur in dem Freiraumreaktor 10
aufrecht zu erhalten und somit die Vergasungsreaktion
in Gang zu halten. Bei der Vergasungsreaktion werden
die zyklischen und langkettigen Kohlenwasserstoffe der
flüchtigen Pyrolyseprodukte (Pyrolyseöl, Teere, Pyrolysewasser
u.a.) zu Permanentgasen gecrackt bzw. aufgespalten,
also zu Gasen, die nicht weiter aufgespaltet
werden können, wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff,
Kohlendioxid, Methan oder Wasserdampf. Bei der Crakkung
werden Schadstoffe wie beispielsweise Stickoxide
zerstört, wobei teilweise auch eine Dehydrierung
stattfindet. Die sich hierbei abscheidenden Feststoffe
in Form von Staub oder teilweise geschmolzener Schlakke
werden über die Austragsvorrichtung 13 aus dem
Freiraumreaktor 10 abgeführt und einer weiteren Nutzung
zugeführt. Selbstverständlich sind auch für jeden
einzelnen Freiraumreaktor 10a bzw. 10b sowie für den
Durchgang 12 einzelne Austragsvorrichtungen 13 denkbar.
Durch die Regelung der Zufuhr von Luft bzw. mit Sauerstoff
angereicherter Luft über die Leitung 11 in den
Freiraumreaktor 10 kann dabei sichergestellt werden,
daß die mit den flüchtigen Pyrolyseprodukten in Form
von Staub und Asche zugeführte Mineralsubstanz nur so
weit geschmolzen wird, daß sie am Ende des Vergasungsprozesses
gemeinsam mit gebildetem Ruß in Form fester
oder höchstens teigiger Partikel vorliegt. Hierdurch
können die mit dem Auftreten flüssiger Schlacke verbundenen
Probleme, wie beispielsweise die Bildung fester
Schlackeansätze, verhindert werden. Meist wird
dabei ein unterstöchiometrischer Anteil von Luft in
dem Freiraumreaktor 10 eingestellt.
Sämtliche der genannten Spalt- bzw. Crack-Reaktionen
finden in den beiden einzelnen Freiraumreaktoren 10a
und 10b statt, wobei durch die Umleitung über den
Durchgang 12 eine Verwirbelung des Stromes der flüchtigen
Pyrolyseprodukte erreicht wird. Durch diese Verwirbelung
wird das gesamte Volumen des Freiraumreaktors
10 ausgenutzt. Dadurch wird die erforderliche
Verweilzeit der flüchtigen Pyrolyseprodukte in dem
Freiraumreaktor 10 sichergestellt. In dem Freiraumreaktor
10b werden die flüchtigen Pyrolyseprodukte bis
nahe dem thermodynamischen Gleichgewicht umgesetzt.
An der Oberseite des zweiten einzelnen Freiraumreaktors
10b verlassen die bei der Reaktion entstandenen
Permanentgase denselben über eine Leitung 14 und gelangen
zu einer Kühlstufe 15, in welcher eine Abkühlung
unter den Schlackeerweichungspunkt stattfindet.
An die Kühlstufe 15 ist eine Leitung 16 angeschlossen,
über welche die Spaltgase, die zu einem späteren Zeitpunkt
des Verfahrens entstehen und die niedrige Temperaturen
aufweisen, rückgeführt werden. Dadurch wird
eine Abkühlung der vergasten Bestandteile der flüchtigen
Pyrolyseprodukte unter den Erweichungspunkt der
mineralischen Bestandteile realisiert und die teigigen
Partikel werden in den festen Zustand überführt.
An die Kühlstufe 15 schließt sich ein Abhitzekessel 17
an, in welchem die Wärme des Vergasungsgases genutzt
wird. Das Vergasungsgas verläßt den Abhitzekessel 17
über eine Leitung 18. Nach dem Abhitzekessel 17 und
der Leitung 18 folgen in nicht dargestellter, jedoch
an sich bekannter Weise noch eine Gaswäsche, ein Reingasgebläse
sowie verschiedene Reinigungseinrichtungen.
Des weiteren folgt der Leitung 18 auch die bereits
oben genannte Einrichtung zur Erzeugung von Unterdruck.
Nach dieser Einrichtung werden die Leitung 6 zu
der Pyrolysetrommel 5 und die Leitung 16 zu der
Kühlstufe 15 abgeführt. Somit wird ein Teil des bei
der oben beschriebenen Vergasungsreaktion entstehenden
Spaltgases zur Beheizung der Pyrolysetrommel 5 verwendet
und ein anderer Teil zur Kühlung in der Kühlstufe
15, wobei bei der Beheizung der Pyrolysetrommel 5 das
hierzu verwendete Spaltgas nicht mit dem zu pyrolisierenden
Müll in Berührung kommt. Die beiden genannten
Gasmengen stellen jedoch nur einen kleinen Anteil der
entstehenden Permanentgase dar. Der größte Teil wird
als Brenngas genutzt.
Fig. 2 zeigt den ersten einzelnen Freiraumreaktor 10a
in einer Schnittdarstellung, wobei hier eine feuerfeste
Auskleidung 19 innerhalb der Außenwand desselben
erkennbar ist. Die Auskleidung 19 ist auch in dem
Freiraumreaktor 10b und in dem Durchgang 12 vorhanden
und sorgt für eine gute Isolierung des gesamten Freiraumreaktors
10, wodurch die Erhaltung von gleichbleibend
hohen Temperaturen gewährleistet ist.
Des weiteren zeigt Fig. 2 die Brennereinrichtung 9 mit
einem zur Zündung und Überwachung vorgesehenen Zündbrenner
20. Die Brennereinrichtung 9 besteht aus dem
Pyrolysegasbrenner, durch den das Schwelgas zugeführt
wird sowie aus einem für die Erstbeheizung erforderlichen
Aufheizbrenner. Der Zündbrenner 20 sowie der Aufheizbrenner
werden mit Erdgas betrieben. Der Aufheizbrenner
kann auch eingesetzt werden, wenn der Heizwert
der flüchtigen Pyrolyseprodukte zu gering ist. An der
Unterseite des Freiraumreaktors 10 ist die Austragsvorrichtung
13 in Form einer Förderschnecke dargestellt,
die in einer Mulde 21 des Freiraumreaktors 10
angeordnet und aus warmfestem Stahl hergestellt ist.
Fig. 3 zeigt die Brennereinrichtung 9 im Schnitt. Diese
weist von innen nach außen ein durch die Leitung 8
gebildetes inneres Rohrelement zur Einleitung der
flüchtigen Pyrolyseprodukte in den Freiraumreaktor 10
auf. Außerhalb der Leitung 8 befindet sich ein erster
Ringschlitz 22, über welchen durch die Leitung 11 Luft
oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in den Freiraumreaktor
10 eingeleitet wird. Der erste Ringschlitz
22 ist koaxial zu dem inneren Ringelement bzw. der
Leitung 8 außerhalb derselben angeordnet.
Außerhalb des ersten Ringschlitzes 22 und koaxial zu
demselben weist die Brennereinrichtung 9 einen zweiten
Ringschlitz 23 auf, welcher an seinem äußeren Umfang
mit einer Zuleitung 24 verbunden ist. Über den zweiten
Ringschlitz 23 wird Erdgas in den Freiraumreaktor 10
eingeleitet, welches zur Anheizung des Vergasungsprozesses
verwendet wird.
Ein dritter Ringschlitz 25 befindet sich außerhalb des
zweiten Ringschlitzes 23 koaxial zu demselben und ist
wie auch der erste Ringschlitz 22 mit der Leitung 11
für Luft bzw. mit Sauerstoff vermischter Luft vorgesehen.
An dem dem Freiraumreaktor 10 zugewandten Ende
ist der erste Ringschlitz 22 mit dem dritten Ringschlitz
25 verbunden.
Zur Kühlung der Brennereinrichtung 9 ist außerhalb des
dritten Ringschlitzes 25 ein Ringschlitzelement 26
angeordnet, welches aus einem vierten Ringschlitz 27
und einem fünften Ringschlitz 28 besteht. Der fünfte
Ringschlitz 28 ist dabei mit einer Zuleitung 29 für
Kühlwasser verbunden und der vierte Ringschlitz 27,
welcher innerhalb des fünften Ringschlitzes 28 angeordnet
ist, ist mit einer Ableitung 30 für das Kühlwasser
versehen. Sämtliche Ringschlitze 22, 23, 25, 27
und 28 sind somit koaxial zueinander angeordnet. An
dem dem Freiraumreaktor 10 zugewandten Ende ist das
Ringschlitzelement 26 mit einem Spalt 31 versehen, der
den vierten Ringschlitz 27 mit dem fünften Ringschlitz
28 verbindet. Der Spalt 31 weist einen geringeren
Querschnitt als die Ringschlitze 27 und 28 auf und
trägt somit zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlwassers in diesem Bereich bei. Somit
wird erreicht, daß sich das Kühlwasser ständig an der
Außenwand der Ringschlitze 27 und 28 befindet, was zu
einer guten Kühlung des dem Freiraumreaktor 10 zugewandten
Endes der Brennereinrichtung 9 führt.
An dem dem Freiraumreaktor 10 zugewandten Ende sind
die Ringschlitze 22, 23 und 25 nach innen zu der Leitung
8 geneigt ausgeführt, um eine Erhöhung der Mischintensität
der flüchtigen Pyrolyseprodukte mit der
zugeführten Luft bzw. dem zugeführten Sauerstoff zu
erreichen. Der zweite Ringschlitz 23 ist gegenüber dem
ersten Ringschlitz 22 und dem dritten Ringschlitz 25
etwas zurückgesetzt und weist an der dem Freiraumreaktor
10 zugewandten Ende Bohrungen 32 auf, durch welche
das Erdgas austreten kann.
Andere konstruktive Ausbildungen der Brennereinrichtung
9 sind selbstverständlich ebenfalls möglich, wobei
sich die vorliegende Ausführungsform jedoch als
günstig erwiesen hat.