EP1097983A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Brenn-, Rest- und Abfallstoffen mit Vorverdampfung - Google Patents

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EP1097983A2
EP1097983A2 EP00123610A EP00123610A EP1097983A2 EP 1097983 A2 EP1097983 A2 EP 1097983A2 EP 00123610 A EP00123610 A EP 00123610A EP 00123610 A EP00123610 A EP 00123610A EP 1097983 A2 EP1097983 A2 EP 1097983A2
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fuel
water vapor
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Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
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KRC Umwelttechnik GmbH
Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
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    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1223—Heating the gasifier by burners

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of the first Claim and devices for performing the method for Gasification of fuels, residues and waste materials, which are to the Gasification process to be completely evaporated.
  • Liquid hydrocarbons are among the fuels, residues and waste materials such as petrol and heating oils, halogen or nitrogen-containing hydrocarbons from industry or contaminated solvents or mixtures understand.
  • No. 4,950,309 discloses a process for the recovery of fuels, residues and waste materials by gasification in the entrained flow with a gasification agent containing free oxygen, in which, in contrast to the proposed process, the gasification materials mentioned are not in the form of a homogeneous liquid phase but a slurry heterogeneous solid-liquid two-phase system.
  • the preheating completely or partially evaporates the liquid portions and feeds them to the gasification reactor as a vapor solid mixture.
  • the partial or full evaporation of the liquid components has the main purpose of supplying the solids to the gasification reactor already dried, so as not to impede the gasification process by an upstream drying process.
  • the invention has for its object the possibility of gasification according to the principle of partial oxidation in the entrained flow for evaporable Fuels, residues and waste materials for the generation of a versatile carbon monoxide and hydrogen-rich gas and valuable materials use and prevent soot formation or essential restrict.
  • the inventive method and the inventive Devices assume that the gasification in the The entrained-flow reactor initially provided fuel, residual and waste material is completely evaporated and fed in vapor form to the gasification chamber becomes larger under normal or elevated pressure at temperatures 900 ° C, preferably between 1100 - 1600 ° C, the reaction with the Gasifying agent happens.
  • a Pre-evaporation chamber with supply for water vapor and with supply be arranged for fuels, residues and waste materials.
  • the pre-evaporation chamber can be integrated in the gasification reactor jacket and feeders for fuel, residues and waste materials as well as feeders for Contain water vapor and the completely evaporated gasification substances are fed in a first downstream gasification chamber of the gasification agent implemented.
  • the Venturi tube (15) as a front steamer with feed (4) for water vapor and Feeder (3) for the fuel, residues and waste materials to the gasification burner (1) upstream.
  • FIG. 1 shows a gasification burner 1 with a pre-evaporation chamber 14.
  • the liquid fuel, residual and waste material to be gasified is via the Feed 3 of the pre-evaporation chamber 14 is given up in the Nozzle 4 steam is injected.
  • the sensible warmth of the steam becomes used for the complete evaporation of the fuel, residual and waste material.
  • the vaporized gasification material passes through the nozzle 4 supplied water vapor through the annular gap 6 to the burner mouth 17, where the mixing and reaction with the feed 5 and the Central tube 7 supplied gasification air, oxygen-enriched Air or technical oxygen can take place.
  • the gasifying agent steam can also be added.
  • the metal parts of the Gasification burner 1 are through water-pressurized annular spaces 8 chilled. In order to achieve a fast evaporation, the over the Feed 3 supplied gasification material finely distributed via nozzles 9.
  • FIG. 2 shows a solution variant in which the pre-evaporation chamber 2 is integrated in the gasification reactor jacket 16. Gasification substance and Water vapor is fed through feeders 3, 4 into a common one Pipe feed 12 of the pre-evaporation chamber 2 abandoned. The evaporated material flows into the first gasification chamber 10, where Feeding the gasification agent 5, the gasification reaction can take place.
  • the exemplary embodiment shows a further subordinate one Gasification chamber 11.
  • FIG. 3 shows the possibility of pre-evaporation for low-boiling, Fuels, residues and waste materials.
  • the gasification substance is in pipes with Stub 3 in a heat exchanger 12 by indirect heat 18 completely evaporated and in vapor form via a gasification burner 1 Gasification chamber 10 supplied together with the gasification agent.
  • FIG. 4 shows the design of the pre-evaporation chamber as Venturi tube 15.
  • the one for the complete evaporation of the gasification substance required water vapor 4 flows into the Venturi tube 15, before it narrowest cross section of the gasification substance 3 to be evaporated becomes. Due to the high speed of the steam flow, the Gasification material divided into fine droplets by the high Vaporize heat transfer rate quickly and completely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Brenn-, Rest- und Abfallstoffen durch Vergasung im Flugstrom unter normalem oder erhöhtem Druck bei Temperaturen größer 900 °C, vorzugsweise zwischen 1100 bis 1600 °C, mit einem, freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel, bei dem die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe durch direkte oder indirekte Wärmezufuhr vollständig verdampft und dampfförmig dem Vergasungsreaktor zugeführt werden und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur Vergasung von Brenn-, Rest- und Abfallstoffen, die vor der Zuführung zum Vergasungsprozess vollständig verdampft werden.
Unter Brenn-, Rest- und Abfallstoffe sind dabei flüssige Kohlenwasserstoffe wie Benzine und Heizöle, halogen- oder stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffe aus der Industrie oder verunreinigte Lösungsmittel oder Gemische zu verstehen.
Es ist bekannt und Stand der Technik, bei der Vergasung flüssiger Brenn-, Rest- und Abfallstoffe im Flugstrom diese im flüssigen Zustand dem Vergasungsreaktor über einen Brenner zuzuführen und durch eine Druckzerstäubung oder durch ein Zerstäubungsmittel in feine Tröpfchen aufzuteilen. (Kohlevergasung, Brennstoffwirtschaft International, Band 4, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1979). Die Flammengeometrie, der Kohlenstoffumsatzgrad und die Umsatzgeschwindigkeit werden maßgeblich von der Tropfengröße bestimmt. Die Vergasungsbedingungen werden dabei in Bezug auf die Vergasungstemperaturen, den Vergasungsdruck und die Zusammensetzung des Vergasungsmittels technischer Sauerstoff und Wasserdampf so gewählt, dass thermodynamisch eine Rußbildung ausgeschlossen ist. Die Praxis zeigt jedoch, dass 1 bis 4 % des im Vergasungsstoff enthaltenen Kohlenstoffs unvergast in Form von Ruß entstehen und in den der Vergasung nachgeordneten Reinigungsprozessen aus dem Rohgas entfernt werden muß. Dieser toxische Ruß wird mit erheblichem Aufwand aufbereitet und wieder der Vergasung zugeführt. Bei der Gewinnung von Wertstoffen, beispielsweise von Halogenwasserstoffsäuren bei der Vergasung halogenhaltiger Rest- und Abfallstoffe, beeinträchtigt der anfallende Ruß die Qualität dieses Wertstoffes und erfordert zusätzliche technologische Maßnahmen zur Reinigung.
Aus US 4,950,309 geht ein Verfahren zur Verwertung von Brenn-, Rest- und Abfallstoffen durch Vergasung im Flugstrom mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel hervor, bei dem die genannten Vergasungsstoffe im Gegensatz zum vorgeschlagenen Verfahren nicht als homogene flüssige Phase, sondern als Slurry in Form eines heterogenen Feststoff-Flüssig-Zweiphasensystems vorliegen. Durch die Vorerhitzung werden die flüssigen Anteile vollständig oder teilweise verdampft und als Dampffeststoffgemisch dem Vergasungsreaktor zugeführt. Die Teil- oder Vollverdampfung der flüssigen Anteile hat hauptsächlich den Zweck, die Feststoffe bereits getrocknet dem Vergasungsreaktor zuzuführen, um den Vergasungsprozess nicht durch einen vorgelagerten Trocknungsprozess zu behindern. Damit ist aber nur ein Verfahren bekannt, mit dem ein heterogenes Gas-Feststoff-Zweiphasensystem erzeugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit der Vergasung nach dem Prinzip der partiellen Oxidation im Flugstrom für verdampfbare Brenn-, Rest- und Abfallstoffe für die Erzeugung eines vielseitig einsetzbaren kohlenmonoxid- und wasserstoffreichen Gases und von Wertstoffen zu nutzen und dabei die Rußbildung zu verhindern oder wesentlich einzuschränken.
Diese Aufgabe wird nach einem Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches und Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen gehen davon aus, dass der für die Vergasung im Flugstromreaktor vorgesehene Brenn-, Rest- und Abfallstoff zunächst vollständig verdampft wird und dampfförmig dem Vergasungsraum zugeführt wird, in dem unter normalen oder erhöhtem Druck bei Temperaturen größer 900 °C, vorzugsweise zwischen 1100 ― 1600 °C, die Umsetzung mit dem Vergasungsmittel geschieht.
Vorteilhaft ist es dabei, dass die vollständige Verdampfung der Brenn-, Rest- und Abfallstoffe mit Wasserdampf erfolgt, der gemeinsam mit dem vollständig verdampften Brenn-, Rest- und Abfallstoff dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.
Möglich ist es, dass die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe bei hoher Fließgeschwindigkeit in einem Venturirohr als Vorverdampfer unter Zuführung von Wasserdampf vollständig verdampft und dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe gemeinsam mit dem Wasserdampf einer Vorverdampfungskammer aufgegeben und die vollständig verdampften Vergasungsstoffe im Vergasungsreaktor unter Zuführung des Vergasungsmittels umgesetzt werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe durch indirekte Beheizung in einem Wärmeübertrager vollständig verdampft und dampfförmig dem Vergasungsreaktor aufgegeben werden.
Zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 4 kann eine Vorverdampfungskammer mit Zuführung für Wasserdampf und mit Zuführung für Brenn-, Rest- und Abfallstoffe angeordnet sein.
In diesem Fall wird der in einer Vorverdampfungskammer unter Zuführung von Wasserdampf vollständig verdampfte Brenn-, Rest- und Abfallstoff über einen Ringspalt zum Vergasungsreaktor geführt und das Vergasungsmittel über ein Zentralrohr zum Brennermund geleitet.
Zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 4 kann die Vorverdampfungskammer im Vergasungsreaktormantel integriert sein und Zuführungen für Brenn-, Rest- und Abfallstoffe sowie Zuführungen für Wasserdampf enthalten und die vollständig verdampften Vergasungsstoffe werden in einer ersten nachgeordneten Vergasungskammer bei Zuführung des Vergasungsmittels umgesetzt.
Zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 5 kann als Vorderdampfungskammer ein indirekt beheizter Wärmeübertrager als Verdampfer vor dem Vergasungsbrenner eingesetzt werden.
Zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 kann das Venturirohr (15) als Vorderdampfer mit Zuführung (4) für Wasserdampf und Zuführung (3) für die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe dem Vergasungsbrenner (1) vorgeschaltet sein.
Die Erfindung sei durch Ausführungsbeispiele mit zugehörigen schematischen Darstellungen erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1
Vergasungsbrenner mit Vorverdampfungskammer,
Fig. 2
Vorverdampfungskammer in den Vergasungsreaktormantel integriert,
Fig. 3
Vorgeschalteter Verdampfer vor dem Vergaser,
Fig. 4
Vorverdampfungskammer, ausgebildet als Venturirohr.
Die Figur 1 zeigt einen Vergasungsbrenner 1 mit Vorverdampfungskammer 14. Der flüssige zu vergasende Brenn-, Rest- und Abfallstoff wird über die Zuführung 3 der Vorverdampfungskammer 14 aufgegeben, in die über den Stutzen 4 Dampf eingeblasen wird. Die fühlbare Wärme des Dampfes wird für die vollständige Verdampfung des Brenn-, Rest- und Abfallstoffes genutzt.
Das verdampfte Vergasungsgut gelangt mit dem über den Stutzen 4 zugeführten Wasserdampf durch den Ringspalt 6 zum Brennermund 17, wo die Vermischung und Reaktion mit dem über die Zuführung 5 und das Zentralrohr 7 zugeführten Vergasungsmittel Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder technischem Sauerstoff stattfinden kann. Dem Vergasungsmittel kann zusätzlich Wasserdampf aufgegeben werden. Die Metallteile des Vergasungsbrenners 1 werden durch wasserbeaufschlagte Ringräume 8 gekühlt. Um eine schnelle Verdampfung zu erreichen, wird der über die Zuführung 3 zugeführte Vergasungsstoff über Düsen 9 fein verteilt.
Die Figur 2 zeigt eine Lösungsvariante, bei der die Vorverdampfungskammer 2 in den Vergasungsreaktormantel 16 integriert ist. Vergasungsstoff und Wasserdampf werden über Zuführungen 3, 4 in eine gemeinsame Rohrzuführung 12 der Vorverdampfungskammer 2 aufgegeben. Das verdampfte Gut strömt in die erste Vergasungskammer 10, wo durch Zuführung des Vergasungsmittels 5 die Vergasungsreaktion stattfinden kann. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere nachgeordnete Vergasungskammer 11.
Die Figur 3 zeigt die Möglichkeit der Vorverdampfung für leichtsiedende, Brenn-, Rest- und Abfallstoffe. Der Vergasungsstoff wird in Leitungen mit Stutzen 3 in einem Wärmeübertrager 12 durch indirekte Wärmezufuhr 18 vollständig verdampft und dampfförmig über einen Vergasungsbrenner 1 der Vergasungskammer 10 gemeinsam mit dem Vergasungsmittel zugeführt.
Die Figur 4 zeigt die Ausbildung der Vorverdampfungskammer als Venturirohr 15. Der für die vollständige Verdampfung des Vergasungsstoffes erforderliche Wasserdampf 4 strömt in das Venturirohr 15, vor dessen engstem Querschnitt der zu verdampfende Vergasungsstoff 3 eingeführt wird. Durch die hohe Geschwindigkeit des Dampfstromes wird der Vergasungsstoff in feine Tröpfchen aufgeteilt, die durch die hohe Wärmeübergangsgeschwindigkeit schnell und vollständig verdampfen.
Durch die vollständige Vorverdampfung der Brenn-, Rest- und Abfallstoffe wird eine Rußbildung vermieden, so daß die Nachreinigung des Gases stark vereinfacht und damit kostengünstig wird.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1
Vergasungsbrenner
2
Vorverdampfungskammer
3
Zuführung für Brenn-, Rest- und Abfallstoffe
4
Dampfzufuhr
5
Zuführung für Vergasungsmittel
6
Ringspalt zum Brennermund 7 Zentralrohr
8
Ringraum
9
Düse
10
Vergasungskammer 1
11
Vergasungskammer 2
12
Wärmeübertrager
13
14
integrierte Vorverdampfungskammer
15
Venturirohr
16
Vergasungsreaktormantel
17
Brennermund
18
Wärmeträger

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verwertung von Brenn-, Rest- und Abfallstoffen durch Vergasung im Flugstrom unter normalem oder erhöhtem Druck bei Temperaturen größer 900 °C, vorzugsweise zwischen 1100 bis 1600 °C mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe durch direkte oder indirekte Wärmezufuhr vollständig verdampft und dampfförmig dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verdampfung der Brenn-, Rest- und Abfallstoffe mit Wasserdampf geschieht, der gemeinsam mit dem vollständig verdampften Brenn-, Rest- und Abfallstoff dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe bei hoher Fließgeschwindigkeit in einem Venturirohr als Vorverdampfer unter Zuführung von Wasserdampf vollständig verdampft und dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe gemeinsam mit dem Wasserdampf einer Vorverdampfungskammer aufgegeben werden und die vollständig verdampften Vergasungsstoffe im Vergasungsreaktor unter Zuführung des Vergasungsmittels umgesetzt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe durch indirekte Beheizung in einem Wärmeübertrager vollständig verdampft und dampfförmig dem Vergasungsreaktor aufgegeben werden.
  6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Vorverdampfungskammer (14) mit Zuführungen (4) für Wasserdampf und mit Zuführungen (3) für Brenn-, Rest- und Abfallstoffe angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    der in einer Vorverdampfungskammer (14) unter Zuführung von Wasserdampf vollständig verdampfte Brenn-, Rest- und Abfallstoff über einen Ringspalt (6) zum Vergasungsreaktor geführt und das Vergasungsmittel über ein Zentralrohr (7) zum Brennermund (17) geleitet wird.
  8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorverdampfungskammer (2) im Vergasungsreaktormantel (16) integriert ist und Zuführungen (3) für Brenn-, Rest- und Abfallstoffe und Zuführungen (4) für Wasserdampf vorhanden sind und die vollständig verdampften Vergasungsstoffe in eine erste nachgeordnete Vergasungskammer (10) bei Zuführung (5) des Vergasungsmittels umgesetzt werden.
  9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichet, dass
    als Vorverdampfungskammer (12) ein indirekt beheizter Wärmeübertrager (12) vor dem Vergasungsbrenner (1) eingesetzt wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Venturirohr (15) als Vorverdampfer mit Zuführung (4) für Wasserdampf und Zuführung (3) für die Brenn-, Rest- und Abfallstoffe dem Vergasungsbrenner (1) vorgeschaltet ist.
EP00123610A 1999-11-06 2000-10-28 Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Brenn-, Rest- und Abfallstoffen mit Vorverdampfung Withdrawn EP1097983A3 (de)

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